成都海洋館焊接關(guān)鍵技術(shù)

浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （諸暨 312000）馮關(guān)明

浙江精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司（紹興 312030）孫 鋒 陳雅能

一、工程概述

1.工程概況

成都海洋館總用地為46萬m2，總建筑面積為138萬m2，主體高98m。海洋館建筑主體平面呈長方形，南北向長538.4m，東西向長423.92m，海洋館整體效果如圖1所示。

中央游藝區(qū)鋼結(jié)構(gòu)殼體沿長度方向分為三個(gè)結(jié)構(gòu)單元，單元長度分別為154.4m、143.3m、141.4m，共由18榀倒三角形鋼管主桁架組成，跨度155～194m，中間桁架最大間距為41.5m，兩邊分別為19.5m、21m，兩側(cè)最大懸挑分別為26m和39m。18榀主桁架支撐于混凝土底板，中間布置縱向鋼拉桿。主桁架之間采用倒三角形次桁架連接，間距約13m，次桁架之間再設(shè)置次梁，間距約3m。

屋蓋中部分段累積提升，第一次提升的提升架高度為22.8m左右，將巨拱中部91m分段提升至22.8m高，然后并與19.8m范圍內(nèi)拱桁架對接；第二次提升將巨拱桁架中部約132.8m范圍內(nèi)構(gòu)件提升71.2m左右，微調(diào)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，并與落地端分段處對接。每次提升中主拱桁架分段分別拉設(shè)鋼拉索。提升前各區(qū)域內(nèi)的次桁架、網(wǎng)殼、馬道等所有安裝的構(gòu)件均全部安裝完畢后再進(jìn)行提升。屋蓋提升立面分段示意如圖2所示。

圖1 海洋館整體效果

圖2 屋蓋提升立面分段示意

2.工程特點(diǎn)

（1）焊接施工特點(diǎn) ①節(jié)點(diǎn)形式復(fù)雜，焊接質(zhì)量要求高。②由于現(xiàn)場首先進(jìn)行散件安裝，然后整體焊接，所以焊接位置較差，焊接質(zhì)量控制難度大。③屋蓋整體提升后進(jìn)行弦桿對接焊接，焊接量大，焊接位置差，焊接質(zhì)量要求高。④焊接變形控制尤為重要，影響結(jié)構(gòu)整體安裝質(zhì)量。⑤高空焊接多。

（2）焊接施工難點(diǎn) ①鋼結(jié)構(gòu)焊接變形及殘余應(yīng)力的控制難度大。②圓管均為全位置焊接，焊接技術(shù)水平要求高，焊接質(zhì)量控制難度大。③工程所在地屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，雨水充沛、日照較少，焊接環(huán)境濕度比較高，導(dǎo)致焊縫金屬中氫的聚集，容易形成冷裂紋。

（3）焊接方法 綜合考慮工程現(xiàn)場焊接效率和操作難度，桁架、網(wǎng)殼地面拼裝焊接采用CO2氣體保護(hù)焊；高空桁架弦桿對接焊接、主桁架腹桿相貫口焊接采用CO2氣體保護(hù)焊；高空次桁架腹桿補(bǔ)桿、網(wǎng)殼補(bǔ)桿焊接采用焊條電弧焊。

二、關(guān)鍵焊接技術(shù)

1.焊接操作工藝

（1）焊接作業(yè)流程 焊接作業(yè)流程如圖3所示。

圖3

（2）焊接順序 ①以控制應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)闇?zhǔn)則，詳細(xì)制定焊接順序，嚴(yán)禁將合攏坡口布置在桿件應(yīng)力集中的地方。②應(yīng)先從整個(gè)結(jié)構(gòu)的中間構(gòu)件上施焊，先形成體系后向左、右擴(kuò)展焊接。③對于垂直構(gòu)件的對接施焊，應(yīng)由兩名焊工同時(shí)從兩側(cè)不同方向焊接，垂直構(gòu)件焊接采用兩人對稱焊接，兩人先焊接A，B（C，D）焊縫高度的40%，再進(jìn)行C，D(A，B)焊縫40%的焊接，之后再進(jìn)行A，B(C，D)焊縫剩余60%的焊接，最后結(jié)束C，D（A，B）焊縫的焊接（見圖4）。在焊接過程中需要注意層間溫度，防止層間溫度過高。當(dāng)焊縫過長時(shí)，采用分段跳焊法，但要保證兩焊工同步，減少變形。在焊接最后一層時(shí)需一次焊完，不得分段焊接。

