超高空大型箱形連廊狹窄空間多向受限焊接施工技術

摘要：結合上汽通用五菱綜合研發實驗大樓工程，對超高空大型箱形連廊狹窄空間多向受限焊接進行介紹。針對目前超高空狹窄空間多向受限焊接的難題，結合工程實際闡述具體技術改進方案和質量控制措施，取得了良好的經濟效益和社會效益，具有一定的推廣價值。

關鍵詞：大型箱形連廊;狹窄空間;多向受限;焊接

0" "前言

超高空大型箱形連廊鋼結構由于高度較高，體型大，需要在高空中進行組裝焊接，在箱形鋼梁、箱形鋼柱、箱型斜撐在節點交匯處焊接[1]。本文針對施工特點，改進創新施工工藝，研發了超高空大型箱形連廊狹窄空間多向受限焊接施工技術，有效解決超高空狹窄空間多向受限焊接難題，且操作方便快捷，省時省力，能提高施工質量和工效，節約成本。經過在項目的成功應用，驗證了技術的可行性，且為今后此類施工提供借鑒。

1" "工程概況

上汽通用五菱綜合研發實驗大樓工程，由兩座塔樓組成，頂部三層通過連體結構連接，連體為鋼結構桁架，長度63m，寬度27m，總高度14m，底部標高61.75m，屬于超高空大型箱形連廊鋼結構。由于高度較高、體型大，需要在高空中進行組裝焊接。構件鋼板板厚為32mm和18mm，且均為一級焊縫，每一層箱形鋼梁、箱形鋼柱、箱型斜撐在節點交匯處的焊接。該處的焊縫因焊接空間狹小受到限制，焊接費時費力，操作困難。

2" "技術特點

該技術事先利用BIM技術對箱形連廊鋼結構模擬拼裝，搭設完成自制全平面大型鋼板操作平臺后，再高空散拼組裝。鋼結構吊裝就位并進行臨時固定后，通過節固定托架和千斤頂進行校正，再采用智能焊接機器人分段焊接，人工輔助拼焊成整體。在正式施焊前，采用砂輪機對坡口進行打磨，然后進行引熄弧板焊接。

此外，通過自研箍筋式固定磁鐵加熱器對焊接構件進行預加熱，消除構件焊后質量缺陷，確保厚鋼板構件的焊接質量。焊接時按照先下層后上層、由中間向四周、先區域后整體的順序。焊縫分層施焊，底部封底采取手工焊，中間填充采取半自動焊，面層采取手工焊蓋面。其中半自動焊采用智能焊接機器人分段焊接，對于狹窄空間多向受限部位的焊接，采用全方位多角度轉動焊頭的焊槍施焊。焊頭根據焊縫不同部位及時調整位置，確保工人處于最佳焊接狀態，保證焊接質量。施焊完成后，對焊縫外觀質量檢查，合格后及時進行探傷檢測[2]。

3" "施工過程控制要點

3.1" 工藝流程

施工準備→BIM模擬鋼結構拼裝→自制全平面大型鋼板操作平臺搭設→鋼構件吊裝就位、臨時固定→鋼構件預加熱→鋼結構焊接→狹窄多向受限部位焊接→焊縫探傷驗收。

3.2" 施工要點

3.2.1" BIM模擬鋼結構拼裝

利用BIM技術，模擬連廊鋼結構拼裝，確定鋼結構的安裝順序，確保工序有條不紊進行。鋼結構構件，按照深化設計圖紙，在加工廠逐一加工，構件的編號與BIM模擬吊裝的順序一致，如圖1所示。

3.2.2" 自制全平面大型鋼板操作平臺搭設

連體桁架為高空散拼、搭設支撐系統及操作平臺，其上兩層及屋面層鋪設永久自制全平面大型鋼板，永臨結合，兼作操作平臺，保證施工安全

3.2.3" "鋼構件吊裝就位、臨時固定

吊點的設置需方便吊裝作業，穩定性強、可靠性高[3]，故在鋼構件上焊接鋼板開孔作為吊點。為穿卡環方便，將孔徑加大，將其作為吊裝孔。為確保吊裝平衡，計算出構件重心，吊鉤下掛設2根單繩吊運。吊點如圖2所示。

