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1、銀泰中心鋼結構現場焊接施工技術一、工程概況銀泰中心工程A塔樓地下室為勁鋼結構，地上以上為全鋼框架結構，平面結構呈回字形，分內框架和外框架兩部分。內框筒1515米，外框筒39.539.5米。地下4層，標高為-19.30米，地上63層，建筑高度為249.7米。樓層標準層層高為3.3和3.4米，17層、33層、46層為避難層。頂部58層以上布置金字塔結構，被外周燈籠結構所包圍。樓面為鋼承板-混凝土組合樓板。A塔樓鋼結構總重量約為二萬噸，構件總數量約為19400件；平面內鋼柱共59根，有箱型柱12根、工字型柱47根。外框筒四角箱型鋼柱規格下部為900*900*100、上部為800*800*50，內框筒2、四角箱型鋼柱規格為900*450*50*50，內框筒內部四根箱型鋼柱600*400*60*60。工字型柱規格主要為：1200*440*50*50、900*450*50*50。鋼梁大部分為H型，最大為1200*500*30*50，少量為箱型，最大截面為800800mm30mm。本工程框架梁與框架柱之間的連接一般采用剛接，次梁與主梁之間的連接采用鉸接，鋼柱與鋼柱之間的對接采用全熔透坡口焊接。鋼材材質主要為GJC345級T=4060滿足Z15、T60滿足Z25。耐火等級為一級。本工程焊接主要集中在箱型柱對接，H型柱對接，箱型鋼梁的連接、H型鋼梁與柱的連接。箱型柱寬有900、800mm等；H型柱寬為13、200、1000、900，厚度最大的箱型柱厚度達100，一般鋼柱厚度為30、50，梁的截面有箱型800*800*30、600*600*30，H鋼梁最大為1200*500*30*50。焊縫形式主要為：水平橫焊、立焊、水平梁對接橫焊等。本工程焊接工程量大，厚度大，焊接難度比較高。鋼柱、鋼梁平面布置見下圖：鋼梁平面布置圖鋼柱平面布置圖二、焊接節點概況1、箱型鋼柱柱間對接橫焊；2、工（十）字型鋼柱柱間對接橫焊；3、工字型鋼梁與鋼柱或鋼柱牛腿對接鋼梁上下翼緣平焊；4、鋼柱主要尺寸及材質：箱型柱工（十）字柱外筒EC1:900mm900mm（L5層以下）；800mm800mm（L5層以上）。EC2柱：1004、0mm440mm（L5層以下）；1000mm400mm（L5層以上）EC3、EC3a、EC5、EC6柱：1200mm440mm（L5層以下）1200mm400mm（L5層以上）。EC4柱：1200mm500mm（L5層以下）；1200mm400mm（L5層以上）內筒IC1: 900mm450mm（L5層以下）；900mm400mm（L5層L27層）；800mm400mm（L27層以上）ICC1（2、3）柱：500mm500mmIC2、IC3柱：900mm450mm（L5層以下）；900mm400mm（L5層L48層）；800mm400mm（L48層以上）。IC2a、IC3a柱：900mm4505、mm（L5層以下）；900mm400mm（L5層L47層）；800mm400mm（L47層以上）。鋼梁上下翼緣板厚：20mm、30mm、36mm、40mm、50mm。板厚、材質100mm、90mm、70mm、60mmQ345GJ-C Z25材質60mm、50mm、40mmQ345GJ-C Z15材質36mm、30mm、28mm、25mm、20mmQ345GJ-C材質三、施工準備1、焊接施工機具組織序號機具名稱機具型號產地臺數功率1多用途GMAW氣體保護焊機OTC電器SRA600UG型日本大阪1239kwh2空氣壓縮機聚才電器DIV450-4深圳40.6M3/0.60.8Mpa3晶閘管整流焊機松6、下ZX5-400TSM唐山326kwh4自控遠紅外烘干爐及一體式保溫儲藏箱ZYH60溫州16kwh5半自動切割機CG1-30250w6角向磨光機10100w7紅外檢測測溫計1/8電子環境溫度濕度計1/2、焊接材料的組織1 銀泰中心北塔樓鋼結構工程的現場焊接全部采用CO2氣體半自動保護焊實施。