圖4

（3）預(yù)熱及后熱處理 對于較厚的板件(厚度＞25mm)，在T形接頭、角接接頭和十字形接頭中應(yīng)采取防止層狀撕裂的措施。措施包括：焊前預(yù)熱；焊后緩慢冷卻或后熱；仔細(xì)清除焊絲及坡口的油銹、毛刺及水分；焊條嚴(yán)格烘干等。預(yù)熱的加熱區(qū)域應(yīng)在焊接坡口兩側(cè)，寬度應(yīng)各為焊件施焊處厚度的15倍以上，且≥100mm；預(yù)熱溫度宜在焊件反面測量，測溫點(diǎn)應(yīng)在離電弧經(jīng)過前的焊接點(diǎn)各方向≥75mm處。

當(dāng)用火焰加熱器預(yù)熱時(shí)正面測溫應(yīng)在加熱停止后進(jìn)行，預(yù)熱溫度確定方法如下：①根據(jù)焊接接頭的坡口形式和實(shí)際尺寸、板厚及構(gòu)件拘束條件確定預(yù)熱溫度。焊接坡口角度及間隙增大時(shí)，相應(yīng)提高預(yù)熱溫度。②根據(jù)熔敷金屬的擴(kuò)散氫含量確定預(yù)熱溫度。擴(kuò)散氫含量高時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高預(yù)熱溫度。當(dāng)其他條件不變時(shí)，使用超低氫型焊條打底預(yù)熱溫度可降低25～50℃。③根據(jù)焊接時(shí)熱輸人的大小確定預(yù)熱溫度。當(dāng)其他條件不變時(shí)，熱輸入增大5kJ/cm，預(yù)熱溫度可降低25～50℃。④根據(jù)接頭熱傳導(dǎo)條件選擇預(yù)熱溫度。在其他條件不變時(shí)，T形接頭應(yīng)比對接接頭的預(yù)熱溫度高25～50℃。

（4）進(jìn)行焊后消氫處理 消氫處理的加熱溫度應(yīng)為200～250℃,保溫時(shí)間應(yīng)依據(jù)工件板厚，按每25mm 板厚≥0.5h且總保溫時(shí)間≥1h 確定。達(dá)到保溫時(shí)間后應(yīng)緩慢冷卻至常溫。

2.焊接新技術(shù)

（1）鏈?zhǔn)綄谄鞯膽?yīng)用 為保證桁架弦桿拼裝對接焊接的精度，在焊接前使用鏈?zhǔn)綄谄鲗㈣旒芟覘U進(jìn)行位置調(diào)整，從而提高桁架拼裝質(zhì)量，鏈?zhǔn)綄谄鹘M成如圖5所示。

圖5

鏈?zhǔn)綄谄魇褂貌襟E如下：①準(zhǔn)備好各組裝部件。包括：調(diào)整塊、校正器、限位塊、鏈片、M20高強(qiáng)螺栓、壓塊、螺旋千斤頂。②將需要對接的鋼管先初步就位，將鏈?zhǔn)戒摴軐谄骼@在對接位置，將調(diào)整塊2從調(diào)整塊1的條形孔中穿過，再安裝上壓塊。③在調(diào)整塊1和調(diào)整塊2之間放入螺旋千斤頂，使千斤頂頂住調(diào)整塊1和壓塊，張拉千斤頂，使鏈?zhǔn)綄谄魇站o，限位塊自然壓迫兩對接管管口，使得兩對接管管口形成同心圓，管口保持一致。④由于鋼管加工過程中存在偏差，鋼管對接口局部可能存在偏差較大，局部錯(cuò)邊量超過標(biāo)準(zhǔn)，故采用校正器進(jìn)行局部校正。具體校正的方法如下：把錯(cuò)邊將達(dá)的部分用火焰進(jìn)行加熱，再在校正器上放入螺旋千斤頂，用千斤頂頂住錯(cuò)邊向內(nèi)壓，這樣就可以把錯(cuò)邊嚴(yán)重的部位修正。由于每個(gè)鏈片中間均預(yù)留校正器安裝螺栓孔，所以在鋼管對接口任意位置均可安裝校正器來校正此位置的錯(cuò)邊。

鏈?zhǔn)戒摴軐谄魇褂檬址奖悖瑢⒃瓉矸彪s的對口修正工作化繁為簡，提高了工作效率，降低了工作難度。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，該對口器可應(yīng)用到φ300～φ1700mm、厚度在35mm以下的鋼管上，效果十分明顯。以φ1000mm、厚度25mm的鋼管對接為例，約1h內(nèi)就能將對接口對接好，精度控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。

鏈?zhǔn)綄谄鲗?shí)際應(yīng)用情況如圖6、圖7所示。

圖6 地面拼裝應(yīng)用

圖7 高空對接應(yīng)用

（2）自動(dòng)切割技術(shù)的應(yīng)用 為提高焊接構(gòu)件坡口精度，提高工作效率，對于現(xiàn)場臨時(shí)制作的焊接構(gòu)件，使用自動(dòng)切割設(shè)備進(jìn)行坡口切割（見圖8～圖10），設(shè)備采用日豪的火焰切割機(jī)CG1—30。

