體育場(chǎng)工程
鋼結(jié)構(gòu)管桁架現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)
摘要：介紹了山西體育中心主體育場(chǎng)工程現(xiàn)場(chǎng)焊接內(nèi)容和特點(diǎn)及焊接難點(diǎn)，從焊接材料、焊接設(shè)備、工人、操作工藝、焊縫質(zhì)量檢查等方面具體闡述了鋼結(jié)構(gòu)管桁架現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)，并指出了焊接作業(yè)安全注意事項(xiàng)，為同類(lèi)工程施工積累了一定經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：體育場(chǎng)，鋼結(jié)構(gòu)，管桁架，焊接技術(shù)，注意事項(xiàng)
中圖分類(lèi)號(hào)：TU758.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
山西體育中心主體育場(chǎng)位于山西省太原市晉源區(qū)，南環(huán)高速公路以北，機(jī)場(chǎng)大道以南3km處，西側(cè)為新晉祠路，東側(cè)為濱河西路，為山西體育中心建筑群的主體育場(chǎng)，其設(shè)計(jì)規(guī)模為6萬(wàn)人，屬大型甲類(lèi)體育建筑。體育場(chǎng)外側(cè)一周+6.00m標(biāo)高以下為裙房，裙房最寬處達(dá)17m。山西體育中心主體育場(chǎng)的上部鋼結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)罩棚，呈弧形狀，東西高、南北低，覆蓋看臺(tái)觀眾席。罩棚最寬處約68m，最窄處約49m，整個(gè)罩棚鋼結(jié)構(gòu)由32榀三角形主桁架組成主體承力體系，以體育場(chǎng)中tX,向外呈橢圓形發(fā)射狀分布。主桁架由外環(huán)支撐點(diǎn)和內(nèi)環(huán)支撐點(diǎn)支撐，最大懸挑長(zhǎng)度約為52m，桁架根部最大高度7.8IT/，最小懸挑長(zhǎng)度約為34.7m，根部高度5m，每榀桁架內(nèi)支座間距約26m。主桁架之間由三道環(huán)形桁架、兩道次桁架及一道邊桁架相互連接，外立面上桁架之間設(shè)置鋼管網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
山西體育中心主體育場(chǎng)罩棚鋼結(jié)構(gòu)為管桁架結(jié)構(gòu)，主要包含V形支撐柱、主桁架、環(huán)桁架、次桁架、立面網(wǎng)格、系桿、水平支撐、馬道等，主要鋼材的材質(zhì)為Q345B，局部采用Q345GJC。
本工程現(xiàn)場(chǎng)焊接主要包括以下內(nèi)容：
1）桁架上下弦對(duì)接及腹桿對(duì)接；
2）鋼管相貫焊縫焊接；
3）內(nèi)外環(huán)支座底板與十字插板之問(wèn)的T焊縫焊接；
4）十字插板與V形支撐柱之間熔透焊縫的焊接。
由于本工程除馬道采用螺栓連接外，其余部位均采用焊接連接，故現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量巨大，焊接質(zhì)量十分重要，并關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全。
1現(xiàn)場(chǎng)焊接特點(diǎn)及難點(diǎn)
1）本工程結(jié)構(gòu)鋼材以Q345B等合金高強(qiáng)鋼為主，其焊接性能較好。只是隨著強(qiáng)度級(jí)別的增加，淬硬性和冷裂傾向會(huì)隨之增大。
2）整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)用量約7100t，高空環(huán)境條件下對(duì)焊工操作影響較大。高空風(fēng)速較大，并且貫穿于現(xiàn)場(chǎng)焊接施工全過(guò)程，尤其是對(duì)氣體保護(hù)焊的影響比較大。
3）本工程為空間管桁架結(jié)構(gòu)，桿件截面均為圓鋼管，節(jié)點(diǎn)類(lèi)型為相貫節(jié)點(diǎn)。桿件數(shù)量眾多，焊接工作量大。
4）本工程中主桁架肩部弧形段主弦桿和V形支撐柱采用了厚壁鋼管。鋼管厚度的增加一方面會(huì)加大焊縫金屬熔敷量，從而造成焊接變形及應(yīng)力的增大，同時(shí)焊縫裂紋敏感性相應(yīng)加大。
5）本工程現(xiàn)場(chǎng)焊接主要為鋼管桁架的拼裝焊接、鋼管對(duì)接焊接等，焊接位置較為困難，不利于保證焊接質(zhì)量。
2焊接材料及焊接設(shè)備
2.1焊接材料選用
本工程的鋼材材質(zhì)主要為Q345GJC和Q345B。根據(jù)焊接方法的不同，焊材選擇見(jiàn)表1。
表1焊材選擇
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焊接方法
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鋼材材質(zhì)