構件起吊前，在構件兩端綁扎好溜繩，輔助構件就位。先吊裝最外側靠近主樓的第一段縱向主梁，始端與型鋼柱采用高強螺栓連接，末端放置在支撐體系統臨時支座的頂面鋼板上，梁與支撐體系頂面鋼板臨時固定。第二段縱向主梁始端與第一段主梁采用高強螺栓連接，末端放置在支撐體系頂面鋼板上，梁與支撐體系頂面鋼板點焊臨時固定，以此類推。吊裝時，工人站在操作平臺腳手板上，腳手板綁牢。鋼梁安裝從兩端向中間合攏。

安裝完第一層4條縱向主梁并檢查校正后，安裝橫向主梁。橫向主梁安裝時，采用高強螺栓與縱向主梁連接[4]。隨后安裝水平支撐及次梁，水平支撐及次梁均采用高強螺栓固定。高強螺栓初擰固定后再松鉤。當縱向主梁安裝有錯位時，校正采取錯位調節方式，工具包括調節固定托架和千斤頂。鋼結構校正如圖3所示。

檢查校正后，對第一層桁架節點進行焊接。與型鋼柱的連接點，采用臨時焊接固定，其他節點按設計要求焊接。焊接時，從桁架的中間位置往兩邊施工。焊接完成后，進行下一層桁架吊裝。

第二層先吊裝橫向中間靠近主樓的第一段縱向主梁，用高強螺栓連接始端與型鋼柱，腹桿和第一層桁架的節點采取高強螺栓連接，第二層桁架采用20#槽鋼與第一層臨時固定，防止傾覆。第二層安裝第一段后，安裝相鄰軸線的第一段，方法相同。安裝完相鄰的兩段主梁后，安裝該段的橫向主梁，橫向主梁采用高強螺栓連接。鋼梁安裝從兩端向中間合攏。安裝縱橫向主梁后，檢查校正，依次安裝水平支撐及次梁。第三層及第四層安裝同第二層。

3.2.4" "鋼構件預加熱

焊接前對鋼構件進行預熱，預熱采用自研箍筋式固定磁鐵加熱器。加熱器除自身能夠吸附在鋼結構上，還通過不銹鋼箍筋式固定片，將加熱器與鋼構件牢牢固定在一起，以防止加熱器滑脫[5]。測溫儀器測量溫度，在焊接坡口兩側設置寬度為1.5倍以上焊件施焊處厚度的加熱區域預熱（寬度不小于100mm）。加熱溫度根據不同的板厚不同，測量預熱溫度宜在焊件反面。

3.2.5" "鋼結構焊接

由于構件鋼板較厚，焊縫須分層施工，如32mm的分5層施焊，18mm的分3層施焊。焊接施工先下層后上層、由中間向四周、先區域后整體，避免出現質量缺陷和誤差。焊接時采取整體焊接，確保進度協調一致及各工序順利搭接，鋼梁采用對稱焊接。厚鋼板根部采用手工焊封底，中間填充采用智能焊接機器人分段焊接，面層采用手工焊蓋面的焊接方式。面層、封底采用手工焊。智能焊接機器人分段焊接中間層。

3.2.6" "狹窄多向受限空間部位焊接

焊前除銹及去除雜質使用砂輪機對母材焊縫接觸面打磨。焊接引弧板、熄弧板及襯墊。準備焊接設備，安裝好接火盆，防止焊接時引起火災。斜撐焊縫接觸面打磨如圖4。

對于鋼箱梁內部、斜撐鋼構件節點、多向交交叉節點等狹窄空間多向受限部位的焊接，采用自研全方位多角度轉動焊頭的焊槍施焊。焊頭根據焊縫不同部位及時調整位置，確保工人施焊時處于最佳焊接狀態，便于靈活施焊，保證焊接質量。

