大型钢结构工程报价表【大型钢结构工程的高空焊接技术】
时间：2020-02-15 09:00:29 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
广州市某超高层构筑物工程．主体结构由混凝土核芯筒和
钢结构外筒组成。钢结构外筒为由24根圆锥形立柱、46组环梁
及分布其间的斜撑组成的变截面椭圆简体。由于钢结构外筒自
下而上做45。扭转，因此．外筒所有构件均为三维倾斜，这种
独特的结构形式目前在国内外是独一无二的。
整个工程钢结构质量逾5万t．设计的钢材强度等级：
Q235(B，C)，Q345(C，GJC)，Q390GJC，Q460GJC。该工程
焊接特点及难点：整个构筑物结构高度达610 m，超高空环境
条件下对焊工操作影响很大；
高空风速较大，并且贯穿于现场
焊接全过程，尤其是对气体保护焊的影响较大；
所有结构构件
都为倾斜构件，焊接接头基本呈全位置状态，对焊工操作水平
要求高；
构件截面大，立柱尺寸从( 2 0o0 mmx50 mm)一
(4,1 200 mmx30 mm)、斜撑尺寸从(4,850 mmx40 mm)一
(4,700 mmx30 mm)、环梁构件直径基本为800 mm (壁厚
30，25 mm)、顶部8道环梁尺寸4,700 mmx25 mm，因此现场焊
接量比较大；
该工程中采用了大量的厚钢板，最厚达50 mm，
焊接熔敷金属量较多，造成一定的焊接应力；
由于结构形式特
殊，又呈环闭状，加上安装精度要求高。焊接收缩引起的结构
变形不可忽视．必须有针对性地研究工艺和控制措施。
广州属于亚热带季风气候，常年平均气温22．0℃．最热时
的7月平均气温28．5℃．最冷时的1月平均气温13．6℃；
极端最
高气温39．1℃，极端最低气温0．0℃。这种气温条件对于现场
焊接比较适宜。但同时一个不利因素是空气相对湿度较大，年
平均相对湿度78％，这对现场焊接有不利影响，尤其在超高空
位置相对湿度可能影响更大。广东地区台风比较多，还有梅雨
季节，且气候多变。因此，焊接操作区域的防风、防雨措施至
关重要。
收藕日期：2o07—03—19
2 焊接工艺要点
根据现场焊接特点，并结合工程实际，采用药芯焊丝C0
气体保护焊和焊条电弧焊相结合的焊接方法．现场焊接施工流
程如图1所示。
焊接安全设施准备、检查
焊接设施材料
安装引弧板、引出板
坡口检查 H 修整H 再检查
坡口检查记录
坡口表面清理
I 鎏I整 r
[奎]
．
焊后处理
工
焊接施工记录
预热温度记录
焊接电流调整、焊道清理
焊缝外观及UT检查 厂 -1_
焊接结束 H 焊接场所清理
转移焊接场所
圈1 现场焊接施工流程
焊接材料采用氢含量较低的焊材，焊接材料的选用原则为
与母材等强。焊条选用：Q235-E4327(J427)；
Q345-E5015
Weldinz Technolo~v Vo1．36 No．5 Oct．2o07 ·焊接质量控制与管理· 67
(J507)；
Q390-E5515(J557)；
Q460-E6015(J607)。焊丝选用
西1．2 mm TWE一71l药芯焊丝；
保护气体为CO2，纯度99．98％。
2．1 焊前准备
由于CO 气体保护焊焊枪焊把线较短，考虑将焊机及送丝
机置于操作平台上。焊把线应绝缘良好，破损处要用绝缘布包
裹好．以免拖拉焊把线时与母材打火。焊接设备应接线正确、
