深度剖析钢结构厚板焊接施工工艺

深度剖析钢结构厚板焊接施工工艺

吕佳伟、任杰、赵远、尹文彬、王修军

（中建八局第四建设有限公司，山东青岛266000;）

摘要：随着城市的更新发展，实现城市更新的宏伟蓝图。目前越来越多结构比较复杂，形状科幻的特点取代原有的建筑厂房。钢结构的发展方向及前景被投入到城市发展的主流方向。根据本项目的结构特点及结构形式-倒锥形空间网格支撑筒+框架结构为出发点，研究钢结构的组成及焊接方法。项目的工期紧张，施工难度大，异形构件多，悬挑结构超长等特点，研究五个核心筒的桁架厚板焊接方法，使得在施工过程中保证焊缝的质量并突破在厚板焊接的领域研究。

关键词：钢结构；大悬挑；超厚钢板焊接

Deep analysis of steel structure thick plate welding construction

Lv Jiawei, Duan Shiwei, Zhao Yuan, Yin Wenbin, Wang Xiujun

（The Fourth Construction Co., Ltd. Of China Construction Eighth Engineering pision, Qingdao 266000, China）

Abstract:With the development of urban renewal, the grand blueprint of urban renewal is realized. At present, more and more complex structure, the shape of science fiction characteristics to replace the original building plant. The development direction and prospect of steel structure are put into the mainstream direction of urban development. According to the structural characteristics and structural form of this project-inverted cone space grid support cylinder + frame structure as the starting point, and the composition and welding method of the steel structure are studied. The construction period of the project is tight, the construction is difficult, with many special-shaped components and super long cantilever structure, and the welding method of the truss thick plate of the five core cylinders is studied, so as to ensure the quality of the weld in the construction process and break through the research in the field of thick plate welding.

Keywords: Steel structure; large cantihang; welding of super thick steel plate

1、工程概况

青岛虚拟现实创享中心项目，1# 工业厂房为丙类通用劳动器集型厂房，地上四层，地下二层，建筑总高: 23.65 米，:2# 工业厂房配套地上一层，地下一层，负一层层高5.1米,一层高6.0米,建筑总高:6.60米;3# 工业厂房配套地上二层，一层层高6 .0米,二层层高6.0米,建筑总高: 12.60米.

2、厚板焊接概述

本工程中厚板主要涉及部位为桁架区域构件，其中最厚板厚达到70mm，最高材质为Q460C。厚板焊接的主要接头形式为日字型，H型，主要坡口形式为单V坡口。

在箱体、节点组装过程中完成厚板焊接，为防止层状撕裂，保证接头质量和接头力学性能，减小和消减焊接变形、残余应力，对组装焊接全过程来管理控制予以保证。

厚板焊接主要技术要点及措施用下表可以直观表达：

2.1焊接材料

Q460C 与 Q460C 板材焊接使用 ER55-D2 焊丝直径 1.2mm，预热温度≥100℃，道间温度 150℃。焊接电流：290-320A，焊接速度 330mm/min。Q460C 与 Q355C 板材焊接使用ER50-6 焊条，直径 1.2mm，预热温度≥100℃，道间温度 150℃。焊接电流：290-320A，焊接速度 330mm/min。Q355C 与 Q355C 板材焊接使用 ER50-6 焊条，直径 1.2mm，预热温度≥100℃，道间温度 150℃。焊接电流：290-320A，焊接速度 330mm/min。

3、厚板焊接工艺

1）厚板焊接坡口的设计

由于厚板焊接工程量大、难度高，坡口小易形成窄而深的形式，焊缝成型系数偏小，影响一次结晶、容易产生区域偏析；在拘束应力大的前提下进而导致焊接热裂纹的产生。

坡口加大，不仅仅焊接量大大增加，焊缝的焊接残余应力也大大增加，这对钢结构体系初始应力的控制极其不利，同时也影响工程工期。

2）预热、后热采用远红外电加热技术

厚板焊接的关键是防止焊接裂纹的产生，准确的预热、层间温度、后热温度是防止裂纹产生的关键，特别是厚板高强钢的焊接尤为重要，这是因为准确控制预热温度、层间温度和后热温度将直接影响和控制高强钢裂纹产生三要素既：扩散氢含量；硬淬倾向和拘束应力。

同火焰预热方式相比较，远红外电加热有：温度控制准确可靠、可以控制升、降温速度的优点。最重要的是：所有采用电加热的焊缝全部受热均匀，从而避免了火焰加热的不均匀同焊接过程中的不均匀叠加而产生附加应力，有效的防止焊接裂纹的产生。

由于采用了远红外电加热技术，减少了厚钢板的温度差，因此，也减少了不均匀加热和冷却所带来的附加应力，对提高厚板焊接质量十分有效。

3）组合焊接新工艺

在厚板焊接中，常规焊接是一种焊接方式从打底、填充、到盖面全部完成。这种方式由于管理简便而大面积使用。然而，不可避免，这种方式有它的局限性。以GMAW为例，在厚板打底焊接中，由于坡口小焊丝伸出过长，气体保护不好而使焊缝金属产生不应有的缺陷造成返工，产生直接经济损失。

4）多层多道接头错位焊接新工艺

在钢板的焊接中，多层焊的焊缝质量比单层焊好，多层多道焊的焊缝质量比多层焊好，特别是板厚超过25mm时效果最明显，因此，在厚板焊接时，首选多层多道焊技术。

 一般规定：GMAW；FCAW-G每一道不超过5mm，（通常是3～5mm之间）；SMAW用AV值来确定每一道的厚度（AV＝一根焊条所焊焊缝的长度／一根焊条除焊条头外的长度），通常AV≥0.6；在立焊位置允许摆动，但限制摆幅：SMAW允许宽度为焊条直径的三倍；GMAW、FCAW-G允许摆动15～20mm。

接头不在一个平面内，通常错位50mm以上。

在焊后冷却过程中，焊缝从接近基本金属开始凝固，单道焊的组织为典型的柱状结晶，且共晶粒通常是与等温曲线法向方向（即最大温度梯度方向）长大。由于凝固是从纯度较高的高熔点物质开始，所以在最后凝固部分及柱状晶的间隙处，便会留下低熔点夹杂物。在多层多道焊时，对前一道焊缝重新加热，加热超过900℃的部份可以消减柱状晶并使晶粒细化。因此多层焊比单层焊的力学性能要好，特别是冲击韧性有显著的提高。值得一提的是：多层多道焊对焊接接头的应力应变控制相当有利，提高了焊接接头的综合性能指标。

4、厚板最佳焊接工艺

防止层状撕裂的产生，除正确的设计之外，必须有合理的焊接工艺作保证。防止由冷裂纹引发的层状撕裂，可以采取防止冷裂纹相同的技术措施。如适当预热、控制层间温度、后热消氢处理等，对防止层状撕裂均有一定作用。但建筑钢结构有其特殊的地方，那就是构件的截面不同，防止层状撕裂的方法也不同。

5、结语

经过考察材料、加工厂，对焊工的考试制度的执行，为焊接钢结构厚板前期做好深入了解和选拔有经验焊工，对焊缝质量显著提高。在施工过程中通过现场的进度、施工过程严格把控使得本项目在钢结构厚板焊接工艺上有了深入研究，为接下来相同项目的施工提供了宝贵经验。

6、参考文献

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