對于鋼箱梁內部焊縫焊接，由于鋼箱梁截面尺寸為500mm×500mm，底部焊縫和兩側立面焊縫需在內部進行施焊，焊接操作空間狹小，操作容易受到周邊結構阻擋，焊縫質量難以保證。通過自制全方位多角度轉動焊頭的焊槍，對底部焊縫進行平焊，對立面焊縫進行立焊，能夠有效解決狹窄受限空間的難題，且易于觀察熔池和熔滴過渡情況。工人施焊時運條平穩，避免下淌，保證焊接質量。

斜撐底部焊縫焊接，采用仰焊。由于斜撐焊縫處距離全平面大型鋼板操作平臺小，夾角空間小，焊縫需采用仰焊進行。仰焊時因重力作用，溶池不容易控制，容易產生夾渣、未焊透、焊瘤和成型不美觀問題。通過自制全方位多角度轉動焊頭的焊槍，能夠有效解決狹窄受限空間的難題，且在施焊時能夠有效托住鐵水，不讓鐵水下垂。同時也能夠解決常規施焊工人反手腕方式拿焊把，焊渣飛濺落到身體導致燙傷的問題，確保了安全和焊接質量。

3.2.7" "焊縫探傷驗收

板件拼接和全熔透焊處的焊縫質量等級為一級，應進行100%超聲波檢驗。焊接結束等待48h后，外觀檢查合格后對焊縫做無損探傷檢測，探傷檢測前使用砂輪機打磨焊縫處兩端，使之光滑平整。多向受限焊縫施工效果如圖5所示。

4" "質量控制措施

編制指導生產的焊接工藝。焊接施工前，搭設焊接防護措施（防風棚、防雨棚等）。焊接前對被焊構件進行預熱，預熱溫度約為150℃，預熱速度為2℃/min，大約75min后達到150℃。焊縫區空氣濕度大于85%，應采取加熱除濕處理。使用藥芯焊絲焊接，CO₂氣體作焊接保護，增加CO₂保護氣柱的挺度。

在狹窄空間焊接，必須保證焊接連續，并注意焊接設備焊頭的選取。狹窄空間焊前，焊縫接觸面必須清理干凈，特別是轉角部位表面必須打磨清理到位。焊接前進行焊口清理，清除焊口處表面的水、氧化皮、銹、油污等。焊條使用前均需要進行烘干處理。

5" "結語

采用自制箍筋式固定磁鐵加熱器，對焊接構件進行預加熱，可消除構件焊后質量缺陷，確保厚鋼板構件的焊接質量。焊接時采用自制全方位多角度轉動焊頭的焊槍，對于狹窄空間多向受限部位的焊接進行施焊，焊頭可根據焊縫不同部位及時調整位置，確保焊接處于最佳焊接狀態，有效解決了狹窄空間多向受限焊接難題。其操作方便快捷，省時省力，能提高施工質量和工效，節約成本，取得良好綜合效益。該技術適用于各類鋼結構的焊接，特別適用于受限空間鋼結構構件的焊接，在鋼結構焊接施工中具有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1] 唐際宇，楊嘯磊，劉奔，等.昆明新機場航站樓鋼彩帶對接焊施工技術[J].施工技術，2011（9）：18-20+38.

[2] 范玲芳.轉胎回轉焊在大跨徑開口式鋼箱梁焊接施工中的應用[J].甘肅科技，2017（8）：101-104.

[3] 余曉云，葉劍標.建筑工程鋼結構焊接節點承載性能分析[J].齊齊哈爾大學學報（自然科學版），2021（6）：79-83.

[4] 徐錦華.淺論建筑鋼結構焊接關鍵技術[J].中國金屬通報，2021"（5）：204-205.

[5] 高瑞峰.焊接工程技術措施在建筑鋼結構領域中的應用[J].四川建材，2021（5）：105-106.