中国对外建设有限公司广西分公司
摘要：广西金融广场项目建筑外框12根钢管柱采用Q345B钢材，钢柱的壁厚从底部到上由45mm渐变为25mm，在分段对焊施工中采用了厚板现场焊接技术，本文就钢柱厚板现场焊接技术应用、质量控制等方面进行叙述。
一、工程概况
广西金融广场项目主体结构采用钢管混凝土柱-钢筋混凝土核心筒的双重抗侧力体系结构,建筑结构高度325米。钢结构地下4层，地上含机房层共计72层；地上13层以下共计12根钢柱，角部4根钢柱在13层开始分叉，由一根渐变为两根。渐变中13~17 层为连体异型柱，在第17层彻底分叉成两根，从而钢柱总数变为16根。本工程钢结构安装工程存在以下特点：
1．钢柱材质高，采用Q345B级低合金高强钢。
2．钢板厚度大，焊接难度高，GKZ1从基础面至32层、GKZ2从基础面至55层壁厚均在40mm以上。
3．钢柱直径大（最大为1800mm），焊接量大、焊缝集中，焊缝长度较长，焊接残余应力消减、控制关键。1800mm直径的钢柱焊缝长度达到了5.65m。
4．现场焊接属于室外作业，高空的作业环境湿度大、风力大、温度低，作业环境相对较差；且施工的时间跨度较大，现场焊接作业经历冬季和夏季的转换，并会遇到大风、暴雨和浓雾等不利气象条件的影响。
针对以上特点，项目施工中运用厚板焊接技术，在采用合理焊接工艺时需要设计合理的焊缝坡口，控制焊接工艺参数、适当提高焊道截面的宽深比，加强预热后热措施、控制焊缝冷却速度等措施，避免焊缝裂纹的产生。
二、厚板焊接技术要点
厚板焊接质量控制主要是防止层状撕裂，保证接头质量和接头的延性、韧性性能；减小和消除焊接变形及残余应力，确保高强钢、厚板焊接质量。
1、厚度方向性能级别钢材的选择
《厚度方向性能钢板》（GB/T5313-2010）国家规范中对钢材厚度方向性能分三个级别：Z15、Z25、Z35，其对应的钢材含硫量分别为：0.010%、0.007%、0.005%。本工程中采用Q345B钢板，其含硫量为0.040%，达到Z25级别；材质是低碳合金钢（C＜0.2%)，综合性能好，低温性能好，冷冲压性能，焊接性能和可切削性能好。
2、焊接材料的选用
焊接工艺分析，本工程钢柱对接、主钢梁与钢柱的对接焊缝为一级焊缝，焊接方法的选择上，本工程的焊缝特点决定了主要焊接方法主要是CO2气体保护焊（GMAW）。
3、焊缝接头形式
焊件开坡口的目的是为保证电弧能深入到焊缝根部使其焊透，并获得良好的焊缝成形以及便于清渣，对于合金钢来说，坡口还能起到调节母材金属和填充金属比例的作用。
坡口选择的原则：能够保证工件焊透，且便于焊接操作，如在容器内部不便焊接的悄况下，要采用单面坡口在容器的外面焊接；坡口形状应容易加工；尽可能提高焊接生产率和节省焊条；尽可能减小焊后工件的变形。
本工程钢柱在内部不便焊接，且为减少焊接材料的消耗量，厚板焊接采用单面坡口焊接。
4、分层分道焊接顺序
厚板焊缝的坡口较大，单道焊缝无法填满截面内的坡口。如采用摆宽道焊接造成的结果是，母材对焊缝拘束应力大，焊缝强度相对较弱，容易引起焊缝开裂或延迟裂纹的发生；而多层多道焊有利的一面是：前一道焊缝对后一道焊缝来说是一个“预热”的过程；后一道焊缝对前一道焊缝相当于一个“后热处理”的过程，有效地改善了焊接过程中应力分布状态，利于保证焊接质量。
本工程钢柱、转换层桁架截面较大，对接焊接时需要根据截面大小安排焊工焊接顺序，基本原则为对称施焊。
每条焊缝原则上一次连续施焊完成。但是本工程框架角柱截面超大，一个侧面的焊缝焊接量大于 4h 焊接量，其焊缝必须完成 2/3 以上才能停焊，间歇后环境温度较低时的焊缝重新焊接前需要重新预热。
5、焊接裂纹的防止措施
⑴控制焊材的化学成分。由于钢材化学成分已经选定，因此焊材选配时应选硫、磷含量低、锰含量高的焊材。
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⑵控制焊接工艺参数、条件。控制焊接电流与速度，使每一焊道的焊缝成形系数达到 1.1～1.2，减少在焊缝中心形成硫磷偏析，提高抗裂性能；加强焊前预热，降低焊缝在冷却结晶过程中的冷却速度。