2焊接主材選用遼寧錦州市出品的錦泰牌JM58型實芯焊絲，規格為1.2mm。3焊接輔材北京普來克斯CO2氣體，純度99.7%（v/v），水蒸氣與乙醇總含量50ppM（m/m）。3、焊接工藝評定試驗現場焊接工藝評定根據北京銀泰中心工程北塔樓鋼結構的設計節點形式、鋼材材質、規格、采用的焊接方法、焊接位置等，制定本7、焊接工藝評定方案及相應的焊接工藝評定指導書，按建筑鋼結構焊接技術規程的規定施焊試件、切取試樣并由具有國家技術質量監督部門認證資質的檢測單位進行檢測試驗。3.1焊評試件各項尺寸焊接形式試件板厚度T1坡口角度試件板厚度T2坡口角度試件板厚度T3坡口角度焊縫最小間距R鈍邊寬度d橫焊7035度70/69mm2 mm4035度40/69mm2 mm平焊4035度40/69mm2 mm2035度20/69mm2 mm十字形對接焊70/2035度2035度68mm2 mm40/2035度2035度68mm2 mm對接立焊4045度4045度/34mm/十字接頭（立焊+平焊）70/4035度4035度68mm8、2 mm3.2試件接頭組對型式橫焊、平焊試件組對型式十字形對接焊試件組對型式4、焊接工藝流程記錄、驗收返修操作平臺、防護架安裝節點高強螺栓終擰合格施焊順序確定、評定焊接工藝確認合格工藝流程、電流、電壓檢查；.焊道清渣、層溫檢查；.焊道質量檢查；.二氧化碳氣體流量、純度、壓力檢查；送絲穩定性、焊絲伸出長度檢查；導電嘴、保護氣罩檢查。焊條或焊絲焊接焊中檢測缺陷修整氣候條件檢查；.接頭組裝質量檢查；.坡口間隙測定、坡口形狀、角度、鈍邊和坡口面清理情況檢查，襯板角板檢查；.焊機、工具、安全檢查，易燃易爆物防護；焊接材料檢查；.氣體純度以及氣路檢查；安裝施焊條件檢查。打磨超聲波探傷檢測檢測報告焊接場地清9、掃不合格 合格返修焊接完成焊工自檢焊縫外觀檢查填寫外觀質量檢查記錄檢查引弧板熄弧板預熱預熱溫度測試時間位置控制定位焊5、焊接工藝參數5.1預熱 按照現場焊接工藝評定確定的焊前預熱溫度實施：1加熱源氧、乙炔中性焰，熱輸入約為1525kj/cm。2預熱范圍規范要求：預熱的加熱區域應在焊接坡口兩側，寬度應各為焊件施焊處厚度的1.5倍+100mm；3預熱溫度確定預熱溫度：根據焊接接頭的坡口形式和實際尺寸、板厚及構件約束條件；根據融敷金屬的擴散氫含量；根據焊接時熱輸入的大小；根據接頭熱傳導條件；根據施焊環境溫度。 構件板厚預熱范圍常溫焊接預熱溫度冬施焊接預熱溫度160100mm150mm0601001210、024060mm100mm060100120340mm100mm0601001205.2層溫焊接時，焊縫間的層間溫度根據具體板厚應始終控制在85150之間，每個焊接接頭應一次性焊完。不同板厚鋼材的焊接層間溫度鋼材材質板厚（mm）焊接層間溫度（）鋼材材質板厚（mm）焊接層間溫度（）Q345GJ-C60100100Q345GJ-C10-4085Q345GJ-C4060100Q345B10-40855.3 CO2氣體保護焊焊接工藝參數焊速：0.6cm/s焊層焊絲牌號焊絲直徑(mm)焊絲極性焊接電流(A)電弧電壓(V)運絲方式焊絲伸出長度(mm)氣體流量(l/min)層間溫度（mm）首JM-581.211、直流反接1802202427直線加小回環30556580110次同上同上同上2603103033同上2530同上80110以后各層同上同上同上2603103033小回環25同上80110面層同上同上同上2002102426直線1520同上801105.4 CO2氣體保護焊每層焊接工藝1）首層首道焊接焊絲與直邊的角度35，直線加小回環運條。