圖8

圖9

圖10

三、焊接設(shè)備、焊接材料應(yīng)用情況

1.焊接設(shè)備

焊機(jī)及輔助機(jī)具管理按照以下要求：

（1）焊機(jī) 焊機(jī)選用松下的YD—500GM，焊機(jī)管理要求：①設(shè)備應(yīng)符合相應(yīng)的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，安全防護(hù)裝置齊全。②電源必須有獨(dú)立而容量足夠的保護(hù)裝置，如自動(dòng)斷路裝置等。保護(hù)裝置應(yīng)能可靠地切斷設(shè)備最大額定電流，以保證安全。③設(shè)備的各接觸點(diǎn)和連接件必須連接牢固，在運(yùn)行中不松動(dòng)和脫落。④設(shè)備應(yīng)有保護(hù)接地或保護(hù)接零線，保護(hù)接地或保護(hù)接零線中間不得有接頭。⑤應(yīng)放置在干燥、通風(fēng)良好的地方，并避免劇烈的振動(dòng)和碰撞。焊機(jī)應(yīng)保護(hù)良好的絕緣，經(jīng)常清掃、保持干凈。

（2）輔助機(jī)具 ①焊鉗、焊槍應(yīng)有良好的絕緣性能和隔熱性能。②焊鉗、焊槍與電纜連接處必須簡便牢固、接觸良好，且連接處不得外露，以防觸電。③焊接電纜應(yīng)有良好和足夠的導(dǎo)電截面和絕緣層。④焊接電纜線應(yīng)為多股細(xì)線組成的軟線，且應(yīng)具有較好的抗機(jī)械性損傷能力及耐油、耐熱和耐腐蝕等性能。⑤焊機(jī)與配電盤連接的電源線長度不超過3m。嚴(yán)禁將電源線拖在工作現(xiàn)場地面上。⑥焊接電纜中間不應(yīng)有接頭。如需短線連接，則接頭不宜超過兩個(gè)，接頭應(yīng)用純銅導(dǎo)體制成，并且連接要牢靠，絕緣要良好。⑦嚴(yán)禁利用現(xiàn)場的金屬結(jié)構(gòu)、管道、軌道、爬梯及其他金屬物搭接起來作為導(dǎo)線。⑧電纜不可置于電弧或熾熱焊件附近，以防燙壞絕緣層。橫穿現(xiàn)場通道或道路時(shí)要加遮蓋，以防輾壓磨損。⑨通過焊接電纜的電流不得超過電纜線的安全載流量。⑩電加熱器等預(yù)熱設(shè)備布設(shè)應(yīng)由電工負(fù)責(zé)，不得有裸露的電阻絲或?qū)Ь€。

2.焊接材料

焊接材料選用原則：①選擇微合金化程度較高的焊材，特別是對Nb、Ni、Ti等的焊材，盡量使焊縫產(chǎn)生針狀鐵素體而提高焊縫的強(qiáng)韌性。②焊接材料包括焊條、焊絲、焊劑；所有被采用的焊接材料的生產(chǎn)廠，均必須具有有效的質(zhì)量保證體系，焊接材料生產(chǎn)廠名、焊接材料出廠質(zhì)量證明書以及產(chǎn)品使用說明書等。③所選焊接材料，必須按設(shè)計(jì)要求、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)檢，并進(jìn)行嚴(yán)格的工藝評定，合格后方可用于本工程。焊接材料選用標(biāo)準(zhǔn)如附表所示。藥芯焊絲選用大西洋φ1.6mm的CHT711。

焊接材料選用標(biāo)準(zhǔn)

四、結(jié)語

在海洋館中央游藝區(qū)鋼結(jié)構(gòu)工程中，業(yè)主、總包、監(jiān)理對焊接給予了高度重視，對焊接專項(xiàng)方案作出明確的要求，焊接專項(xiàng)方案編寫完成后，又多次召開專家會議，對專項(xiàng)焊接方案進(jìn)行了嚴(yán)格的審查。該工程質(zhì)量均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，焊縫一次合格率為96%＞95%，質(zhì)量控制資料完整，有關(guān)安全和功能的檢測資料齊全，觀感質(zhì)量經(jīng)建設(shè)、勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位及質(zhì)量監(jiān)督單位驗(yàn)收，一致認(rèn)為達(dá)到設(shè)計(jì)、規(guī)范要求，評定為合格。焊接質(zhì)量得到保障，使得海洋館游藝區(qū)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋提升施工得以順利進(jìn)行，最終圓滿完成海洋館鋼結(jié)構(gòu)安裝任務(wù)。