⑶提高根部焊缝质量。焊缝根部焊接是厚板焊接的起始点，是产生裂纹的敏感区。
加强焊缝坡口的清洁工作；加强焊前预热温度的控制；使用小直径手工焊条打底，确保根部焊透；控制熔合比：在确保焊透的前提下，控制母材熔化金属在焊缝金属中的比例，减少母材中有害物质对焊缝性能的影响。
严格控制线能量：根据本工程所用钢材特性，焊接线能量宜控制在 2400～3000大卡以内，据此通过焊接电流，电压，速度三大参数的选配，保证焊层的厚度与焊料道的成形系数。
⑷控制焊缝金属在800℃-500℃之间冷却速度（t8/5值）
t8/5，即控制焊缝热影响区尤其是焊缝熔合线处，从800℃冷却到 500℃的时间。t8/5过于短暂时，易出现淬硬裂纹；t8/5过长，则熔合线处的临界转变温度会升高，降低冲击韧性值，对低合金钢，材质的组织发生变化。当钢材、焊材选定， t8/5控制方法有焊前预热、适当增大焊接热输入、焊后后热和缓冷，都达到增大 t8/5 降低冷裂纹敏感性的效果。
⑸焊后消氢处理。消氢处理的加热温度应达到 200～250℃，保温时间为 1.5 分/1mm～2.0 分/1mm，且不小于 1h，而后缓冷至常温。具体温度与保温时间应通过试验给予确定。
6、现场高空焊接技术质量控制措施
为确保焊接人的作业安全以及焊接作业时人员作业舒适度，从焊接的高空作业安全角度和焊接作业基本焊接方式采用在焊接区域搭设安全操作平台，安全作业挂笼。
高空焊接时，风力的影响也会大大影响到焊缝质量，尤其是采用 CO2气体保护焊时，因此高空焊接时应做好防风围挡。
另外，高空焊接应采取有效防雨防潮措施，雨天作业应搭设防雨棚，雨量较大时应停止焊接作业，阴雨天焊接，应对湿润的钢构表面进行烘干预热处理，防止水汽混入熔敷金属内产生气孔缺陷。
7、焊接过程中的检查
厚板焊接不同于中薄板，需要几个小时乃至几十小时才能施焊完成一个构件，因此加强对焊接过程的中间检查，显得尤为重要，便于及时发现问题，中间检查不能使施工停止，而是边施工、边检查。如在清渣过程中，认真检查是否有裂纹发生。及时发现，及时处理。
本工程设计要求钢管柱拼接采用开坡口全熔透焊缝，焊缝质量等级一级。对所有钢柱一级焊缝进行100%超声波探伤检测，结果均满足国家规范要求。
8、缺陷返修预案
对外观或探伤后发现的超标缺陷，应立即进行返修处理。
⑴焊缝表面缺陷超标时，即对气孔、夹渣、焊瘤、余高过大等缺陷，用砂轮打磨、铲凿、钻、铣等方法去除，必要时进行补焊，对低于焊缝母材、咬边、弧坑未填满等进行补焊。
⑵对探伤发现的超标缺陷，可根据缺陷的具体位置与深度，用碳弧气刨将缺陷彻底清除，必须用砂轮机对碳刨刨槽进行认真打磨，当缺陷为裂纹时，应先在裂纹两端打止裂孔，再刨除缺陷，并将裂纹两端各50mm长的焊缝刨成斜坡，同时将刨槽四周加工成大于10°的坡口，为保证返修质量，刨槽打磨后，辅以磁粉探伤，确定裂纹是否完全清除干净。
⑶补焊时为减小焊接应力，应进行预热，预热温度80℃～100℃，在坡口内引弧，尽可能采用小的线能量焊接，熄弧时一定要将弧坑填满。多层焊层间应错开接头100mm以上。当返修焊缝长度超过500mm时，采用分段退步焊法，焊缝应一次性焊接完成，必要时可采用焊工轮流作业。
⑷同一位置焊缝不得超过二次返修，对2次返修仍不合格的必须按程序上报处理. 对现场焊缝返修结果,质检科应作好详细记录,作为工程验收及存档资料。
⑸返修时由于焊接范围小，构件本身拘束度较高，导致焊接应力较大，应力复杂，易产生裂纹，补焊后，宜采用保温棉等进行保温缓冷。
三、结论
在厚板焊接结构件制作中，我们认真分析难点，采用C02焊接方法，仔细研究焊接工艺，确定好合适工艺参数，制定合理的技术要求，并进行严格的技术管理。实践证明：我们成功克服了厚板的焊接难点，保证了焊接质量，取得了显著的经济效益。
论文作者:王建刚,袁鹏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/6
标签：厚板论文; 作业论文; 裂纹论文; 缺陷论文; 应力论文; 截面论文; 钢材论文; 《基层建设》2017年第20期论文;