超高層高強超厚板焊接技術的研究與應用

郭智華

摘? ? 要：銀川綠地中心項目伸臂桁架結構采用H型和箱型構件，板厚為100mm、80mm，材質為高強Q420C，伸臂式桁架構件自重大，現場場地狹小，核心筒與外框結構沉降差異大，對構件安裝要求嚴格。為保證現場焊接質量，通過對超厚鋼板的焊接參數進行計算及試驗評定，確定高強超厚板焊接工藝參數，并對焊接熱輸入、焊接方法以及焊縫截面尺寸等幾種措施對焊接變形進行試驗，得出一套有效防止焊接變形的施工措施。

關鍵詞：超高層建筑;超厚鋼板;高強度鋼板;鋼板焊接;施工技術

1? 引言

伴隨著國民經濟的飛速發展，鋼結構工程在建筑行業中已占據越來越重要的地位，而鋼結構焊接進度快慢、質量優劣對于鋼結構及后序施工均會產生重要影響，鋼結構焊接工藝特別是伸臂桁架焊接施工工藝具有更廣泛的應用及發展前景。

2? 工程概況

銀川綠地中心項目位于銀川市閱海商務區，建筑總高度為301.150m，地上66層。本工程主體結構采用框架--核心筒混合結構體系，外框架由鋼梁和型鋼混凝土柱構成，設置伸臂桁架。桁架層構件板厚最大達100mm，最重構件達33.4t。

3? 施工特點

桁架層使用大量超厚鋼板，焊接工作量極大;焊接部位處于高空危險區域，焊接環境惡劣;鋼板厚度8cm、10cm，焊接難度極大。

4? 焊接參數的確定

4.1? 預熱溫度的確定

（1）由表1中數據計算預熱溫度。

CE（IIW）=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15

=0.15+1.6/6+（0.05+0.001+0.035）/5+（0.03+0.06）/15

=0.4399%>0.4%

隨著碳當量數值的不斷累積，鋼材的焊接性能會受到影響，當碳當量<0.4%時，不需要采取預熱措施。當碳當量值處于0.4%～0.6%之間時，冷裂紋的敏感性將增大，焊接時需要采取預熱[1]。

為能更準確確定預熱溫度，本文采用seferain法并充分考慮了碳當量和板厚的兩個因素進行計算。

[C]c=C+40（Mn+Cr）/360+20Ni/360+28Mo/360

[C]t=0.005t[C]c （t為板厚 mm）

[C]=[C]c+[C]t=[C]c（1+0.005t）

預熱溫度 Tp=350[[C]-0.25]=102.10℃

由于北方天氣較冷，焊后會及時進行后熱處理，所以，最終將預熱溫度確定為110℃～120℃之間。

4.2? 后熱溫度的確定

對于強度級別高的低合金鋼和厚度大、拘束度較大的焊接結構，采取焊后立即進行熱處理的方式，可以大大降低氫在焊縫中的含量（即消氫），可有效減小焊接應力，預防延遲裂紋的產生[2]。

