厚钢板焊接质量控制研究

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【摘要】无锡会展中心一期采用鱼腹式钢屋架，施工过程中，厚钢板的焊接质量非常关键。论文主要介绍了无锡会展中心114m大跨度钢屋架厚钢板焊接的质量控制措施。

【关键词】超厚钢板；焊接；工艺评定；质量控制

1钢结构简介

无锡会展中心一期钢屋架总用钢量约1.18×104t，25榀鱼腹式屋面长288m、宽114m，净跨度94.5m，两端分别悬挑10.5m和9m。钢屋架由于跨度大，钢板厚度也较大，最厚的钢屋架下弦钢板达到140㎜厚，安装效果如图1所示。在工期紧、工程量大、施工难度高的情况下，如何保证厚钢板的焊接质量是确保本工程工期、质量、安全的前提和基础。

2厚钢板焊接质量控制

本工程钢屋架钢材以Q345b、60~140mm的中厚板为主，钢屋架下弦钢板厚度最大达到140mm。为了保证超厚钢板的焊接质量，施工前制定了详细的超厚钢板焊接方案，并且该焊接方案通过了焊接工艺评定并检测合格。施工中，主要从以下几个方面进行厚钢板焊缝焊接质量的控制。2.1焊工选择。焊接人员的技术素质直接决定了焊缝的焊接质量，为了保证关键节点的焊接质量，选择参与重要节点焊接施工的焊工时，对有资格的焊工中进行考试选拔，考试合格人员方可参与重要节点的焊接任务，其他普通焊工只能在普通部位施焊，从焊接人员方面抓好焊接质量的人员保障工作。2.2焊接材料选择。本工程焊接材料结合钢结构设计说明建议，根据焊接工艺评定结果，合理选择配套焊材、焊剂；结合以往工程经验，本工程屋架钢钢材种类、施焊方法及焊接材料如表1所示。2.3焊缝坡口形式的设计。对于钢板的对接焊缝，尽量采用X形坡口，这样可以大大减小焊接填充量，减小焊接残余应力和焊接变形。坡口形式如对于T形角焊缝，应尽量采用相对填充量较小的坡口角焊缝代替双侧角焊缝，坡口形式如图3所示。对于单边T形焊缝，应在Z向应力的一侧开坡口。图3坡口形式2.4焊接工艺评定———参数确定。对本工程钢屋架采用的钢材种类、焊条焊剂、钢构件接头连接形式、焊缝坡口加工形式及焊接的具体施工工艺，在钢屋架正式施工前，应首先进行焊接工艺评定，焊接工艺评定结果应符合规范及钢结构设计要求。焊接工艺作业指导书应根据本工程采用的不同钢材的种类、节点形式、板厚、接头形式等选用相配的焊接材料、焊接方法（手工电弧焊、自动和半自动埋弧焊、气体保护焊、电渣焊等）、焊丝直径、焊接顺序、焊接参数（电流、电弧电压、焊接速度）。焊接前的预热、焊接层间温度、焊后保温缓冷等措施应根据材质、焊件厚度、焊接工艺、施焊时气温等综合因素确定。应特别重视厚壁焊件及线能量敏感的钢材的焊接方式。焊接工作必须在焊接工程师的指导下进行，根据焊接工艺评定结果，编制详细焊接工艺作业指导书。焊工焊接要严格按照焊接工艺作业指导书进行焊接施工。对各种厚度的钢板在正式施工前进行焊接工艺评定试验，焊接工艺评定经历连续20h的操作结束，采取全程监督，确定了极为重要的过程数据（焊接参数、预热温度、持续时间等），在正式施工中便于焊工焊接操作和监督检查人员检查超厚板材的焊接工艺执行情况（见图4）。2.5焊接位置顺序确定。针对超厚钢板焊接位置顺序，为减少超厚板焊接过程中的残余应力和变形，本工程采用跳跃式接头焊接。通过实践证明这种焊接顺序是非常合理的，同时，这些高难部位的焊接安排焊接技术较好、经验较丰富的焊工进行施焊。主焊缝焊接按照同向、同步、同规范、2台焊机同时对称施焊的原则一次性完成焊接，以防止焊接构件焊接扭曲变形。较厚板的主焊缝焊接时，为了控制弯曲变形，当焊缝高度为板厚的2/3时，应翻身焊对面的两条主焊缝，焊完后再翻身焊未焊完的2条主焊缝。2.6母材预热。根据建筑钢结构焊接规范和焊接工艺评定，母材板厚超过35mm时，在焊接前要对母材进行焊前预热，焊前预热温度约为60℃。焊前预热区域为焊接坡口两侧，预热宽度为焊件施焊处母材厚度的1.5倍以上且不小于100mm,在焊件反面测量预热温度，测温点距离电弧经过前的焊接点不小于75mm，一般采用氧气乙炔中性火焰预热。2.7焊缝的层温控制。每个焊接接头应一次性焊接完成，层温即焊缝的层间温度，一般应控制在85~110℃，焊接过程中焊工要及时用测温笔检查层间温度，焊接工长在施工过程中要用测温仪抽查，施工前要注意收集天气资料,当天气恶劣时应停止施焊（见图5）；如已开始，必须抢在恶劣天气到来前，焊完板厚的1/3以上才能停止焊接，并要及时做好已完焊缝的后热处理工作，及时记录层间温度。2.8做好寒冷天气下焊缝的后热与保温工作。为了避免焊缝延迟裂纹的产生，必须保证焊缝中的氢元素有足够的时间扩散，因此，在寒冷天气下，焊缝焊接完成后必须进行后热和保温处理，一般后热处理温度控制在200~250℃，测温点选在加热点的相对位置，禁止在加热点直接进行温度测试；达到后热温度之后，将焊缝用多层石棉布紧紧包裹保温。保温时间主要考虑接头区域、焊缝表面和环境温度，保温时间尽量延长。2.9焊缝探伤时间的确定。对于板材超厚和应力过于集中的情况，原来24h后的探伤工作经研究后决定延长至36h后进行，使残余应力和氢元素能够充分扩散，使探伤检测更为准确，可以避免后续应力导致的缺陷问题存在。

3结语

无锡会展中心一期鱼腹式钢屋架厚钢板焊接施工，通过以上各项措施的实施和控制，使焊缝质量得到了有效控制，内部焊缝UT探伤一次焊接合格率达到98.2%，返修后合格率100%，第三方（业主代表方）探伤合格率100%，钢结构焊接质量的有效控制保证了钢屋架的成功安装（见图6）、工程工期和工程创优；无锡会展中心一期钢结构制作、安装工程获得了2010年度上海市建设工程金属结构“金刚奖”、中国钢结构“金奖”（国家优质工程），整体工程获得了江苏省“扬子杯”奖，取得了较好的经济效益和社会效益。

作者:佘远健 单位:江苏南通六建建设集团有限公司