高層鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接質(zhì)量控制淺析范文

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摘要:

近年來，高層及超高層建筑越建越多，在高層及超高層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)及組合鋼結(jié)構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，在該類型的建筑中已占據(jù)其主導(dǎo)地位，在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，焊接技術(shù)的好壞對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全及使用起者至關(guān)重要的作用，本文通過對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接易出現(xiàn)的質(zhì)量問題及相應(yīng)的解決方法及措施進(jìn)行論述，對(duì)類似工程的焊接質(zhì)量控制管理起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞:

鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制

1工程概況

廣州中央海航酒店廣場(chǎng)項(xiàng)目一期寫字樓工程位于廣州市白云區(qū)，地處廣州市白云區(qū)機(jī)場(chǎng)路33#，占地面積為23453.1㎡，總建筑面積:77981.8㎡。工程由一棟35層主樓和3層地下室兩部分組成:其中主樓建筑總高度為164.7米，地下室深度為14.00米。最大層高:6.650米。標(biāo)準(zhǔn)層高:3.9米。結(jié)構(gòu)形式為:型鋼混凝土框架核心筒結(jié)構(gòu)。由箱型柱和H型鋼梁及核心筒內(nèi)型鋼柱構(gòu)成鋼結(jié)構(gòu)體系。本工程鋼結(jié)構(gòu)分布在地下一層至屋面層。核心筒內(nèi)為異型及H型鋼柱;外框架部分地下一層有18根十字柱;地上部分主要為18根箱型柱及各層的鋼梁等構(gòu)件。鋼材采用Q345B低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，對(duì)于厚度≥40mm的鋼板，厚度方向性能要求為Z15，鋼框架柱現(xiàn)場(chǎng)連接采用全熔透焊接;鋼梁現(xiàn)場(chǎng)拼接時(shí)，其翼緣為全熔透坡口焊接，腹板為高強(qiáng)度螺栓連接;次梁與主梁的連接一般采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接;連接于框架梁、柱上的支撐，其兩端部分在工廠與柱和梁采用全熔透的坡口焊接，中段部分在工地與兩端部分采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓拼接。本工程十字鋼柱最大截面尺寸為十950x400x28x60，箱型鋼柱最大截面尺寸為□800×800×42，H型鋼柱最大截面尺寸H400x175x14x24，組合鋼柱750x400x350x200x16x24x36，主鋼梁最大截面尺寸為H700X500X14X32。十字鋼柱計(jì)有3種規(guī)格，板厚均為60mm，箱型鋼柱計(jì)有15種規(guī)格，最小板厚為28mm，最大板厚為60mm;H型鋼柱及組合鋼柱最大板厚為36mm，主鋼梁最大板厚為32mm，本項(xiàng)目鋼構(gòu)件具有規(guī)格型號(hào)多，板厚大的特點(diǎn)。

2鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接易出現(xiàn)的質(zhì)量問題

本工程鋼柱、鋼梁采用工廠加工，現(xiàn)場(chǎng)安裝的施工方法，對(duì)于厚板焊接容易出現(xiàn)板材層狀撕裂、整體變形(如撓曲、扭曲變形)、接頭應(yīng)力集中、焊縫產(chǎn)生裂紋及夾渣等質(zhì)量問題，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安全使用產(chǎn)生較大影響。

3設(shè)計(jì)方面措施

在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)階段，為減少厚板焊接易產(chǎn)生的質(zhì)量問題，從焊接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)到構(gòu)件制作與工地安裝焊接構(gòu)造設(shè)計(jì)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，并與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行詳細(xì)溝通。

(1)焊接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。在T形、十字形及角接接頭設(shè)計(jì)中，當(dāng)翼緣板厚度不小于20mm時(shí)，為避免或減少使母材板厚方向承受較大的焊接收縮應(yīng)力，宜采取相關(guān)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)。

(2)構(gòu)件制作與工地安裝焊接構(gòu)造設(shè)計(jì)。要求焊縫與母材等強(qiáng)的對(duì)接接頭，其縱橫兩方向的對(duì)接焊縫，宜采用T形交叉;交叉點(diǎn)的距離不宜小于200mm，且拼接料的長(zhǎng)度和寬度不宜小于300mm;焊接箱形組合梁、柱的縱向焊接縫，宜采用全焊接透或部分焊透的對(duì)接焊縫;要求全焊透時(shí)，應(yīng)采用襯墊單面焊;只承受靜荷載的焊接組合H形梁、柱的縱向連接焊縫，當(dāng)腹板厚度大于25mm時(shí)，宜采用全焊透焊縫或部分焊透焊縫;箱型柱與隔板的焊接，應(yīng)采用全焊透焊縫;對(duì)無法進(jìn)行電弧焊接的焊縫，宜采用電渣焊接，且焊縫宜對(duì)稱布置。H形框架柱安裝拼接拼裝接頭宜采用高強(qiáng)螺栓和焊接組合節(jié)點(diǎn)或全焊接節(jié)點(diǎn)，采用全焊接節(jié)點(diǎn)時(shí)，翼緣板應(yīng)采用單V形坡口加襯墊全焊透焊縫，腹板厚度如大于20mm，宜采用K形坡口，應(yīng)反面清根后焊接;箱型框架柱安裝拼接應(yīng)采用全焊接頭，并應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用全焊透焊縫或部分焊透焊縫。全焊透焊縫坡口形式應(yīng)采用單V形坡口加襯墊。

