復雜空間鋼網(wǎng)格體系焊接工藝評定試驗

羅斯，張凌城，韋鵬，何俊霆，文宇豪，汪鵬，高翔

（中冶城市投資控股有限公司，廣州 510000）

1 工程概況

金灣航空城市民藝術中心含大劇院、多功能廳、藝術館、科普館4 個單體，鋼結構工程主要包含3 部分：各單體勁性鋼骨、大劇院主舞臺頂/觀眾廳頂鋼平臺梁和造型屋蓋及其支撐結構體系。鋼結構屋蓋造型獨特，結構復雜平面呈蝴蝶形狀，外殼結構采用單層鋼網(wǎng)格結構體系，支承于主體塔樓屋頂和裙樓混凝土托梁上，最大懸挑約15 m，最大跨度約65 m，總長度約260 m。屋蓋按單體劃分A、B、C、D 共4 個大區(qū)，28 個片區(qū)，由21 根樹形柱、12 根幕墻柱、31 根屋面支撐組成支撐體系，上部布置空間環(huán)形主梁，鋼網(wǎng)格為矩形管次梁，如圖1 所示。本工程屋蓋體系結構復雜，焊接位置、節(jié)點形式多，尤其是現(xiàn)場安裝施焊難度非常大。本文主要討論安裝階段的焊接工藝評定試驗。

圖1 屋蓋鋼網(wǎng)格體系示意圖

2 試件材料和設備

2.1 試件選取

由表1 屋蓋鋼網(wǎng)格體系概況可知，鋼材材質有Q355B、Q420C 兩種，構件板厚類型多，范圍20～60 mm，截面形式主要為圓形、矩形，其中，鋼網(wǎng)格次梁主要采用了成品矩形管，壁厚范圍8～22 mm，是本工程的主要特點之一。根據(jù)GB 50661—2011《鋼結構焊接規(guī)范》，結合表1 項目概況，選取試件的材質、板厚/壁厚、管徑以及焊接位置需滿足以下要求[1-2]：

表1 屋蓋鋼網(wǎng)格結構體系概況

1）材質：按照實際使用構件類別，選取試件覆蓋Q355B、Q420C 兩種。

2）板厚：試件板厚需適用工程實際應用構件板厚范圍。根據(jù)焊接方法類別，試件板厚選定20 mm、25 mm、35 mm、40 mm 4 種，適用3～80 mm 的厚度范圍。

3）管材外徑：管徑越小，施焊難度越大。按照直徑覆蓋和板厚適用原則，試件管材選定外徑450 mm，壁厚25 mm，覆蓋直徑450 mm 及以上、壁厚3～50 mm 的實際應用管材范圍。

4）焊接位置：根據(jù)屋蓋體系各類桿件的復雜空間連接關系，橫焊位置替代平焊位置，直徑不小于600 mm 的管材對接可用相應位置關系的板材對接進行替代，選定對接試件位置關系為橫焊H、傾斜固定全位置焊6G、傾斜固定加擋板全位置焊6GR。

2.2 焊接方法、材料及設備

焊接采用半自動藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊（FCAW-G）的方法，藥芯焊絲型號T492T1-1C1A（φ1.2 mm），對于采用Q420C 高強材質的構件，焊接采用T554T1-1C1A-N2 型藥芯焊絲。氣體保護焊采用NB-500 型直流電源焊接（直流反接）。

3 焊接工藝評定試驗

根據(jù)屋蓋鋼網(wǎng)格體系的特點，按照材質、板厚、管材外徑及類型、接頭及坡口、焊接位置關系并兼顧經(jīng)濟性的原則，擬定11 組焊接工藝評定試驗項目，編制了焊接工藝評定試驗任務書和指導書，并進行了試驗[3]。各試件的焊接參數(shù)如表2 和表3 所示。焊接前對坡口面及兩側進行打磨，焊接時層間清除熔渣、飛濺和毛刺等，預熱溫度≥60 ℃，層間溫度≤200 ℃。

表2 焊接工藝評定試件參數(shù)表（橫焊H）

表3 焊接工藝評定試件參數(shù)表（全位置6G、6GR）

4 試驗結果分析

焊接工藝評定試件檢測包含焊縫外觀檢查、無損檢測和力學性能檢測3 方面。本項目焊縫質量等級設計要求為全熔透一級焊縫。試件焊接后先進行焊縫外觀質量和尺寸檢查，不存在裂紋、未焊滿、咬邊、氣孔和夾渣等外觀缺陷，焊縫余高和錯邊滿足規(guī)范要求。試件焊接完成24 h 后進行超聲波無損探傷檢測，檢測結果符合GB/T 11345—2013《焊縫無損檢測 超聲檢測 技術、檢測等級和評定》2 級標準[4]，焊縫質量良好。

試件力學性能檢測標準依照GB 50661—2011《鋼結構焊接規(guī)范》相關規(guī)定，對接接頭試件1～7 進行拉伸、側彎、沖擊試驗，T 形接頭試件8～11 進行宏觀金相檢驗。

如表4 中試驗結果所示，試件1～7 對接接頭的焊縫強度都高于母材的標準值；側彎試驗結果都為完好未斷裂，表明接頭塑性良好；沖擊試驗焊縫和熱影響區(qū)的沖擊吸收能量都大于標準值34 J，且儲備值較大，表明對接接頭沖擊韌性良好。

表4 對接接頭力學性能試驗結果

試件8～11 T 形接頭宏觀金相檢驗表明，酸蝕后焊縫和熱影響區(qū)部位均未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合等缺陷。

5 結語

金灣航空城市民藝術中心項目屋蓋鋼網(wǎng)格體系復雜，焊接質量要求高，所進行的焊接工藝評定試驗符合規(guī)范規(guī)定，焊接位置、接頭坡口、焊接方法及焊接材料符合鋼結構工程安裝實際情況和要求。試件的焊縫外觀檢查和超聲波無損探傷、力學性能、宏觀酸蝕檢測結果均滿足規(guī)范和設計要求。本項目焊接工藝評定試驗為屋蓋體系焊縫質量提供了重要保障，施工過程中一次性探傷合格率99.8%，提前30 d 完成鋼屋蓋封頂，受到各方一致好評，也為類似項目實施提供了參考經(jīng)驗。