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焊材牌號(hào)
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焊接設(shè)備
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電流和極性
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手工電弧焊
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Q345B+Q345B
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lE5015，E5016
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直流焊機(jī)
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直流、反接
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CO2氣保焊
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Q345B+Q345GJC
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ER50-3
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直流焊機(jī)
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直流、反接
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保護(hù)氣體為CO2，純度99.98％(露點(diǎn)不大于—40℃），焊接材料采用氫含量較低的焊材。焊接材料的選用原則與母材強(qiáng)度等強(qiáng)，焊接不同類(lèi)別的鋼材時(shí)，選用與強(qiáng)度級(jí)別較低母材相匹配的焊材。
2.2焊接及相關(guān)設(shè)備
現(xiàn)場(chǎng)主要焊接設(shè)備見(jiàn)表2。
表2現(xiàn)場(chǎng)主要焊接設(shè)備
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名稱(chēng)
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型號(hào)
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數(shù)量/臺(tái)
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產(chǎn)地
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CO2氣體保護(hù)焊機(jī)
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CL-500
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10
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唐山松下
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焊條電弧焊機(jī)
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—
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70
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松下時(shí)代
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3焊工資質(zhì)及培訓(xùn)
3.1焊工資質(zhì)
1）焊工應(yīng)具有相應(yīng)的合格證書(shū)，并在有效期內(nèi)。
2）焊工應(yīng)具備全位置焊接水平。
3）嚴(yán)禁無(wú)證上崗，或者低級(jí)焊高級(jí)別。
3.2焊工培訓(xùn)
1）焊工技術(shù)培訓(xùn)。對(duì)所有從事本工程焊接的焊工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)、考核，主要根據(jù)焊接節(jié)點(diǎn)形式、焊接方法、焊接操作及焊工位置，以達(dá)到工程所需的焊接技能水平。
2）高空焊接技術(shù)培訓(xùn)。由于工程結(jié)構(gòu)高度很高，在高空環(huán)境下，對(duì)焊工的素質(zhì)提出了更高的要求。所以還必須有針對(duì)性的進(jìn)行高空焊接培訓(xùn)，從而適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的需要，提高焊接質(zhì)量。
4焊接工藝
4.1定位焊