(3)層狀撕裂控制措施。采用雙面坡口對(duì)稱焊接代替單面坡口非對(duì)稱焊接。采用低強(qiáng)度焊條在坡口內(nèi)母材板面上先堆焊塑性過度層。采用低氫型、超低氫型焊條或氣體保護(hù)電弧焊施焊。提高預(yù)熱溫度施焊。

(4)焊接裂紋相關(guān)預(yù)防措施。加強(qiáng)焊縫坡口的清潔工作，清除一切有害物質(zhì);加強(qiáng)焊前預(yù)熱溫度的控制;焊前對(duì)坡口根部進(jìn)行烘烤，去除一切水分、潮氣，降低焊縫中氫含量。嚴(yán)格控制熔合比:在保證材料可以焊接完全的情況下，嚴(yán)格控制鋼材的母材融化金屬在全部焊接縫中所占的比例，從而減少母材當(dāng)中有害物質(zhì)對(duì)焊接縫性能的相關(guān)影響。嚴(yán)格控制線能量:根據(jù)三維導(dǎo)熱條件下的T8/5與焊接線能量的計(jì)算公式，對(duì)箱形構(gòu)件角部和埋弧焊的加熱熱效率，計(jì)算出線能量最佳范圍為13812J/cm2－40492J/cm2。在實(shí)際焊接過程中，取計(jì)算線能量的中間范圍值，焊接線能量應(yīng)控制在23－37KJ/cm2的最佳范圍內(nèi)。從而達(dá)到控制焊接線能量的輸入，達(dá)到控制厚板焊接質(zhì)量之目的。

(5)焊接變形控制措施。厚板焊接填充熔敷金屬量大，焊接熱輸入量高，故變形亦大，因此須對(duì)構(gòu)件嚴(yán)格按工藝條件選擇合理的焊接坡口形式，盡量選用雙面坡口形式，只能單面焊接的焊縫選用窄間隙坡口形式，減少焊接熱輸入總量，能有效減少焊接變形。選擇合理的焊接方法和焊接工藝參數(shù)。能量集中和熱輸入較低的焊接方法，可有效降低焊接變形。采用CO2氣保焊較焊條電弧焊小得多。熱輸入量是影響變形量的關(guān)鍵因素，當(dāng)焊接方法確定后，可通過調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)來控制熱輸入量，在保證熔透和焊縫無缺陷的前提下，盡量選擇小的熱輸入。選擇合理的裝配和焊接順序。可以采用部件裝配－焊接法的構(gòu)件，通過“化整為零，集零為整”的方式，能夠有效減少制作過程中構(gòu)件的剛性，有利于部件的翻身焊、對(duì)稱焊，并通過對(duì)部件變形的矯正，能有效消減整體構(gòu)件的焊接變形。可以對(duì)稱施焊的焊縫采取對(duì)稱同時(shí)同向施焊，當(dāng)焊縫在結(jié)構(gòu)上分布不對(duì)稱時(shí)，如果焊縫位于構(gòu)件中性軸兩側(cè)，可通過調(diào)節(jié)焊接熱輸入和交替施焊的順序進(jìn)行控制變形。對(duì)較長(zhǎng)的焊縫采取分段退焊法和跳焊法，避免焊縫局部加熱集中。

4現(xiàn)場(chǎng)焊接防變形的措施

焊接變形和控制焊接應(yīng)力是焊接中保證構(gòu)件焊接質(zhì)量的重要方面，本項(xiàng)目采取的變形控制措施有:經(jīng)安裝及調(diào)整后，間隙仍大于18mm的焊接口，可以加設(shè)寬墊板，同時(shí)在靠近鋼材母材的坡口進(jìn)行焊接補(bǔ)縫，根部間隙達(dá)6～9mm，焊縫打磨完成后，還可以用UT設(shè)備進(jìn)行探傷，直到檢驗(yàn)合格后才能進(jìn)行焊接。小于3mm的焊口，可以使用氧－乙炔火焰進(jìn)行氣刨或切割處理，從而修成標(biāo)準(zhǔn)坡口，最后保證間隙符合要求，完成后加設(shè)工藝墊板。喇叭接頭，則采取不均勻的方式進(jìn)行修補(bǔ)，最后達(dá)到均勻狀態(tài)。焊接時(shí)盡量保證在較小的拘束度下焊接。采取對(duì)稱施焊，減小焊接變形。

5結(jié)束語

本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)制作安裝工程，通過合理的焊接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，行之有效的焊接工藝設(shè)定，嚴(yán)格的施工過程管理，在加工廠制作焊縫檢測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)焊縫檢測(cè)中，焊縫一次檢測(cè)合格率達(dá)到99.6%，經(jīng)過一次返修后檢測(cè)合格率達(dá)到100%，較好地完成了該項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量監(jiān)控。對(duì)今后類似工程的質(zhì)量監(jiān)督管理積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

作者:許宏 單位:廣州市城市建設(shè)工程監(jiān)理公司