2）至障礙孔時，加大焊絲前傾角遞送至少20mm，采用收弧電流填滿弧坑后熄弧待滯后氣體停止供給后再移開（約4秒）轉自障礙另側續焊。3）首層次道焊接時加密回環次數，首層焊道焊接時至少疊壓前道1/3截面，焊絲上傾15。4）次層及以后各填充層第一道焊絲下傾35，最后一12、道上傾15，中間各道基本保持與焊縫成水平狀態，每道均勻疊壓前道1/3截面。5）面層焊接的前層（對CO2氣體保護水平焊極為重要），基本面要平整，且上部略比下部向外傾（如下圖），焊縫表面無較大凸點，清潔無渣。6）面層焊接：減小電流值10%，第一道要力求平直；結束道作回環時注意在上坡邊緣稍加停留。以防止上坡邊緣出現咬邊。7）焊接完畢：立即作清理工作。采用批鑿、角向磨光機去除飛濺、附著物；采用焊縫量規、直尺等對焊縫外形尺寸進行核查。8）焊接完畢的焊縫 ：表面無針狀氣孔、夾渣、裂紋、未熔合咬邊等缺陷和明顯低于母材表面等焊縫尺寸不足，余高應均勻保持在0.53.5mm。9）后熱：采用氧、乙炔中性焰進行后熱處13、理。后熱溫度：150，持續約15分鐘。如氣溫低于0時采用石棉布仔細覆蓋焊縫，使其緩慢冷卻。6、焊接施工順序61總體焊接順序本工程鋼柱分布密,內外筒周邊鋼梁焊縫多,就整個鋼結構框架而言，箱型柱、工字柱、H型鋼梁剛性接頭焊接，應從整個結構的中部施焊，形成整體框架后向四周擴展續施。62內筒構件的焊接順序為保證外筒鋼柱的垂直度，采取先柱后梁的焊接方法，首先焊接4C1、4F1、7F1、7C1四根內筒角柱，待四根角柱完成后，接著焊接內筒內4Bd1、5aE1、6bE1、6bD1四根方柱，然后再進行內筒工字柱的焊接，為減少焊接變形，內筒工字柱的焊接應于四個內框筒軸線同時展開進行，原則上相鄰兩根鋼柱不同時開焊。14、全部鋼柱完成焊接后，再進行內筒裙梁的焊接。63外筒構件的焊接順序為保證外筒鋼柱的垂直度，采取先柱后梁的焊接方法，首先焊接1J、1A、10J、10A四根外筒大角柱，待四根角柱完成后，再進行十字柱或工字柱的焊接，為減少焊接變形，十字柱或工字柱的焊接應于四個外框筒軸線同時展開進行，原則上相鄰兩根鋼柱不同時開焊。全部鋼柱完成焊接后，再進行外筒裙梁的焊接，為保證焊接后在結構的整體精度，必須從每條軸線的角柱聯系梁開始焊接，盡可能使焊接收縮向角柱方向發展。64典型構件的焊接順序1 對于方型鋼柱的對接施焊：應采用兩名焊工同時從中部對稱等速施焊，如下圖：2 對于工字型鋼柱的對接施焊：應采用兩名焊工先同時從腹板中15、部對稱等速施焊，腹板焊接完成后，翼緣板同時反向施焊，如上圖：3 對于十字型鋼柱的對接施焊：應采用兩名焊工先同時從大工字形腹板中部對稱等速施焊；大工字形腹板焊接完成后，焊接弱軸方向兩個小T形腹板；而后同時反向施焊大工字形翼緣板；最后施焊兩個小T形翼板。如下圖：4 對于外筒鋼柱間的裙梁，應從每條軸線的中部向兩端焊接，焊接時應先焊下翼板，后焊上翼板。先焊梁的一端，待直焊縫冷卻至常溫下，再焊另一端。不得在同一根鋼梁兩端同時開焊，兩端的焊接順序應相同。如下圖2鋼柱鋼柱鋼梁 鋼梁 7、焊接質量控制焊條、焊劑準備，出具合格證焊條烘焙焊接機具、焊接檢驗工具準備焊工考試合格首次施焊的鋼種和焊接材料，進行焊接工藝16、和力學性能試驗厚度大于34mm的普通碳素鋼和厚度大于80mm的低合金鋼要預熱和下道工序處理交接手續焊條合格證及烘焙記錄焊縫質量檢驗記錄焊接試驗記錄自檢記錄質量評定記錄焊接記錄不合格的處理（返工）禁止在焊縫區外的母材中打火引弧注意焊縫長度.厚度及質量缺陷準備工作學習操作規程和質量標準熟悉圖紙和技術資料書面交底操作人員參加復查組裝質量和焊縫區處理情況辦理上道工序交接檢查中間抽查自 檢清除熔渣及金屬飛測物在焊縫附近打上鋼印代號清理現場，文明施工技術交底焊 接質量評定資料整理執行驗評標準現場焊接質量控制程序高層建筑鋼結構負溫焊接技術應用在北京地區的冬季，日常氣溫也大多界于零下，并經常伴有強勁的北風，采17、取非常措施即創造溫室效應。