1）應(yīng)距設(shè)計(jì)焊縫端部30mm以上，焊縫長(zhǎng)度應(yīng)為50mm～100mm，間距應(yīng)為400mm～600mm。
2）正式焊接開(kāi)始前或正式焊接中，發(fā)現(xiàn)定位焊有裂紋，應(yīng)徹底清除定位焊后，再進(jìn)行正式焊接。
3）對(duì)于焊接墊板，在構(gòu)件固定端的背面定位焊。當(dāng)兩個(gè)構(gòu)件組對(duì)完畢，活動(dòng)端無(wú)法從背面點(diǎn)焊，應(yīng)當(dāng)在坡口內(nèi)定位焊，當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到要求時(shí)，采用定位焊順序?yàn)閺钠驴谥虚g往兩端進(jìn)行，以防止墊板變形。
4.2焊接預(yù)熱、層間溫度和焊接環(huán)境
1）對(duì)于厚度大于36mm的低合金鋼應(yīng)采用焊前預(yù)熱和焊后熱處理措施，預(yù)熱及焊后熱處理的溫度應(yīng)根據(jù)焊接工藝試驗(yàn)評(píng)定報(bào)告確定。要平衡加熱量，使焊接變形和收縮量減少。本工程厚板焊接焊縫適用的焊接預(yù)熱溫度和層間溫度按JGJ81—2002，GB50205—2001和JB/T4709—2000規(guī)定執(zhí)行。
2）焊接接頭兩端板厚不同時(shí)，應(yīng)按厚板確定預(yù)熱溫度；焊接接頭材質(zhì)不同時(shí)，按強(qiáng)度高、含碳量高的鋼材確定預(yù)熱溫度。
3）厚板焊前預(yù)熱及層間溫度的保持優(yōu)先采用電加熱器，板厚25mm以下也可用火焰加熱器加熱，并采用專(zhuān)用的接觸式熱電偶測(cè)溫儀測(cè)量。
4）預(yù)熱的加熱區(qū)域應(yīng)在焊縫兩側(cè)，加熱寬度應(yīng)各為焊件待焊處厚度的1.5倍以上，且不小于100rnm；預(yù)熱溫度可能時(shí)應(yīng)在焊件反面測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)在離電弧經(jīng)過(guò)前的焊接點(diǎn)各方向不小于75mm處，圓管桿件對(duì)接時(shí)不能在焊件反面測(cè)量，則應(yīng)根據(jù)板厚不同適當(dāng)提高正面預(yù)熱溫度，以便使全板厚達(dá)到規(guī)定的預(yù)熱溫度；當(dāng)用火焰加熱器時(shí)正面測(cè)量應(yīng)在加熱停止后進(jìn)行。
5）焊接返修處的預(yù)熱溫度應(yīng)高于正常預(yù)熱溫度50℃左右，預(yù)熱區(qū)域應(yīng)適當(dāng)加寬，以防止發(fā)生焊接裂紋。
6）層間溫度范圍的最低值與預(yù)熱溫度相同，其最高值應(yīng)滿足母材熱影響區(qū)不過(guò)熱的要求，焊接層間溫度低于250℃。
7）預(yù)熱操作及測(cè)溫人員須經(jīng)培訓(xùn)，以確保規(guī)定加熱制度的準(zhǔn)確執(zhí)行。
8）有焊后消氫熱處理要求時(shí)，焊件應(yīng)在焊接完成后立即加熱到300℃～350℃。保溫時(shí)間根據(jù)板厚按每25mm板厚不小于0.5h且不大于1h確定，達(dá)到保溫時(shí)間后用巖棉被包裹緩冷。其加熱、測(cè)溫方法和操作人員培訓(xùn)要求與預(yù)熱相同。
9）相對(duì)濕度80％以上，或因降雨、雪等使母材表面潮濕及大風(fēng)天氣（風(fēng)速大于8m/s），不得進(jìn)行露天焊接；但焊工及被焊接部分如果被充分保護(hù)且對(duì)母材采取適當(dāng)處置(如加熱、去潮）時(shí)，可進(jìn)行焊接。
10）當(dāng)采用CO2半自動(dòng)氣體保護(hù)焊時(shí)，環(huán)境風(fēng)速大于2m/s時(shí)應(yīng)采用適當(dāng)?shù)膿躏L(fēng)措施或采用抗風(fēng)式焊機(jī)。
4.3焊接順序
1）先焊主弦桿管與管之間的對(duì)接焊縫；2）再焊斜腹桿與主弦桿的相貫焊縫、腹桿與腹桿的對(duì)接焊縫；3）焊完一條后再轉(zhuǎn)入另一條焊接，同一管子的兩條焊縫不得同時(shí)焊接；4）焊接時(shí)應(yīng)由中間往兩邊對(duì)稱(chēng)跳焊，防止扭曲變形（見(jiàn)圖1）。
4.4典型焊縫的焊接工藝
4.4.1管一管對(duì)接
每條環(huán)焊縫由兩名焊工對(duì)稱(chēng)施焊，采用多層多道焊；根部用Φ2.5mm或仍Φ3.2mm焊條打底焊1層～2層，其他用Φ4mm或Φ5mm焊條填充、蓋面。
4.4.2相貫口焊接
相貫焊縫應(yīng)對(duì)稱(chēng)施焊，多層多道焊；熔透部位采用Φ2.5mm的焊絲打底，或直接采用手工電弧焊Φ2.5mm或Φ3.2mm焊條打底，但要確保單面焊雙面成型，其他采用Φ4mm或Φ5mm焊條填充、蓋面；一個(gè)節(jié)點(diǎn)往往有多條相貫焊縫，焊縫集中。一條相貫焊縫焊接完畢冷卻后，再焊相鄰的相貫焊縫，以防止應(yīng)力集中，減小焊接變形。焊接時(shí)，應(yīng)先焊坡口大，變形大的區(qū)域，對(duì)于Y形節(jié)點(diǎn)，先焊A，D區(qū)，后焊C，B區(qū)，且先焊趾部再焊根部。T形節(jié)點(diǎn)先焊趾部，后焊?jìng)?cè)邊。
