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厚板焊接施工技术稿
银泰中心钢结构现场焊接施工技术
一、工程概况
银泰中心工程A塔楼地下室为劲钢结构,地上以上为全钢框架结构,平面结构呈回字形,分内框架和外框架两部分。
内框筒15×15米,外框筒39.5×39.5米。
地下4层,标高为-19.30米,地上63层,建筑高度为249.7米。
楼层标准层层高为3.3和3.4米,17层、33层、46层为避难层。
顶部58层以上布置金字塔结构,被外周灯笼结构所包围。
楼面为钢承板-混凝土组合楼板。
A塔楼钢结构总重量约为二万吨,构件总数量约为19400件;平面内钢柱共59根,有箱型柱12根、工字型柱47根。
外框筒四角箱型钢柱规格下部为900*900*100、上部为800*800*50,内框筒四角箱型钢柱规格为900*450*50*50,内框筒内部四根箱型钢柱600*400*60*60。
工字型柱规格主要为:
1200*440*50*50、900*450*50*50。
钢梁大部分为H型,最大为1200*500*30*50,少量为箱型,最大截面为800×800mm×30mm。
本工程框架梁与框架柱之间的连接一般采用刚接,次梁与主梁之间的连接采用铰接,钢柱与钢柱之间的对接采用全熔透坡口焊接。
钢材材质主要为GJC345级T=40~60满足Z15、T>60满足Z25。
耐火等级为一级。
本工程焊接主要集中在箱型柱对接,H型柱对接,箱型钢梁的连接、H型钢梁与柱的连接。
箱型柱宽有900㎜、800mm等;H型柱宽为1200㎜、1000㎜、900㎜,厚度最大的箱型柱厚度达100㎜,一般钢柱厚度为30㎜、50㎜,梁的截面有箱型800*800*30、600*600*30,H钢梁最大为1200*500*30*50。
焊缝形式主要为:
水平横焊、立焊、水平梁对接横焊等。
本工程焊接工程量大,厚度大,焊接难度比较高。
钢柱、钢梁平面布置见下图:
钢梁平面布置图
钢柱平面布置图
二、焊接节点概况
1、箱型钢柱柱间对接横焊;
2、工(十)字型钢柱柱间对接横焊;
3、工字型钢梁与钢柱或钢柱牛腿对接-钢梁上下翼缘平焊;
4、钢柱主要尺寸及材质:
箱型柱
工(十)字柱
外筒
EC1:
900mm×900mm(L5层以下);
800mm×800mm(L5层以上)。
EC2柱:
1000mm×440mm(L5层以下);
1000mm×400mm(L5层以上)
EC3、EC3a、EC5、EC6柱:
1200mm×440mm(L5层以下)
1200mm×400mm(L5层以上)。
EC4柱:
1200mm×500mm(L5层以下);
1200mm×400mm(L5层以上)
内筒
IC1:
900mm×450mm(L5层以下);
900mm×400mm(L5层-L27层);
800mm×400mm(L27层以上)
ICC1(2、3)柱:
500mm×500mm
IC2、IC3柱:
900mm×450mm(L5层以下);
900mm×400mm(L5层-L48层);
800mm×400mm(L48层以上)。
IC2a、IC3a柱:
900mm×450mm(L5层以下);
900mm×400mm(L5层-L47层);
800mm×400mm(L47层以上)。
钢梁上下翼缘板厚:
20mm、30mm、36mm、40mm、50mm。
板厚、材质
100mm、90mm、70mm、60mm——Q345GJ-CZ25材质
60mm、50mm、40mm——Q345GJ-CZ15材质
36mm、30mm、28mm、25mm、20mm——Q345GJ-C材质