搭設焊接防風圍護棚，由于整個預熱、焊接、焊后加熱過程均為高溫強熱操作，整個焊接圍護棚內可形成封閉高溫環境，滿足焊接要求。一、冬季施工用材料及設備清單序號材料或設備名稱數量備注1防風棚搭設腳手架管200米2防風棚搭設木板80塊3圍護帆布200平方米4綁扎鐵絲10公斤5保溫石棉100公斤后續分批進場6加熱焊槍4把7紅外測溫儀1把二、焊接材料的選擇、貯存，機具檢查1焊接材料的選擇為保證焊縫不產生冷脆，負溫度下焊接用的焊絲，在滿足設計強度的要求下，優先選用屈服強度較低、沖擊韌性好的低氫型焊絲。本工程根據焊接工藝評定，采用錦泰JM-581.2mm實芯焊絲。CO2氣體采用北京普來18、克斯食品級CO2瓶裝氣體，純度達99.7%以上，含水率控制在50ppm。2焊接材料的貯存、使用焊絲實行專人保管，貯存在通風干燥的地方，禁止油污污染，采取墊高等防潮措施。焊絲實行專人發放的管理制度，嚴禁私自開箱取用，保管員須建立發放記錄臺帳。3焊接機具檢查焊接使用的瓶裝CO2氣體，負溫時，瓶嘴有可能產生冰凍堵塞現象，焊接作業前應首先檢查疏通。三、冬季焊前防護棚搭設冬季鋼柱、梁的焊接必須在施工前嚴格制定焊接作業計劃，組織專門的人力、物力，比預定正式施焊時間提前48小時進行專題防護并達到以下要求：1利用專用腳手架管先搭設焊接防風圍護棚，上部允許稍透風、但不滲漏，兼具防一般小物體的打擊功能。2中部寬松19、，能抵抗強風的侵擾，不致使大股冷空氣透入。3下部操作平臺，足夠承載4名以上作業人員，需牢固穩定、無晃動，可放置必需的作業器具和預備材料，平臺面防護采用阻燃材料遮蔽嚴實，防止勁風從底部侵入。 4焊接防風棚搭設流程圖利用專用腳手架管架設焊接防風棚骨架利用專用帆布圍護焊接防風棚四個立面材料準備圍護接縫綁扎利用專用木板鋪設焊接防風棚平臺面利用專用帆布圍護焊接防風棚頂面鋪設平臺面阻燃材料4、冬季焊接過程控制厚板焊接時，焊縫層間溫度應始終控制在100120之間，每個焊接接頭應一次性焊完。施焊前，注意收集氣象預報資料，當惡劣氣候即將到來，如無確切把握抵擋時，則放棄施焊。若焊縫已開焊，要搶在惡劣氣候來臨前，至20、少焊完板厚的1/3方能停焊，且嚴格做好后熱處理，并且進行保溫處理。5、冬季焊接焊后加熱對于80mm以上厚板或環境溫度低于零度時，填充縫焊接和面層焊接完畢，在自檢外觀質量符合要求后，立即實施焊后后熱過程。這一過程的實施，不僅能使逐漸降下來的接頭溫度再度上升，而且能夠起到將焊接區域儲熱不均勻現象降低到最低程度的重要作用。對于超厚鋼板、大長焊縫，盡管作業者嚴格遵循工藝流程，實施中間再加熱，也不可避免由于板厚過大、始端終端焊縫過長、面縫過寬等原因造成的根部與面層的溫差、始端與終端的溫差、近縫區與遠縫區的溫差、（水平橫向焊縫）下部與上部的溫差、（H型鋼柱）邊翼緣和翼中的溫差。對稱作業的兩名作業者由于焊接21、習慣、視力、運速、參數選擇等不能絕對相同也可能導致溫度差。要最大程度地消除這些差別，只有通過認真的焊后后熱來完成。因而焊后后熱是焊接工藝中相當重要的環節，使用兩把烤槍對焊縫區域進行烘烤，使后熱溫度達到150，并持續保持該溫度15分鐘，這一過程可通過紅外測溫儀來測量控制。6、冬季焊接焊后保溫在寒冷勁風多發地區， 一切焊前加熱、中間再加熱、后熱等都圍繞著消除驟冷驟熱、消除脹縮不均、延緩冷卻收縮這個目的，但是僅上述措施還不能阻止溫度熱量的快速散失、特別是防止邊沿區域冷卻較縫中部冷卻過快的現象。最有效最直接的方法是加蓋保溫性能好、耐高溫的石棉布，在寒冷地區，須加蓋至少24mm厚的石棉布，在鋼柱接頭焊接22、部位密封圍護棚阻止空氣流通，使其緩慢冷卻，達到常溫后，方可除去保溫措施。