浙江省建工集团有限责任公司 浙江杭州 310012
摘要：钢结构有自重轻、延展性好、工业化程度高、可在生利用等天然优势在超高层建筑中框筒钢结构-混凝土组合结构广泛应用，钢结构起到主要结构受力作用，钢结构的安装质量直接关系到整个建筑的质量，钢结构的焊接质量更是重中之重。
关键词：超高层；钢结构；焊接技术
1、工程概况
兰州红楼时代广场工程位于甘肃省兰州市南关十字，主要由主楼A、裙楼B及人防部分组成。地下三层，主楼地上层数55层，裙楼地上为10层，标准层高为3.8m/5.1m，总高度266m。本工程结构形式为矩形钢管混凝土柱-钢梁—钢骨混凝土核心筒十伸臂桁架环向腰桁架结构。主楼、裙楼外筒从地下3层到顶面层为钢砼结构柱和楼层钢梁，在11、26、41层外围设有加强桁架，结构用钢量约2万吨。钢材种类多涉及：Q235B、Q345B、Q345GJB、Q420C等，钢板厚度大，构件与节点构造复杂，在制定焊接工艺时应重点处理好以下关键问题。
2、焊接特点
2.1厚板焊后冷裂纹倾向大
本超高层大量采用高建钢，高建钢的主要特点是随着钢板厚度的增加，其力学性能基本保持不变。为实现这一性能特点，在保持或适当提高碳、锰等元素含量的基础上，还要添加一定量的合金元素。这些合金元素的添加将导致钢板的碳当量及裂纹敏感系数提高，使钢材焊接性能下降，再加上厚板焊接接头高约束和焊后高残余应力的特点，使高建钢厚焊后冷裂纹倾向进一步加大。
2.2焊后母材易发生层状撕裂
本超高层大量采用高强钢超厚板，且角接接头和T型接头数量众多，而层状撕裂一般都发生在角接接头和T型接头中。随着板厚的增加，层状撕裂的问题将愈加突出。由于层状撕裂在外观上没有任何迹象，而现有的无损检测手段又难以发现。
2.3构件构造复杂、焊接难度大
本超高层部分构件十分复杂，超厚板用量大，焊接约束度大，很容易造成应力集中。加之钢材强度高，一旦焊接变形过大，将很难矫正。
3、钢构件焊接工艺
焊接作业开始前，首先根据深化设计、上述特点和自身的生产条件制定详细的焊接工艺。对特殊或首次使用的焊接工艺进行焊接工艺评定，以确保所采用焊接工艺的可靠性。并制定完善、可行的焊接工艺方案和措施，作为工程中指导焊接作业的工艺规范。
3.1焊接材料选用和管理
焊接材料主要指在钢结构焊接中所使用的焊条、焊丝、焊剂、电渣焊熔嘴和保护气体等。焊条、焊丝、焊剂、电渣焊熔嘴等焊接材料与设计选用的钢材相匹配，且符合现行国家标准《钢结构焊接规范》GB50661-2011的有关规定。焊条使用前在300~400度范围内烘焙1~2h，或按厂家提供的焊条使用说明书进行烘干。焊剂使用前按制造厂家推荐的温度进行烘焙，已受潮的焊剂严禁使用；焊丝表面和电渣焊的导管以及栓钉焊接端面应无油污和锈蚀。
3.2焊接环境
对于手工电弧焊焊接作业区风速超过8m/s或CO2气体保护焊焊接作业区风速超过2m/s的应设防风棚或采取其它防护措施；当焊接作业区的相对湿度大于90%，或焊件表面潮湿或表面潮湿或暴露于雨、冰、雪中时严禁进行焊接作业。焊接环境温度低于-10度时，我们进行相应焊接环境下的工艺评定实验，并评定合格后再进行焊接。
3.3预热及后热处理和保温
对较厚板件（大于25mm），在T型接头和角接接头中应采取防止层状撕裂的措施。措施包括：焊前预热，焊后缓慢冷却或后热，仔细清除焊丝及坡口的油锈、毛刺及水份，焊条严格烘干等。预热的加热区域应在焊接坡口两侧，宽度应各为焊件施焊处厚度的15倍以上，且不小于100mm；预热温度宜在焊件反面测量，测温点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处；当用火焰加热器预热时正面测温应在加热停止后进行。
