超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑厚板焊接工藝分析

孫和禮

（甘肅省科工建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑是現(xiàn)代建筑工程常用的結(jié)構(gòu)類型，能提升建筑的安全可靠性。但是，在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑工程施工期間，需要運(yùn)用到各種厚板焊接工藝。本文結(jié)合工程案例，對超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑厚板焊接工藝進(jìn)行研究，通過有效的工藝技術(shù)，確保超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的焊接質(zhì)量，滿足建筑質(zhì)量的相關(guān)要求，發(fā)揮超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的功能與作用點(diǎn)，滿足實(shí)際需求。

1 工程概況

某超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑，設(shè)計高度為184.5m，地上、地下分別是36、3 層，箱型鋼管柱，其界面類型以H 型、箱型為主，鋼斜撐為H 型，地上前3 層施工900mm 方形屈曲支撐，鋼結(jié)構(gòu)的連接方式包括焊接、螺栓連接、栓焊連接等。為了提升施工質(zhì)量與安全，該工程對酒店塔樓鋼柱選擇了十字型和H 型2 種，其中材料選擇Q345B 與Q345GJB 低合金結(jié)構(gòu)鋼為基礎(chǔ)，共使用約2萬噸。構(gòu)件都是在工廠預(yù)制后送到施工現(xiàn)場，并在現(xiàn)場進(jìn)行拼裝。所以現(xiàn)場焊接工程量較大，并且厚板的數(shù)量較多，如果不能對厚板焊接工藝進(jìn)行有效控制，就會給工程質(zhì)量帶來影響。

2 焊接形式簡介

焊接形式主要有以下幾類，厚板焊接需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇[1]。

2.1 熔焊

熔焊是一種較為常見的焊接方式，主要通過加熱方式，使焊件接頭融化，促進(jìn)原子間的相互擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)可靠連接，冷卻凝固后，焊接接頭具有牢固的特點(diǎn)，常見的焊接方式包括電弧焊、電渣焊、氣焊和氣體保護(hù)焊等。

2.2 壓焊

壓焊需要預(yù)先給焊接件施加壓力，這一過程中，可以給焊接件加熱，也可以不加熱。

（1）對焊接件進(jìn)行加熱，并根據(jù)實(shí)際需求，增加適當(dāng)?shù)膲毫Γ偈菇饘僭娱g相互結(jié)合，進(jìn)而形成焊接接頭，這種焊接方式包括鍛焊、摩擦焊、氣壓焊和接觸焊等。

（2）不進(jìn)行加熱，僅在被焊金屬的接觸面給予足夠的壓力，促使接頭在壓力的作用下，發(fā)生塑性形變，使原子間相互結(jié)合，最后成為牢固的焊接接頭，這種焊接方式包括冷壓焊、爆炸焊等，主要適合用于復(fù)合鋼板的焊接中。

2.3 釬焊

釬焊是選擇一種比母材熔點(diǎn)更低的金屬材料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔點(diǎn)的溫度，釬料會提前液化，然后釬料會潤濕母材，并在接頭之間的縫隙處與母材相互擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)對母材的焊接。這種焊接方式比較常見，包括烙鐵焊、火焰釬焊。

以上3 種都是常見的焊接方式，實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合工程的基本需求，合理選擇焊接形式，通常對橫焊、立焊和平焊幾種方法進(jìn)行綜合利用，截面形式可以按照口型、H 型和卍型進(jìn)行選擇[2]。

另外，該工程中對厚板進(jìn)行焊接之后，選擇無損檢測技術(shù)對焊縫進(jìn)行驗收。

3 厚板焊接工藝選擇

3.1 焊材與焊接設(shè)備的選型

實(shí)際工作中，首先需要對焊材和焊接設(shè)備進(jìn)行合理選型，同時，對焊接方式進(jìn)行控制，從而滿足焊接施工質(zhì)量要求。該工程選擇的焊材見表1。

表1 焊材的規(guī)格情況

E5016 為現(xiàn)場手工電弧焊設(shè)備，實(shí)心焊絲（可選擇ER50-6+藥芯焊絲）處理。現(xiàn)場的焊絲化學(xué)成分以及熔敷力學(xué)性能需要有資歷的單位進(jìn)行檢測，合格后方能繼續(xù)使用。同時，施工時焊接量大，可選擇NBC-500 焊機(jī)，這類設(shè)備體積小且焊接工作優(yōu)秀，穩(wěn)定性強(qiáng)，可有效提升焊接效率和焊接質(zhì)量。