三、施工准备
1、焊接施工机具组织
序号
机具名称
机具型号
产地
台数
功率
1
多用途GMAW气体保护焊机
OTC电器
SR—A600UG型
日本
大阪
12
39kw·h
2
空气压缩机
聚才电器DIV450-4
深圳
4
0.6M3/0.6—0.8Mpa
3
晶闸管整流
焊机
松下
ZX5-400TSM
唐山
3
26kw·h
4
自控远红外烘干炉及一体式保温储藏箱
ZYH60
温州
1
6kw·h
5
半自动切割机
CG1-30
2
50w
6
角向磨光机
10
100w
7
红外检测
测温计
1
/
8
电子环境
温度湿度计
1
/
2、焊接材料的组织
[1]银泰中心北塔楼钢结构工程的现场焊接全部采用CO2气体半自动保护焊实施。
[2]焊接主材
选用辽宁锦州市出品的锦泰牌JM-58型实芯焊丝,规格为φ1.2mm。
[3]焊接辅材
北京普来克斯CO2气体,纯度>99.7%(v/v),水蒸气与乙醇总含量≤50ppM(m/m)。
3、焊接工艺评定试验
现场焊接工艺评定根据北京银泰中心工程北塔楼钢结构的设计节点形式、钢材材质、规格、采用的焊接方法、焊接位置等,制定本焊接工艺评定方案及相应的焊接工艺评定指导书,按《建筑钢结构焊接技术规程》的规定施焊试件、切取试样并由具有国家技术质量监督部门认证资质的检测单位进行检测试验。
3.1焊评试件各项尺寸
焊接形式
试件板
厚度
T1
坡口
角度
α
试件板
厚度
T2
坡口
角度
β
试件板
厚度
T3
坡口
角度
β
焊缝
最小
间距R
钝边
宽度
d
横焊
70
35度
70
/
/
/
6~9mm
2mm
40
35度
40
/
/
/
6~9mm
2mm
平焊
40
35度
40
/
/
/
6~9mm
2mm
20
35度
20
/
/
/
6~9mm
2mm
十字形
对接焊
70
/
20
35度
20
35度
6~8mm
2mm
40
/
20
35度
20
35度
6~8mm
2mm
对接立焊
40
45度
40
45度
/
/
3~4mm
/
十字接头
(立焊+平焊)
70
/
40
35度
40
35度
6~8mm
2mm
3.2试件接头组对型式
4、焊接工艺流程
5、焊接工艺参数
5.1预热
按照现场焊接工艺评定确定的焊前预热温度实施:
1
加热源
氧、乙炔中性焰,热输入约为15~25kj/cm。
2
预热范围
规范要求:
预热的加热区域应在焊接坡口两侧,宽度应各为焊件施焊处厚度的1.5倍+100mm;
3
预热温度
确定预热温度:
根据焊接接头的坡口形式和实际尺寸、板厚及构件约束条件;根据融敷金属的扩散氢含量;根据焊接时热输入的大小;根据接头热传导条件;根据施焊环境温度。
构件板厚
预热范围
常温焊接
预热温度
冬施焊接
预热温度
1
60~100mm
≥150mm
0~60℃
100~120℃
2
40~60mm
≥100mm
0~60℃
100~120℃
3
≤40mm
≥100mm
0~60℃
100~120℃
5.2层温
焊接时,焊缝间的层间温度根据具体板厚应始终控制在85℃~150℃之间,每个焊接接头应一次性焊完。
不同板厚钢材的焊接层间温度
钢材材质
板厚(mm)
焊接层间
温度(℃)
钢材材质
板厚(mm)
焊接层间
温度(℃)
Q345GJ-C
60~100
>100
Q345GJ-C
10-40
>85
Q345GJ-C
40~60
>100
Q345B
10-40
>85
5.3CO2气体保护焊焊接工艺参数
焊速:
≈0.6cm/s
焊层
焊丝
牌号
焊丝
直径
(mm)
焊丝
极性
焊接
电流
(A)
电弧
电压
(V)
运丝