消氢处理的加热温度应为200℃～250℃，保温时间应依据工件板厚按每25mm 板厚不小于0.5h且总保温时间不得小于1h 确定。达到保温时间后应缓慢冷却至常温。保温时可包裹4层石棉布，满足保温时间后，工件缓冷至环境温度后拆除石棉布。
3.4引弧板和衬垫
焊接作业时，在焊接接头的端部设置焊缝引弧板，使焊缝在延长段上引弧和熄弧，以保护母材不受焊接作业损害。焊条电弧焊和气体保护电弧焊焊缝引弧板长度应大于25mm，埋弧焊引弧板长度应大于80mm。引弧板和衬垫板的钢材屈服强度不应大于被焊钢材的强度，其焊接性能应相近。
3.5焊接变形的控制
3.5.1焊接变形的产生
焊接过程形成的不均匀温度场和塑性变形，使焊后焊件（包括焊缝）在冷却过程中的不均匀收缩受到约束而产生的内应力称为焊接应力。在焊接应力的作用下，焊件将产生变形，该变形称为焊接残余变形，简称焊接变形。实际上焊缝的基本变形只有焊缝的横向缩短和纵向缩短，但由于焊缝截面形状、焊缝在焊件中的位置不同，最后导致焊件产生了各种不同的焊接变形。主要分为收缩变形，弯曲变形，角变形，波浪变形，扭曲变形。
为保证构件或结构尺寸施工精度的要求，对焊接变形进行有效控制，但有时焊接变形控制的同时会使焊接裂纹倾向随之增大。因此，我们在钢结构焊接施工过程中，根据不同的节点构造及焊缝形式，采取合理的焊接工艺、装焊顺序、热量平衡等方法来降低或平衡焊接变形，杜绝采取刚性固定或强制措施控制焊接变形。本工程对柱～梁连接的焊接而言，先焊接梁的腹板与柱连接处，再焊接梁的翼板与梁的连接；焊接梁的腹板时，两人同时焊接，直至焊接完成；焊接梁的翼板时，若空间允许，两人对称焊接，保证焊接同步；否则按如下顺序进行焊接：先进行上翼板焊缝30％的焊接，再进行下翼板焊缝30％的焊接，之后结束上翼板的焊接，最后结束下翼板的焊接。
3.6 返修焊
焊缝表面缺陷超标时对气孔、夹渣、焊瘤、余高过大等缺陷应用砂轮打磨、铲凿、钻、铣等方法去除，必要时进行补焊，对焊缝尺寸不足、咬边、弧坑未填满等进行补焊。经探伤检查的内部超标缺陷进行返修时应先编写返修方案，然后确定位置，用砂轮和碳弧气刨清除缺陷，缺陷为裂纹时，气刨前应在裂纹两端钻止裂孔，并清除裂纹两端各50mm长焊缝或母材。补焊预热温度应比正常预热高。根据工程节点决定焊接工艺，如：低氢焊接，后热处理等。焊缝正反面各作一个部位，同一部位返修不宜超过两次。对两次返修仍不合格的部位应重新编写返修方案，经工程技术负责人审核并报监理认可后方可执行。返修焊接应填报施工记录及返修前后无损检测报告，作为工程验收及存档资料。
4、结 语
为了保证超高层工程钢结构施工以及安装质量，首先应做好钢结构的焊接施工。钢结构的焊接施工工艺由于涉及到诸多小项目，具有一定的复杂性，但是焊接施工必须要保证质量，并在确保焊接质量不变的情况下，尽量提升施工效率。就此为了使钢结构各部分的焊接施工达到规定要求以及使用标准，需对焊接材料、工艺、焊接设备以及焊接作业人员等方面进行严格监管，只有各与钢结构焊接施工相关的因素紧密配合，才能够从根本上保证焊接质量。
参考文献
[1]刘景凤、周文瑛、段 斌等.GB 50661-2011钢结构焊接规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011
[2]王宏等.超高层钢结构施工技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2013
论文作者:李天生
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/22
标签：钢结构论文; 厚板论文; 裂纹论文; 焊条论文; 层状论文; 作业论文; 焊接工艺论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;