3.2 關(guān)鍵點(diǎn)的焊接工藝

厚板關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的焊接工藝選擇需要結(jié)合工程的實(shí)際情況，對焊接力學(xué)性能進(jìn)行分析，第一、三層，需要根據(jù)精細(xì)化要求處理，做好焊接變形處理。當(dāng)一到三層完成焊接之后，對外口進(jìn)行焊接處理，最后對剩余部位進(jìn)行焊接處理。不同的截面鋼柱、鋼梁可以按照相應(yīng)的順序進(jìn)行焊接[3]。

3.3 焊接工藝及技術(shù)

3.3.1 焊前預(yù)熱

焊接過程中，對100mm 左右的中厚板，需要焊前采用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度不宜過高，也不宜過低，該工程選擇120℃作為預(yù)熱溫度。同時，預(yù)熱范圍也要合理控制，確保預(yù)熱范圍在焊縫上下150mm 左右，選擇紅外溫度儀器作好溫度測量工作，測溫工作需要等火焰離開之后方可開展。

3.3.2 多層多道焊

在對厚板焊接時，需要進(jìn)行打底5mm 焊接，采用多層多道焊，且每一層厚度＜5mm，如果厚度太大，不利于控制質(zhì)量。焊接時，焊槍溢出的CO2保護(hù)范圍比較有限，因此每層焊縫寬度需控制在15mm 左右,但此時可能會出現(xiàn)氣孔，因此，該項目控制每一層的焊縫寬度在10mm 左右，所以10 層厚板的厚度約為100mm。這樣一來，就可以讓每一層的焊縫由多道焊縫構(gòu)成，分層多道焊接工藝能夠提升焊接質(zhì)量，確保符合厚板的焊接需求，降低安全隱患和質(zhì)量隱患。

3.3.3 層間溫度控制

施工期間為了避免時間過長導(dǎo)致焊縫冷卻后出現(xiàn)斷層的現(xiàn)象，在實(shí)際焊接時，需對層間溫度進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合實(shí)際情況，溫度控制在120～250℃間。且在焊接時需要做好連續(xù)施工工作，如果中間出現(xiàn)溫度低于120℃情況，下次焊接時，需要重新對材料進(jìn)行加溫，確保溫度達(dá)到指定的溫度后再施行焊接。

3.3.4 焊接參數(shù)的確定

在焊接過程中，由于使用了大量的CO2氣體保護(hù)焊，所以實(shí)際施工中，需要對焊接參數(shù)進(jìn)行有效控制，包括氣體流量、焊接速度等，提升焊接質(zhì)量，以符合工程需求。該工程的焊接參數(shù)如表2 所示，需嚴(yán)格按照表2 對焊接參數(shù)進(jìn)行控制，才能有效降低各類因素給施工帶來的影響，確保厚板的焊接質(zhì)量。

表2 焊接參數(shù)

3.3.5 焊后處理

在焊接完成后，為保證焊接的最終質(zhì)量，需對焊縫進(jìn)行清潔處理。首先對焊縫表面進(jìn)行處理，主要是對熔渣、金屬飛濺物進(jìn)行控制，再對焊縫的外觀質(zhì)量進(jìn)行檢測。另外，構(gòu)件最重要的節(jié)點(diǎn)焊縫，需檢查外觀，保障外觀是合格的，同時在焊縫附近打上鋼印。最后，磨平外露的鋼構(gòu)件對接接頭焊縫余高，達(dá)到與被焊材料同樣的光潔度，選擇防腐涂料，對焊縫進(jìn)行涂飾，降低焊縫生銹的概率，確保施工的質(zhì)量[4]。

3.4 焊后余溫的監(jiān)測

在焊接完成后，還需要對焊接的余溫進(jìn)行監(jiān)測，保證焊縫余溫符合要求，確保焊縫質(zhì)量，保證焊縫后續(xù)的服務(wù)能力，避免厚板的焊接隱患。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合實(shí)際工程，對厚板焊接工藝和應(yīng)用進(jìn)行研究，選擇合理的焊接工藝及技術(shù)對厚板進(jìn)行焊接[5]，保證厚板焊接質(zhì)量符合施工的要求，確保厚板在超高層建筑中發(fā)揮相應(yīng)的功能與作用，進(jìn)而積極推動超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的推廣和應(yīng)用。