Tpc=455.5CEp-114

CEp=C+0.2033Mn+0.0473Cr+0.1288Mo+0.0292Ni

+0.0359Cu+1.692S+0.844V-0.0792Si-1.595P

后熱溫度 Tpc=95.89℃

最終后熱溫度確定為100℃。

5? 施工工藝流程及操作要點

5.1? 工藝評定

針對桁架層特殊節點及100mm厚板現場焊接的情況，成立焊接質量小組，，現場進行100mm厚板（Q420C）的焊接工藝評定。

5.2? 施工工藝流程

施工準備-焊前準備-坡口清理、檢查（襯板、引弧板、熄弧板）-預熱-定位焊-根部打底-填充焊接-面層焊接-后熱-保溫-外觀檢查-打磨探傷區域-探傷-工序交接

5.3? 操作要點

5.3.1? 施工準備

（1）根據本工程的特殊性，結合其他項目的焊接經驗和施工技術水平，采用CO2氣保半自動焊的焊接方法，該焊接工藝具有渣+氣聯合保護的特點[3]。

（2）桁架層主要鋼構件材質為Q420C，焊接方式采用CO2氣體保護焊。

（3）在施焊前，焊工須檢查坡口，清理坡口雜物，并形成焊前檢查記錄。

5.3.2? 坡口檢查

（1）鋼構件在焊接前要仔細檢查坡口，對安裝完成的構件焊縫坡口進行嚴格檢查，并符合規范要求。

（2）母材上待焊接的表面和兩側應均勻光潔，且應無毛刺、裂紋等其他對焊縫質量有不利影響的缺陷[4]。

5.3.3? 引弧板和引出板的焊接

構件焊接之前，首先進行火焰預熱，預熱溫度為110℃～120℃之間，在焊道兩側焊接引弧板和引出板，引弧板、引出板長度不少于25mm，引焊到引板的焊縫長度不得小于引板長度的2/3。

5.3.4? 焊接順序

桁架整體焊接順序吊裝成整體后，焊接四個角柱，然后分段間隔焊接下弦，整體吊裝完后，焊接工作全面展開，第一步焊接角柱，焊接到蓋面時，斜撐進入焊接工作，由下而上，焊接上弦。同一支柱節點上的對接焊縫要同時對稱施焊，每一道對接焊縫應該先焊下翼緣，再焊上翼緣，同一支梁兩端的對接焊縫不允許同時施焊。

5.3.5? 焊接要求

（1）層間溫度的控制。焊接時需嚴格控制焊縫的層間溫度，溫度應處于100℃～145℃。施焊過程中焊接連續，如果出現裂紋等較嚴重質量缺陷，必須報告焊接技術負責人，調查原委，制定修補措施后，才能進行處理[5]。

（2）防焊接變形措施。鋼構件板單個焊縫節點。最大收縮值在3mm～4mm，需布置拘束板防止焊接變形。板厚為超厚板構件現場焊縫，采取如下防變形措施：焊接前加設拘束板;為避免熱收縮，施焊時必須對焊縫的層間溫度嚴格把控，且需不定時的進行測溫，避免溫度太高。焊接順序要正確合理，控制焊接速度，減小焊縫收縮，做到“量大先焊，量小后焊”的焊接原則[6]。

（3）后熱及保溫。鋼板墻焊接完成后采取后熱措施，后熱溫度為100℃，當構厚度t>50mm時，最短保溫時間為（150+t）/100（經驗公式），經計算可得最短保溫時間為2.5h。隨后緩慢冷卻，加溫測溫方法與預熱相同，后熱采用電加熱板進行加熱。

5.3.6 焊縫檢驗及返修

（1）外觀及無損檢測。當工件溫度自然冷卻至環境溫度后，開始對焊縫進行外觀檢查、無損檢測（按圖紙要求）。

（2）焊縫返修。當焊縫存在內部缺陷時，其返修工藝和檢驗程序嚴格按照原焊接工藝和檢驗程序執行，同一位置焊縫返修次數小于2次[7]。

6? ?結論

通過超高層高強超厚板焊接技術的研究與應用，針對本工程伸臂桁架焊縫超長、超厚的特點，通過對工藝參數的計算確定，以及現場焊接工藝評定考試，保證了伸臂桁架焊接的質量，減小焊接變形，同時降低了施工成本，縮短了工期，為公司其他類似鋼結構工程提供更廣的參考價值。

參考文獻：

[1] 根據碳當量如何確定焊接性[Z].

[2] 尚林義，王東紅.高強超厚鋼板焊接技術[J].工程科技，2013（7）.

[3] 高雷雷.超高層建筑鋼結構連廊厚板焊接施工技術[J].建筑施工，2014.

[4] 潘國良.焊接工藝評定標準的探討[J].科技與企業，2014.

[5] 韋啟喆.淺談鋼結構施工要點[J].城市建筑，2013.

[6] 李洪杰.針對焊接應力和焊接變形的控制研究[J].赤子，2014

[7] 袁蒙.石家莊開元廣場箱型鋼柱制作技術[J].科學與財富，2013.