超厚板焊接質量控制技術分析

　　【摘要】本文通過對春之眼商業(yè)中心項目所使用的材質為Q390GJC-Z25、Q390GJC-Z35鋼結構厚板焊接質量控制進行分析、優(yōu)化和總結，從而達到對類似工程焊接控制管理起到借鑒作用。

　　【關鍵詞】鋼結構;超高層;超厚板;焊接質量控制

　　《江蘇建設》(月刊)是2012年東南大學出版社出版的圖書，作者是江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設廳 。

　　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，鋼結構由于其結構的優(yōu)越性，已經在超高層整體結構中占據主導地位，且國內市場對厚板的需求一直保持增長趨勢，因此，如何控制厚板焊接質量顯得愈發(fā)重要。

　　1. 工程概況

　　昆明春之眼商業(yè)中心項目鋼結構工程位于昆明市東風廣場工人文化宮以南，拓東路以北，盤龍江以東，北京路以西，周邊交通和市政設施較為成熟。本項目建筑面積達60.06萬m2，總重量約11萬t。地下室5層，埋深約23.1m，主要功能為酒店后勤、機電用房、停車場;主塔塔樓地上80層，建筑高度407m，主要使用功能為國際頂級寫字樓、國際一線頂級酒店、高端商業(yè)和公寓等，是一個集商務、購物、居住、觀光為一體的大型城市綜合體項目。主塔樓高度407m，建成后將是云貴高原多頻地震帶第一高樓。

　　主塔塔樓主體結構采用巨柱鋼框架-核心筒體系。鋼結構由筒外巨柱、外框鋼柱、樓層鋼梁、外框斜撐等組成外筒，由勁性鋼柱、連梁及鋼板剪力墻等組成內筒，樓層采用鋼筋桁架組合樓板，其巨柱之間增設阻尼器增加地震作用下的能耗。構件特性中巨柱由5邊形組成，內設豎向分隔板，最大外截面707×4489×2880×2722×4811×100mm，

　　最厚鋼板100mm;外框圓管柱共計9根，隨樓層變化而斜度變化，其最大截面為 Φ2050×40mm;外框斜撐為箱型構件，截面1400×1300×100mm;核心筒鋼柱主要為異型和H型鋼柱，典型截面為700×500×80×80mm 、H600×500×80×80mm;核心筒鋼板剪力墻通長布置，鋼板最厚為40mm。

　　2.焊接工藝

　　2.1材料特點

　　Q390鋼材綜合力學性能、焊接性能、冷熱加工性能和耐蝕性能均較好，C、D、E級鋼具有良好的低溫韌性。本工程厚板采用Q390GJC，Q390C是一種低合金高強度結構鋼，抗拉強度σb為370～580MPa。

　　表1 化學成分

　　C Si Mn P S

　　≤0.2 ≤0.5 ≤1.7 ≤0.025 ≤0.02

　　Mo Cr Nb Ni Cu

　　≤0.1 ≤0.3 ≤0.1 ≤0.5 ≤0.3

　　碳當量計算：國際焊接學會推薦的碳當量公式CE(IIW)

　　公式(1) CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)= 0.617%

　　2.2工藝準備

　　施工前，對厚板焊接進行前期工藝準備，坡口形式采用單邊V型坡口。通過合理控制焊接間隙，鈍邊和坡口角度三個參數，達到控制焊接質量的效果。

　　2.2.1鈍邊和間隙

　　鈍邊是焊件開坡口時，沿焊件厚度方向未開坡口的端面部分。鈍邊的作用是防止根部燒穿，但鈍邊的尺寸又需保證第一層焊縫能焊透。鈍邊越大，越不易焊透，鈍邊越小或無鈍邊，打底焊越容易焊穿。

　　間隙是焊前在接頭根部之間預留的空隙。間隙的作用是在焊接打底焊道時，保證根部焊透。

　　鈍邊和間隙的尺寸能很好地配合，既可保證焊縫的焊透，又可避免燒穿、焊瘤和未焊透等缺陷。本工程根部間隙取6～8mm，鈍邊2mm。

　　圖1

　　2.2.2坡口角度

　　當電流電壓一定的情況下，電弧的形狀不變，但會隨著坡口夾角的大小上下移動，不會發(fā)生左右的變化。很明顯，在電弧電壓不變的情況下，電弧熔化點到母材的距離相同。

　　坡口角度越小，電弧為保持原來形狀，電弧上移，電弧下坡口根部的距離就越大;反之，坡口角度越大，電弧為保持原來形狀，電弧下移，這個距離就越小。

　　由于電弧是由電壓控制，電弧長度與電壓成正比，隨著電壓的變化而變化。改變坡口角度，電弧所能到達坡口根部的距離明顯不同。

　　坡口角度達到45°時，雖能充分焊透，但焊絲填充量增加，未免浪費材料。且施工周期增加明顯，恰到好處的坡口角度與達到理想焊縫質量要求的坡口角度為35°～45°為宜。

　　3.厚板焊接質量控制措施

　　3.1焊接方法

　　3.1.1CO2氣體保護焊

　　本工程焊接均采用二氧化碳氣體保護焊的焊接方法，二氧化碳氣體保護焊具有生產效率高、焊接成本低、焊接變形小、適用范圍廣、操作便捷等優(yōu)點，常為施工現場焊接方法的首選。

　　3.1.2打底焊、填充焊、蓋面焊

　　打底焊：在厚板單面坡口對接焊時，為防止角變形或為為防止角變形或為防止自動焊時發(fā)生燒穿現象而先在接頭背面坡口根部所進行的一條打底焊道的焊接 。

　　填充焊：主要的作用是焊口的金屬填充，在不影響焊口力學性能的條件下，要求盡快的填充效率和速度。

　　蓋面焊：指焊口最表面的一層焊層，要求成型美觀，均勻一致，無表面外觀缺陷，余高高度控制在0.5到3mm之間，與母材圓滑過渡。余高與母材過渡不好不但會造成應力集中，且會影響防腐補口的密封。

　　針對本工程的厚板焊接，為了有效地保證焊接質量，控制焊接變形，采用多層多道的焊接方法，針對65mm厚度以上的鋼板，采用打底焊一次，填充焊兩次，蓋面焊一次，完成焊接。

　　3.1.3分段退焊法

　　由于焊接時焊縫受熱，焊后焊縫又恢復常溫，在這個過程中由于熱脹冷縮的原理，焊接后一般會產生變形，變形的量和焊接的位置、焊接速度、焊縫熱量變化的速度均有關系。而采取分段焊接的方法是在焊接時可以減少較長焊縫的持續(xù)加熱時間，從而避免溫度過高引起變形;本工程施工前對三種分段焊接方法進行分析。