方式
焊丝伸
出长度
(mm)
气体
流量
(l/min)
层间温度
℃(mm)
首
JM-58
φ1.2
直流反接
180~
220
24~27
直线加
小回环
30
55~65
80~110
次
同上
同上
同上
260~
310
30~33
同上
25~30
同上
80~110
以后
各层
同上
同上
同上
260~
310
30~33
小回环
≈25
同上
80~110
面层
同上
同上
同上
200~210
24~26
直线
15~20
同上
80~110
5.4CO2气体保护焊每层焊接工艺
1)首层首道焊接焊丝与直边的角度≈35°,直线加小回环运条。
2)至障碍孔时,加大焊丝前倾角递送至少20mm,采用收弧电流填满弧坑后熄弧待滞后气体停止供给后再移开(约4秒)转自障碍另侧续焊。
3)首层次道焊接时加密回环次数,首层焊道焊接时至少叠压前道1/3截面,焊丝上倾≈15°。
4)次层及以后各填充层第一道焊丝下倾≈35°,最后一道上倾≈15°,中间各道基本保持与焊缝成水平状态,每道均匀叠压前道1/3截面。
5)面层焊接的前层(对CO2气体保护水平焊极为重要),基本面要平整,且上部略比下部向外倾(如下图),焊缝表面无较大凸点,清洁无渣。
6)面层焊接:
减小电流值≈10%,第一道要力求平直;结束道作回环时注意在上坡边缘稍加停留。
以防止上坡边缘出现咬边。
7)焊接完毕:
立即作清理工作。
采用批凿、角向磨光机去除飞溅、附着物;采用焊缝量规、直尺等对焊缝外形尺寸进行核查。
8)焊接完毕的焊缝:
表面无针状气孔、夹渣、裂纹、未熔合咬边等缺陷和明显低于母材表面等焊缝尺寸不足,余高应均匀保持在0.5—3.5mm。
9)后热:
采用氧、乙炔中性焰进行后热处理。
后热温度:
150℃,持续约15分钟。
如气温低于0℃时采用石棉布仔细覆盖焊缝,使其缓慢冷却。
6、焊接施工顺序
6.1总体焊接顺序
本工程钢柱分布密,内外筒周边钢梁焊缝多,就整个钢结构框架而言,箱型柱、工字柱、H型钢梁刚性接头焊接,应从整个结构的中部施焊,形成整体框架后向四周扩展续施。
6.2内筒构件的焊接顺序
为保证外筒钢柱的垂直度,采取先柱后梁的焊接方法,首先焊接4C1、4F1、7F1、7C1四根内筒角柱,待四根角柱完成后,接着焊接内筒内4Bd1、5aE1、6bE1、6bD1四根方柱,然后再进行内筒工字柱的焊接,为减少焊接变形,内筒工字柱的焊接应于四个内框筒轴线同时展开进行,原则上相邻两根钢柱不同时开焊。
全部钢柱完成焊接后,再进行内筒裙梁的焊接。
6.3外筒构件的焊接顺序
为保证外筒钢柱的垂直度,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,再进行十字柱或工字柱的焊接,为减少焊接变形,十字柱或工字柱的焊接应于四个外框筒轴线同时展开进行,原则上相邻两根钢柱不同时开焊。
全部钢柱完成焊接后,再进行外筒裙梁的焊接,为保证焊接后在结构的整体精度,必须从每条轴线的角柱联系梁开始焊接,尽可能使焊接收缩向角柱方向发展。
6.4典型构件的焊接顺序
[1]对于方型钢柱的对接施焊:
应采用两名焊工同时从中部对称等速施焊,如下图:
[2]对于工字型钢柱的对接施焊:
应采用两名焊工先同时从腹板中部对称等速施焊,腹板焊接完成后,翼缘板同时反向施焊,如上图:
[3]对于十字型钢柱的对接施焊:
应采用两名焊工先同时从大工字形腹板中部对称等速施焊;大工字形腹板焊接完成后,焊接弱轴方向两个小T形腹板;而后同时反向施焊大工字形翼缘板;最后施焊两个
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