建筑鋼結構高強超厚板的焊接

張軍烈

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

本文就建筑工程中所采用的超強超厚鋼板的現場對接焊接工藝進行研究，通過借鑒相關文獻及工程實例[1-2]，在前期進行針對性的工藝設計及試驗，試驗獲得成功后，選擇了15°＋20°的雙面坡口形式進行完整的工藝評定。根據試驗評定的基本焊接環境溫度、預熱溫度、層間溫度及后保溫時間等技術參數，制定現場焊接工藝指導書，避免了焊接缺陷在各焊接階段的產生，在保證焊接質量的同時減少了現場焊接工作量，具有一定的經濟性和實用性。

1 工程概況

臨港科技創新城A0202地塊位于上海市浦東新區，工程建筑體量上分為1個裙房和3個塔樓，其中裙房3層，塔樓層數不一（地面以上15～18層）。塔樓建筑外形呈“水晶體”造型，極具現代氣息。高強厚板主要分布在裙房桁架區域。主要構件為箱形截面，規格有□2 100 mm× 600 mm×80 mm×120 mm、□800 mm×600 mm×25 mm× 80 mm、□1400 mm×600 mm×25 mm×100 mm、□800 mm× 600 mm×25 mm×80 mm、□900 mm×600 mm×25 mm× 100 mm、材質主要為Q420JG、Q390GJ（圖1、圖2）。其中60 mm以上厚度的鋼板用量達9 000 t。

圖1 桁架厚板分布形式

圖2 典型構件箱形截面分布

2 高強厚板焊接特點、難點

整個裙房區域高強、厚板焊接工程量大，跨越冬季、夏季施工季節。焊縫形成過程中溫差大，易引起整體結構的較大變形，焊縫冷卻過程中易產生冷裂紋、撕裂形態。節點區域焊接量大，焊接時整個節點區域受熱過于集中，易產生應力集中，形成熱裂紋。施工前，須針對高強厚板制定合理的焊接工藝，對工藝實施評定合格后，獲取工藝措施和工藝參數；實施過程中須按工藝參數進行嚴格控制。

3 高強厚板焊接流程

3.1 焊前準備

1）制定合理完善的焊接工藝和坡口形式。

2）高強厚板母材匹配焊接材料檢測。

3）進行焊前培訓，熟悉高強厚板焊接工藝，制定焊前預熱、焊后保溫措施。

4）正式施焊前，對焊工進行焊接考試，以確保高強厚板焊接質量。

5）設定焊接最低環境溫度為＋5 ℃，低于此環境溫度不得施焊。

3.2 控制原則

1）構件安裝時不得強行裝配，致使產生初始裝配應力。2）采用合理的焊接順序，采取對稱焊以及分段焊。

3）預先合理設置收縮余量，縮小結構的變形量。

4）保證預熱，對層間溫度進行有效控制，降低接頭拘束度，減少焊接熱影響區范圍。

5）采取焊后保溫緩冷措施，使接頭在冷卻時能有足夠的塑性和寬度，均勻消除焊接收縮，降低殘余應力峰值和平均值。

3.3 焊接過程控制方法

1）高強超厚板現場焊接坡口設計。坡口設計應適用現場作業條件，利于控制焊接變形量，減少焊縫金屬填充量，避免應力集中，并確保焊接完全熔透。基于以上需求，主要采用窄間隙坡口形式（圖3）。

圖3 典型坡口焊縫示意

2）焊接方法與材料選用。采取高效的CO2焊接方法，減少焊接道數。針對Q345B、Q345JGC、Q390GJC材質鋼板，采用型號E501T-1藥芯焊絲。針對Q420GJC材質鋼板，采用型號E551T-1藥芯焊絲。箱形構件包含Q390GJC與Q420GJC兩種材質鋼板時，采用就低原則，選擇型號E501T-1藥芯焊絲。

3）焊接順序。以控制應力、應變為準則，詳細制定焊接順序，嚴禁將合攏焊口布置在桿件應力集中的地方。對于柱-柱的對接施焊，應由2名焊工同時從兩側不同方向焊接，先焊接A、B（或C、D）焊縫高度的40%，再焊接C、D（或A、B）焊縫高度的40%，之后再進行A、B（或C、D）剩余60%焊縫高度的焊接，最后結束C、D（或A、B）焊縫的焊接。當焊縫過長時，應采用分段跳焊法，但要保證兩焊工同步，減少變形。在焊接最后一層時需一次焊完，不得分段焊接（圖4）。

圖4 焊接順序示意

4）焊縫收縮（主要為橫向收縮）對構件的變形影響較大，而收縮量主要與焊接線能量關系密切。為此，在焊接工藝評定時，進行現場模擬接頭試驗，通過分析相關焊縫收縮量的數據，對實際接頭的焊接收縮進行預控。

5）焊接溫度控制。高強超厚板火焰預熱范圍應控制在焊縫坡口兩側寬度不小于板厚的1.5倍且不小于100 mm（溫度控制在80～120 ℃），焊接過程中進行層間溫度監測，將溫度控制在150～220 ℃。如溫度過高，應停歇，待溫度達到要求后，方可進行施焊。焊接完成后，將厚100 mm保溫棉覆蓋在焊縫上下各500 mm范圍內進行保溫緩冷（規范為不小于3倍板厚且不小于200 mm），保溫冷卻至常溫。每個環節通過紅外線測溫儀控制溫度。

4 結語

本工程實施的高強超厚板焊接整套施工工藝、滿足規范要求。通過一系列控制措施，有效地保證高強厚板焊接質量達到預期要求，使本工程高強厚板焊接合格率達100%。通過焊前火焰加熱、焊后保溫緩冷，對比常規焊前電加熱、焊后電保溫，施工更方便、操作更簡單，且保溫材料可重復使用，減少用電量，節約能耗。15°＋20°雙邊坡口在現場對接節點上的使用上具有先進性，可以有效減少現場的焊接工作量。最低＋5 ℃環境溫度的焊接條件設定以及厚板焊接保溫緩冷方式的實施，在南方地區的鋼結構施工工藝措施選擇中，具有明顯的經濟性和實用價值，本文提出的工藝評定參數對于現場焊接工藝研究具有一定的指導意義。