高層建筑鋼連廊合攏口焊縫厚板焊接工藝

廖偉堯

（中交四航局江門航通船業(yè)有限公司）

1 工程概述

某公司兩棟塔樓地上層數為40層，地下層數為3層，整體高度為195.8m。其中上部鋼連廊從32層開始直到40層為止，高度約為44.2m，跨度為51.9m，兩棟塔樓通過鋼連廊變成一個整體結構。施作方法：根據尺寸制造鋼連廊結構，當所有結構抵達施工現場在地面進行拼裝，最后直接將整個鋼連廊在高空之中完成相互合攏。本次工程需要將鋼連廊提升至151m的高空之中展開施工，整體重量為2850t，所以鋼連廊焊接工藝是關鍵環(huán)節(jié)。

2 焊接工藝難點

東、西塔樓之間上部結構為焊接式鋼結構，鋼連廊結構由多個零部件焊接組裝而成，每個部件的對接口焊接都會產生內部應力。由于高強鋼厚板對接焊本身就存在相當的難度，在施焊過程中易出現因為低性能、高含量、溫度控制不當等因素而產生裂紋；并且在本次工程中填充焊絲使用量較大，所以選擇密度較為集中的熱輸入焊接法，但這種方法不能以流水線形式進行焊接，其中包含大量焊接節(jié)點，焊接效率較低，收縮情況較為嚴重，焊接過程產生的應力和變形問題很難控制，當應力和變形無法控制時，容易在鋼連廊合攏口焊縫附近處出現裂紋、撕裂、殘余應力等質量不穩(wěn)情況。因此，優(yōu)化工程厚板對接口焊接工藝十分重要，是本次工程中焊接工藝的重中之重[1]。

3 鋼桁架厚板焊接工藝要點分析

3.1 鋼桁架厚板對接縫坡口與加工

在確定鋼桁架厚板對接縫坡口形式時，為了提高安裝精度和消除厚板焊接質量不穩(wěn)定的情況，最終決定鋼桁架厚板對接縫坡口采用以下方式，見圖1。

圖1

確定坡口形式后，對鋼桁架厚板對接口進行加工處理，通過機械設施對其展開平面加工。圖2、圖3為鋼桁架加工平面和加工后坡口情況。

圖2

3.2 鋼桁架厚板對接口焊接順序

提前制定建筑上部鋼桁架焊接節(jié)點與順序，為了保證焊接節(jié)點與順序更加明確，以M軸與J軸對整個鋼桁架厚板進行劃分，M軸與J軸焊接節(jié)點如圖4、圖5所示。

圖4 鋼桁架厚板M軸焊接節(jié)點圖

圖5 鋼桁架厚板J軸焊接節(jié)點圖

其中M軸焊接順序為：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18。J軸焊接順序為：19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36。

3.3 鋼桁架厚板對接口焊接措施

本工程上部鋼連廊比下部鋼連廊更加難以安裝，在拼裝上部鋼桁架時，采用材料為Q390GJC-Z25鋼材，厚板最大板厚為80mm。但這種材料的碳含量較高，淬硬傾向較大，所以焊接性能會比其他材料更低，在焊接受熱區(qū)域與底部容易出現冷裂紋。此外，如果鋼桁架對接口部位的焊接縫較寬，就會在鋼材內部產生較大的應力，導致鋼材出現收縮情況，在開始焊接操作后，會形成多種問題疊加，影響本次高層建筑鋼連廊桁架合攏口超寬焊縫厚板焊接工程整體質量[2]。

為了保證鋼桁架厚板對接口焊接質量，通過以下措施解決焊接問題：

⑴提前做好準備環(huán)節(jié)，在施工現場搭建腳手架、遮擋棚以及焊接平臺，對焊縫坡口部位進行打磨處理，并在母材周圍安設墊板；

⑵工程所用人員必須具備焊工資格證明，并根據每名焊工擅長的技能方向委任焊接部位，確保焊接合格率能夠達到本次工程實際要求；

⑶控制鋼桁架對接口的熱循環(huán)操作次數，正常通過火焰切割完成坡口加工后，盡量不使用弧氣刨技術，并在開始焊接之前做好焊接位置檢查、裝備以及加工等環(huán)節(jié)[3]。