（見保溫措施圖）由于厚石棉布可基本阻止外界空氣對構件焊接區的直接冷卻，構件的絕大部分焊接熱通過構件兩端的延伸部分傳遞，這個過程溫度的漸變較緩慢，只要石棉布圍護嚴密，焊接質量即可保證，圍護后不可隨意對圍護區遮蔽措施進行拆解。鋼柱保溫圖鋼梁保溫圖7、冬季焊接保證措施嚴寒的冬季焊接施工，光有嚴密的焊接防護還不夠，鋼材由驟冷至焊接產生驟熱，容易發生鋼結構焊縫接頭區冷裂紋現象。因此，在5至5的氣候條件下，焊前還必須用兩支大功率烤槍在1.5倍的板厚+100mm的范圍進行加熱至100120。如果環境溫度5以上，一般僅作加熱除濕處理即可。23、焊前加熱消除焊縫兩側母材與焊縫區的強烈溫差，最大限度地減緩鋼材在板厚方向由熱脹時壓應力到冷縮時拉應力的轉換過程，最大可能地促使焊縫接頭均勻脹縮，這是保證超厚鋼板焊接質量尤其是在寒冷地區焊接時的一個非常重要的環節。這一環節包括了焊前嚴格加熱，施焊過程中，保證持續、穩定在100120層間溫度，全過程地執行窄道焊、有規律地采用左、右向交替焊道。本工程冬季施工中的焊接全部采用CO2氣體保護焊這種熱輸入較大的焊接方法。在預熱后的整個焊接過程中，即使是鋼柱接頭接近1米的長焊縫，在每道焊接熔敷至焊縫末端的時刻，另一端起焊位置的層間溫度仍在100120左右。整個熱焊接保證過程中，焊工利用便攜式紅外測溫儀復測檢24、測構件溫度。值得注意的是：施焊過程中，不可避免地會由于剔除焊瘤、清除焊接渣膜飛濺、更換焊材與焊接輔材、施工器具調整、焊接防護物品更迭、作業者生理需求、使用高風速碳弧氣刨等因素使得層間溫度不能保持穩定，由此產生的裂紋質量事故有例可循，質量事故的主要原因是多次發生從高溫到低溫這一變化過程。在寒冷地區這一現象必須予以高度重視，要求細致地預備施工機具、材料，考慮作業環境及焊接人員的身體狀況，減少一切不必要的焊接時間內的非焊接作業時間，隨時利用紅外測溫儀觀察層間溫度，如發現低于規定的溫度，立即采用加熱烤槍對構件進行再加熱，始終保持焊縫100120的層間溫度。8、負溫焊接試驗8.1焊接采用OTC600G焊25、機，錦泰JM-581.2mm實芯焊絲， CO2氣體采用北京普來克斯，純度99.7%（v/v），水蒸氣與乙醇總含量50ppM（m/m）。預熱溫度90120，后熱溫度150170。焊接工藝參數見下表：板厚mm焊接位置施焊環境道次焊接方法預熱溫度焊接電流（A）焊接電壓（V）焊接速度cm/min氣體流量L/min焊后熱處理100橫焊室外-8防風棚首層GMAW100-12040-6040-4248-504060150空冷無保溫填充層GMAW40-6041-4345-50面層GMAW40-6038-4049-528.2試驗結果試件焊接接頭質量按JGJ81-2002標準作外觀檢查，焊后24小時做超聲波檢驗，26、結果應滿足設計要求，然后按GB2649-89規定取試樣，并按GB2650進行接頭沖擊試驗（焊縫、熔合線、熱影響區各3個），拉伸2個，面彎、背彎、側彎各兩件的試驗，試驗結果合格。9、根據實踐經驗，當環境溫度在-5以上時，采取預熱、焊接、后熱、保溫等一系列措施，可以確保冬季鋼柱、梁的焊接質量。當環境溫度低于5時，即使采取上述一系列措施，也難以保證焊接的質量。如果一天的氣溫在-5上下范圍內變動，將在高于-5的時間段內選擇焊接量較小的一些接頭進行焊接，盡量不使焊接工作延續到氣溫降至-5以下時。當氣溫持續在-5以下時，在這個時間段內停止現場的焊接工作。10、已完成焊縫共計11584道， 全部進行無損檢測，自檢由深圳市生富檢測技術有限公司進行檢測,一次合格率99.997%，二次合格率100%；焊縫第三方檢測委托北京冶金工業工程質量監督總站檢測中心進行檢測,共檢測焊縫350道,合格率100%，焊縫外觀質量良好。