调试好．正式焊接前应先进行试焊，将电弧电压、焊接电流调
至合适范围。去除坡口区域的氧化皮、水分、油污等杂质。如
果坡口用氧乙炔焰切割过，则还需用砂轮机进行打磨，直至露
出金属光泽。当坡口间隙超过允许偏差规定时，通过在坡口单
侧或两侧堆焊使其符合要求。
2．2 焊前预热
预热是防止低合金高强钢焊接产生氢致裂纹的有效措施。
可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响区(HAZ)中淬硬
马氏体的产生，降低HAZ硬度， 同时还可以降低焊接应力，并
有助于氢的逸出。该工程预热主要采用电加热和氧乙炔火焰加
热方法，预热范围为坡口及坡口两侧不小于1．5倍板厚，且不
小于lo0 mm。测温点应距焊接点各方向上不小于焊件的最大
厚度值，但不得小于75 mm处。
预热温度的确定与钢材材质、板厚、接头形式、环境温
度、焊接材料的氢含量以及拘束度都有关系， 因此对工程中的
Q390，Q460钢材，由于强度级别较高，焊接淬硬倾向大，应
适当提高预热温度。广州当地的温度对于焊接温度的保持是比
较好的，根据母材性能结合以往一些工程的施工经验，对于
Q345钢材，40—50 mm的板厚，预热温度为80—100℃左右。
23 焊接坡口
工程的构件以管件为主，根据焊接的可操作性、焊工的视
线，应以开单面坡口为主。现场接头拟采用单面单边V形坡口，
反面设置衬板，根部间隙6—8 mm，坡口角度35。，如图2所示。
坡口形式
图2 焊接坡13示慧图
另外，由于钢管直径比较大，焊工可以进入管内进行焊接
操作，考虑到尽可能减少熔敷金属量，立柱节点设计时可采用
双面坡口，焊工先在里面焊接，然后外面清根焊接。
2．4 焊接工艺措施
采用多层多道焊，控制道间温度不低于预热温度。但不宜
超过150℃，采用直流反接(DC+)，焊丝伸出长控制在20 mm
左右，保护气体流量20—25 L／min。焊条打底焊使用不大于4
mm的焊条。根部焊道厚度不超过6 mm。焊缝构成由坡口面到
中间。焊道布置如图3所示。
图3 焊遁布置示慧图
2．5 焊后处理
后热处理主要是为了消氢，降低焊缝中的氢含量，减小氢
致裂纹倾向。后热温度一般为250—300℃，根据板厚进行一段
时间的保温。该工程焊接接头较大，现场后热有一定的难度，
为此从焊接材料、预热方面采取一些措施：首先选用低氢焊
材，从熔敷金属上降低氢含量；
其次，适当提高预热温度，进
一步降低焊缝热影响区的冷却速度，以防止延迟裂纹的产生。
根据广州气候特点。并结合以前在广州一些工程中的施工
经验，考虑对Q345~能采取后热处理，而应采用焊后缓冷措
施，即焊后用保温石棉包裹接头两侧不小于500 mm的范围，
使整个接头冷却速度减缓。而对Q39o，Q460，焊后及时采取
后热，保温时间不小于2 h。
3 焊接应力与变形控制
焊接应力与变形控制是一个综合控制过程。与整个结构安
装顺序、测量控制、焊接工艺措施都紧密相关。该工程结构特
殊，设计文件中对构件的安装位置偏差要求很高，单节立柱垂
直度允许偏差仅为1／2 000，超过国家标准值l倍。这样在构件
安装校正到位后，由于焊接而造成的偏差要被控制在很小的范
围，同时作业面大，立柱、斜撑、环的连接全为熔透焊缝，焊
接变形控制难度较大。在该工程中。焊接变形控制的关键是环
梁焊接后的收缩引起整个环向内收缩，致使平面尺寸超过设计