4 鋼連廊整體合攏口焊接順序

⑴M軸懸挑梁分段焊接順序：37→38→39；40→41→42。見圖6。

圖6 M軸桁架挑梁分段焊縫圖

⑵J軸懸挑梁分段焊接順序：43→44→45；46→47→48。見圖7。

圖7 J軸桁架挑梁分段焊縫圖

5 鋼桁架厚板焊接質量控制

⑴鋼桁架合攏口加固碼板平面布置形式如圖8所示。

圖8

每道桁架分段對接口設上下左右四個面共8塊(30mm×400mm×200mm)加固碼板，防止焊接變形，加固碼尺寸根據板厚對接口焊接焊縫時產生的應力大小而設定尺寸。

⑵對接口焊接順序控制。在對單桿鋼桁架對接口進行焊接施工時，焊接順序如圖9所示。

圖9 方形管對接口焊接流程圖

其中鋼桁架上弦、下弦與斜腹桿這三個部位的對接基本都屬于方形，所以在焊接中需要涵蓋一條橫向平焊、一條橫向仰焊以及兩條縱向立焊，每個對接口都需要由兩名焊接人員同時開工，才能保證焊接對稱效果。

⑶焊接施工準備控制。在焊接施工前，焊接人員需要核對對接口加固板焊接效果，并對加固板焊縫中的灰塵與鐵銹進行清除，保證焊縫之中不能存在任何雜物。

⑷焊接溫度預熱控制。焊接前的預熱環(huán)節(jié)，將溫度控制在150℃到200℃之間，整個焊接層實際控制溫度需要參考焊接工藝評定相關的工藝參數，一般標準溫度約為150℃，但為保險起見，焊接人員最好隨身攜帶溫度探測筆，實時測定溫度，對實際溫度適當有效控制。

⑸對接口裝配質量控制。在通過裝配檢驗后才開始連接施工，檢驗內容為：鋼桁架尺寸測量、錯位情況是否處于工程容錯率之內。而且在整個連接過程，必須安排專業(yè)人員時刻觀察連接情況，發(fā)現連接方向不對，或錯位情況過于嚴重時，應及時告知焊接人員，并立即擬定調整方案，保證鋼桁架結構的連接順利完成。

⑹合攏口焊接過程控制。鋼桁架合攏口打底(底部第一道焊)焊接開始，就需要由兩名焊工對稱打底焊接對接口，從下往上焊接每一道焊縫，由于打底第一道焊接最容易出現較大焊接變形情況，合攏口兩側雖有兩個加固碼板，但兩焊工焊接技能水平、能力不同，導致兩邊焊接速度不一樣，單位時間內各自成型的焊縫長度不一樣，此時桁架端部偏向焊接速度快的一邊，所以為了確保工程焊接質量，在開始焊接施工之前，兩名焊接人員需要提前調試焊接電流，盡可能提前將焊接電流控制為相同狀態(tài)。由于兩名焊接人員在工作中無法直接觀察到對方的成型長度，所以很難將兩側焊接速度控制在相同速度內，兩側焊縫深度也會各不相同，鋼桁架整體也會朝向焊接速度較快的一側偏移，這時候需要測量人員在焊接過程中進行實時追蹤，在發(fā)現一側焊接速度過快產生鋼桁架端部偏移時，通過對講機要求焊接人員暫時停止，待另一側焊接速度與這一側焊接進度持平時，再通知焊接人員正常工作，這樣便可保證鋼桁架兩側的焊接效果接近，確保鋼桁架焊接之偏移值控制在預設定的正常值，從而促使工程順利完工[4]。

6 結束語

在建筑連接工程，尤其是鋼結構連接工程中，焊接工藝是核心，屬于最終質量的決定技術之一。因此，在高層建筑鋼連廊合攏口焊縫厚板焊接工程中，應明確焊接工程的特點與難點，選擇適合的焊接工藝，并且對鋼桁架合攏對接縫焊接過程中的收縮與變形情況做到全面管控，才能確保焊接工程與整體工程的質量。