高层钢结构厚板焊接质量控制浅析范文

摘要:

近年来，高层及超高层建筑越建越多，在高层及超高层建筑中，钢结构及组合钢结构由于其结构的优越性，在该类型的建筑中已占据其主导地位，在钢结构施工过程中，焊接技术的好坏对整个结构的安全及使用起者至关重要的作用，本文通过对高层钢结构厚板焊接易出现的质量问题及相应的解决方法及措施进行论述，对类似工程的焊接质量控制管理起到借鉴作用。

关键词:

钢结构焊接质量控制

1工程概况

广州中央海航酒店广场项目一期写字楼工程位于广州市白云区，地处广州市白云区机场路33#，占地面积为23453.1㎡，总建筑面积:77981.8㎡。工程由一栋35层主楼和3层地下室两部分组成:其中主楼建筑总高度为164.7米，地下室深度为14.00米。最大层高:6.650米。标准层高:3.9米。结构形式为:型钢混凝土框架核心筒结构。由箱型柱和H型钢梁及核心筒内型钢柱构成钢结构体系。本工程钢结构分布在地下一层至屋面层。核心筒内为异型及H型钢柱;外框架部分地下一层有18根十字柱;地上部分主要为18根箱型柱及各层的钢梁等构件。钢材采用Q345B低合金高强度结构钢，对于厚度≥40mm的钢板，厚度方向性能要求为Z15，钢框架柱现场连接采用全熔透焊接;钢梁现场拼接时，其翼缘为全熔透坡口焊接，腹板为高强度螺栓连接;次梁与主梁的连接一般采用摩擦型高强度螺栓连接;连接于框架梁、柱上的支撑，其两端部分在工厂与柱和梁采用全熔透的坡口焊接，中段部分在工地与两端部分采用摩擦型高强度螺栓拼接。本工程十字钢柱最大截面尺寸为十950x400x28x60，箱型钢柱最大截面尺寸为□800×800×42，H型钢柱最大截面尺寸H400x175x14x24，组合钢柱750x400x350x200x16x24x36，主钢梁最大截面尺寸为H700X500X14X32。十字钢柱计有3种规格，板厚均为60mm，箱型钢柱计有15种规格，最小板厚为28mm，最大板厚为60mm;H型钢柱及组合钢柱最大板厚为36mm，主钢梁最大板厚为32mm，本项目钢构件具有规格型号多，板厚大的特点。

2钢结构厚板焊接易出现的质量问题

本工程钢柱、钢梁采用工厂加工，现场安装的施工方法，对于厚板焊接容易出现板材层状撕裂、整体变形(如挠曲、扭曲变形)、接头应力集中、焊缝产生裂纹及夹渣等质量问题，对钢结构安全使用产生较大影响。

3设计方面措施

在钢结构深化设计阶段，为减少厚板焊接易产生的质量问题，从焊接节点设计到构件制作与工地安装焊接构造设计进行精心设计，并与钢结构设计单位进行详细沟通。

(1)焊接节点设计。在T形、十字形及角接接头设计中，当翼缘板厚度不小于20mm时，为避免或减少使母材板厚方向承受较大的焊接收缩应力，宜采取相关的节点构造设计。

(2)构件制作与工地安装焊接构造设计。要求焊缝与母材等强的对接接头，其纵横两方向的对接焊缝，宜采用T形交叉;交叉点的距离不宜小于200mm，且拼接料的长度和宽度不宜小于300mm;焊接箱形组合梁、柱的纵向焊接缝，宜采用全焊接透或部分焊透的对接焊缝;要求全焊透时，应采用衬垫单面焊;只承受静荷载的焊接组合H形梁、柱的纵向连接焊缝，当腹板厚度大于25mm时，宜采用全焊透焊缝或部分焊透焊缝;箱型柱与隔板的焊接，应采用全焊透焊缝;对无法进行电弧焊接的焊缝，宜采用电渣焊接，且焊缝宜对称布置。H形框架柱安装拼接拼装接头宜采用高强螺栓和焊接组合节点或全焊接节点，采用全焊接节点时，翼缘板应采用单V形坡口加衬垫全焊透焊缝，腹板厚度如大于20mm，宜采用K形坡口，应反面清根后焊接;箱型框架柱安装拼接应采用全焊接头，并应根据设计要求采用全焊透焊缝或部分焊透焊缝。全焊透焊缝坡口形式应采用单V形坡口加衬垫。