值，以及立柱接头焊接收缩引起的竖直方向的结构变形。
3．1 优选焊接方法与顺序
尽量采用CO 气体保护焊， 由于其能量密度相对较高。焊
接变形也相应小一些。总体焊接顺序对结构变形的影响是一个
关键因素，如图4所示，每道环包括24个立柱接头、48个环梁
接头、48个斜撑接头。而这些接头又全为熔透焊缝，必须制定
一个科学、合理的焊接顺序来控制变形。
(1)平面总体焊接顺序。每道环分成24个单元。其中l2个
主单元由2根立柱、l根环梁和l根斜撑组成，另l2个副单元由
68 ·焊接质量控制与管理· 焊接技术 第36卷第5期2007年lO月
待
图4 现场焊接邵位
环梁和斜撑组成，如图5所示。在结构安装校正到位后，对称
布置焊接点，首先交错焊接其中12／／"-~单元，然后再交错焊接
6个副单元，再焊接3个副单元， 留T3+ 单元作为最终封闭接
头。这样对称分布焊接点，可使焊接变形逐步消化在每一个单
元内。不会造成累积偏差。总体焊接顺序如图6所示。
图5 主、副单元组成示意图
1
2
图6 总体焊接顾序
(2)每个单元焊接顺序。每个单元采取环梁一立柱一斜撑
的焊接顺序，如图7所示。先焊环梁，使单元具有一定刚度，
而立柱竖直方向为相对自由状态，对于立柱的接头焊缝不致产
生很大的应力。最后焊接斜撑，由于此时环梁与立柱已焊完，
拘束度较大，斜撑会产生一定的焊接残余应力，但要比立柱后
焊产生的应力小得多。
圉7 单元焊接顺序
(3)单一杆件焊接顺序，如图8所示，先① 后② 不可同时
焊接。
图8 单一杆件焊接顺序
(4)单个接头焊接顺序，如图9所示。由于该工程钢管直
径较大，所以每个钢立柱接头安排3～4名焊工围绕接头同时施
焊：斜撑、环梁安排2名焊工同时对称施焊。采用分段、x,-J-~
施焊，每人焊接参数基本保持一致，每个接头连续施焊，直至
焊完。每道焊缝收头需熔至上一道焊缝端部约50 mm处， 即错
开5O mm。不使焊道的接头集中在一处。
。
‘
焊I_1
(a)管径<l_6 m (b)直径≥1．6 m
图9 单个接头焊接顺序
3．2 焊接应力控制
该工程采取的焊接应力控制措施有：采用合适的焊接坡
E1．减少焊接填充量；
构件安装时不得强行装配，以免产生初
始装配应力；
采用合理的焊接顺序，对称焊、分段焊；
先焊收
缩量大的接头，后焊收缩量小的接头，应在尽可能小的拘束下
焊接：预先合理设置收缩余量；
同一构件两端不同时焊接；
保
证预热，对层问温度的有效控制，降低焊接接头的拘束度，减
小焊接热影响区范围，可降低焊接接头的残余应力；
采用高效
NCO，焊接方法，可减少焊接道数，减小焊接变形和残余应
力；
通过有效的工艺和焊接控制， 防止或减小焊接接头的返
修：采取焊后缓冷或后热，使接头在冷却时能有足够的塑性和
宽度均匀消除焊接收缩，降低残余应力峰值和平均值，达到降
Weldin~Technolo Vo1．36 No．5 Oct．2007 ·焊接质量控制与管理· 69
低焊接残余应力目的。同时必要时采用烘烤和超声波振动的方
法进一步达到消减残余应力的目的。
3．3 其它控制措施
(1)余量控制焊缝收缩对构件的变形影响较大，而收缩
量主要与焊接热输入关系密切。为此，在焊接工艺评定时，进
行现场模拟接头试验，通过分析相关焊缝收缩量的数据，为实
际接头进行焊接收缩预控。根据模拟数据，并结合以往的焊接
施工经验．事先对环梁进行预留长度，即构件加工制作时正公
差．如图10所示。这样，在实际焊接时， 正好抵消焊接收缩
量。对立柱也采用同样的放预留量的办法加以解决。
图10 焊接余量控制示意图
(2)安装与焊接顺序 为了既不增大构件变形，又保证施
工进度和安全操作，采取时间和空间错开的方法，合理安排吊
装和焊接，做到搭接施工。在构件安装时，采用临时支撑或结
构主梁加以固定，接头处布置一定数量的定位板，防止在焊接
过程中由于构件自重而引起的附加变形。
(3)通过信息化施工手段控制结构变形 在整个焊接过程
中，随时用测量仪器进行变形监控， 当某个点处偏差可能超控
时，调控焊接顺序，及时加以纠偏。结构变形控制贯穿于整个
焊接全过程，特别是起初几个区段更为重要。通过焊接过程中
的跟踪监测，摸索相应规律，指导后续施工。
4 焊接操作注意事项
4．1 防风
在焊接作业区时，应控制风速，焊条电弧焊时不得超过8
m／s，CO 气体保护焊时不得超过2 m／s，否则应采取防风措
施。利用焊接操作平台，将平台做成基本封闭状态，就能有效
防止大风对焊接的影响。在操作防护栏四周用阻燃材料封闭以
防雨、防风，如图11所示。
图l1 操作防护示意图
4．2 防雨、防湿
焊接需要连续施焊，而广州天气多变，又适逢雨季，必将
影响焊接施工。为此，将操作平台做成全封闭，这样，焊接点
可避免直接淋雨。但雨水可顺着管子流淌进焊接区，造成焊接
区淬火。因而在焊接区上方做一个防雨棚，围绕管子最上部四
周采用防水材料堵住．使雨水不致流淌下去。
广州地区3 6月空气相对湿度较大， 而湿度大于85％时，
焊接易产生连续气孔等缺陷。故在密封条件较好的部位如操作
平台处，采取局部除湿措施，以保证顺利施焊。
4．3 其它注意事项
严禁在焊缝以外的母材上引弧。定位焊必须由持焊工合格
证的焊工施焊，且应与正式焊缝要求一致。如装有引弧和引出
板．则应在引弧板和引出板上进行引弧和收弧。焊接完成后，
应用气割切除引弧板和引出板，并留有2 mm宽，用砂轮机修
磨平整．严禁用锤击落。
5 结论
(1)该工程现场焊接量比较大，又属于高空环境作业，焊
接效率将直接影响到钢结构安装以至整个工程的施工进度。由
于采取了前述措施，每个环节的焊接进度都比计划略有提前，
在确保焊接质量的同时保证了整个工程的进度。
(2)由于该工程结构高度很高，在超高空环境下对焊工的
素质提出了更高的要求。在全面施工前，针对性地对操作工人
进行高空焊接培训，主要针对焊接节点形式、焊接方法以及焊
接操作位置，以达到工程所需的焊接技能水平，从而适应现场
环境的需要，提高焊接质量。
(3)该工程结构特殊，焊接质量要求高。在施焊前，还进
行了现场主要接头模拟试验。通过模拟试验，进一步复核所确
定的焊接工艺的可实施性，并确定出在标准接头安装状态下的
焊缝收缩量。从该工程的施工结果看，这对整个结构的焊接变
形控制是至关重要的。
(4)该工程设计结构钢材以低合金钢(Q345)为主，厚
板选用高层建筑结构用钢板，焊接性能良好。同时，选用了药
芯焊丝CO 气体保护焊，其优点一是熔敷速度高，为焊条电弧
焊的2—3倍，熔敷效率可达90％以上；
二是气渣联合保护． 电
弧稳定、飞溅小、易脱渣、焊道成形美观；
三是对焊接电流、
电弧电压的适应范围广，焊接条件设定较为容易。同时针对焊
条电弧焊简便灵活、适应性强的特点．将其作为该工程的辅助
焊接方法，是比较合适的。