(3)层状撕裂控制措施。采用双面坡口对称焊接代替单面坡口非对称焊接。采用低强度焊条在坡口内母材板面上先堆焊塑性过度层。采用低氢型、超低氢型焊条或气体保护电弧焊施焊。提高预热温度施焊。

(4)焊接裂纹相关预防措施。加强焊缝坡口的清洁工作，清除一切有害物质;加强焊前预热温度的控制;焊前对坡口根部进行烘烤，去除一切水分、潮气，降低焊缝中氢含量。严格控制熔合比:在保证材料可以焊接完全的情况下，严格控制钢材的母材融化金属在全部焊接缝中所占的比例，从而减少母材当中有害物质对焊接缝性能的相关影响。严格控制线能量:根据三维导热条件下的T8/5与焊接线能量的计算公式，对箱形构件角部和埋弧焊的加热热效率，计算出线能量最佳范围为13812J/cm2－40492J/cm2。在实际焊接过程中，取计算线能量的中间范围值，焊接线能量应控制在23－37KJ/cm2的最佳范围内。从而达到控制焊接线能量的输入，达到控制厚板焊接质量之目的。

(5)焊接变形控制措施。厚板焊接填充熔敷金属量大，焊接热输入量高，故变形亦大，因此须对构件严格按工艺条件选择合理的焊接坡口形式，尽量选用双面坡口形式，只能单面焊接的焊缝选用窄间隙坡口形式，减少焊接热输入总量，能有效减少焊接变形。选择合理的焊接方法和焊接工艺参数。能量集中和热输入较低的焊接方法，可有效降低焊接变形。采用CO2气保焊较焊条电弧焊小得多。热输入量是影响变形量的关键因素，当焊接方法确定后，可通过调节焊接工艺参数来控制热输入量，在保证熔透和焊缝无缺陷的前提下，尽量选择小的热输入。选择合理的装配和焊接顺序。可以采用部件装配－焊接法的构件，通过“化整为零，集零为整”的方式，能够有效减少制作过程中构件的刚性，有利于部件的翻身焊、对称焊，并通过对部件变形的矫正，能有效消减整体构件的焊接变形。可以对称施焊的焊缝采取对称同时同向施焊，当焊缝在结构上分布不对称时，如果焊缝位于构件中性轴两侧，可通过调节焊接热输入和交替施焊的顺序进行控制变形。对较长的焊缝采取分段退焊法和跳焊法，避免焊缝局部加热集中。

4现场焊接防变形的措施

焊接变形和控制焊接应力是焊接中保证构件焊接质量的重要方面，本项目采取的变形控制措施有:经安装及调整后，间隙仍大于18mm的焊接口，可以加设宽垫板，同时在靠近钢材母材的坡口进行焊接补缝，根部间隙达6～9mm，焊缝打磨完成后，还可以用UT设备进行探伤，直到检验合格后才能进行焊接。小于3mm的焊口，可以使用氧－乙炔火焰进行气刨或切割处理，从而修成标准坡口，最后保证间隙符合要求，完成后加设工艺垫板。喇叭接头，则采取不均匀的方式进行修补，最后达到均匀状态。焊接时尽量保证在较小的拘束度下焊接。采取对称施焊，减小焊接变形。

5结束语

本项目钢结构制作安装工程，通过合理的焊接节点设计，行之有效的焊接工艺设定，严格的施工过程管理，在加工厂制作焊缝检测及现场焊缝检测中，焊缝一次检测合格率达到99.6%，经过一次返修后检测合格率达到100%，较好地完成了该项目的钢结构施工质量监控。对今后类似工程的质量监督管理积累了丰富的经验。

作者:许宏 单位:广州市城市建设工程监理公司