珠海十字門喜來(lái)登酒店鋼結(jié)構(gòu)工程安裝焊接技術(shù)

汪曉梅

1. 工程概況

珠海十字門中央商務(wù)區(qū)會(huì)展商務(wù)組團(tuán)一期工程包括國(guó)際會(huì)議中心、國(guó)際展覽中心、標(biāo)志性塔樓、喜來(lái)登五星級(jí)酒店、公寓式酒店、城市綢帶等六個(gè)單體，總計(jì)用鋼量約5萬(wàn)t。其中喜來(lái)登酒店結(jié)構(gòu)用鋼量約5 000t，其主體結(jié)構(gòu)體系為框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)主要為地下室至轉(zhuǎn)換層頂部的勁性柱、核心筒內(nèi)鋼框架、中庭轉(zhuǎn)換桁架、兩端懸挑桁架及部分懸挑結(jié)構(gòu)。

喜來(lái)登酒店鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)主要為Q390B、Q390GJC、Q345B、Q345GJB等。鋼結(jié)構(gòu)件類型包括圓管柱、H型柱/梁、十字柱、箱型梁等，主要板（管）厚度為6~80mm。中庭轉(zhuǎn)換鋼桁架結(jié)構(gòu)形式為箱型，鋼桁架高度為7.9m，＞40mm的材料全部采用Q390GJC，單榀桁架最重約為330t，單根最重吊裝桁架梁為65t。

本工程在安裝過程中，以中庭轉(zhuǎn)換桁架為分界段，遵循“先下后上、先主后次、流水作業(yè)”的思路?，F(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫主要涉及柱、桁架梁、支撐等對(duì)接，其中轉(zhuǎn)換桁架的焊接列為關(guān)鍵工作。

2. 焊接特點(diǎn)與難點(diǎn)

（1）構(gòu)件形式多、尺寸大，焊接質(zhì)量要求高 構(gòu)件截面有圓鋼管、H型、十字型和箱型等多種形式，鋼柱尺寸最大為φ1 600mm×50mm，箱型的最大截面尺寸為 1 000mm×1 200mm×80mm×80mm?，F(xiàn)場(chǎng)所有的對(duì)接焊縫均為全熔透焊縫，焊縫質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)。

（2）材料強(qiáng)度高 喜來(lái)登酒店轉(zhuǎn)換桁架板厚規(guī)格為40~80mm的材料全部為Q390GJC，我公司首次使用厚度達(dá)80mm的Q390GJC，且該鋼種發(fā)展歷程較短，在建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用典例較少，其鋼板性能可能存在不穩(wěn)定性，焊接的可靠性還有待摸索。在工程施焊前，需要進(jìn)行大量的焊接工藝研究工作，以確保現(xiàn)場(chǎng)施焊工藝安全可靠。

（3）焊接量大，焊接變形控制困難，焊接疊加應(yīng)力較大 本工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件密集、節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、體積大、重量重、壁厚、強(qiáng)度高、剛性大、構(gòu)造復(fù)雜，焊接時(shí)易產(chǎn)生較大的應(yīng)力，控制不當(dāng)易產(chǎn)生裂紋。

（4）高空作業(yè)多，焊接位置復(fù)雜，對(duì)焊工技術(shù)水平要求高 受結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)大小、重量的影響及運(yùn)輸條件的限制，現(xiàn)場(chǎng)拼接、高空作業(yè)多，高空焊接量大。高空焊接位置包括平焊、橫焊、立焊、仰焊等全位置。尤其是箱型梁下翼緣板的焊接全部為仰焊，高質(zhì)量的焊縫質(zhì)量要求對(duì)于焊接操作人員體能、技能等都是巨大的挑戰(zhàn)。

（5）施焊環(huán)境復(fù)雜，對(duì)焊接質(zhì)量影響大 本項(xiàng)目所在地屬于亞熱帶海洋氣候，施焊環(huán)境濕度大、雨水多，受臺(tái)風(fēng)影響大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊接很不利，焊前的防風(fēng)雨、防潮濕技術(shù)措施難度加大。

3. 焊接準(zhǔn)備工作

焊接準(zhǔn)備工作主要圍繞人員、材料、機(jī)械設(shè)備、工藝方法、環(huán)境等方面進(jìn)行，這里針對(duì)本工程項(xiàng)目，重點(diǎn)介紹如下準(zhǔn)備工作。

（1）現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量管理體系準(zhǔn)備 本工程以項(xiàng)目部為核心，質(zhì)量技術(shù)管理部門為導(dǎo)向，現(xiàn)場(chǎng)配備相應(yīng)的焊接工程師、焊接技師和專業(yè)質(zhì)檢人員，建立了科學(xué)、高效、嚴(yán)密的焊接質(zhì)量管理體系，從管理層到作業(yè)層，明確相關(guān)工程師、技師和作業(yè)人員的具體責(zé)任。

（2）技術(shù)準(zhǔn)備 第一，選擇合適的焊接方法，保證質(zhì)量和進(jìn)度的同時(shí)，減少焊接殘余應(yīng)力和變形。

根據(jù)本工程所用母材的性能、現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)要求及本公司的裝備條件，現(xiàn)場(chǎng)施焊擬定以實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)焊（GMAW）、藥芯焊絲氣體保護(hù)焊（FCAW）為主要焊接方法，以提高施焊效率，減少焊接變形和焊接殘余應(yīng)力。因施焊空間有限時(shí)，故予以焊條電弧焊（SMAW）為輔助焊接方法。GMAW、FCAW、SMAW的焊接材料分別為ER50—6、E501T—1、E5015。

第二，焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，驗(yàn)證擬定的焊接工藝可行性。評(píng)定合格的焊接工藝是正式施焊工藝質(zhì)量的保證，其主要流程為：擬定焊接工藝項(xiàng)目→編制焊接工藝指導(dǎo)書→焊接試板→無(wú)損檢測(cè)→力學(xué)試驗(yàn)→試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)→編制報(bào)告等。其中，確定焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目和擬定焊接工藝指導(dǎo)書是重點(diǎn)。

首先，確定焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目的要求。根據(jù)工程施焊材料、板厚規(guī)格、焊接位置、接頭形式等，結(jié)合公司已有評(píng)定合格的焊接工藝，擬定本工程與Q390GJB、Q390GJC有關(guān)的評(píng)定項(xiàng)目要求如表1所示。

表1 珠海十字門項(xiàng)目焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目擬定要求

其次，確定焊接工藝的要求。

本工程涉及到的工藝要求如下：

坡口要求：綜合考慮設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)處的焊接接頭的可達(dá)到性、可施焊性，盡可能減少坡口的填充金屬等，設(shè)計(jì)的對(duì)接坡口、T形對(duì)接與角接組合焊縫坡口分別如圖1、圖2所示。

圖1 對(duì)接焊縫坡口

圖2 T形對(duì)接與角接組合焊縫坡口

焊接參數(shù)：具體焊接參數(shù)如表2所示。

預(yù)熱溫度與范圍：Q390GJC的40mm、80mm厚板焊接時(shí)需電預(yù)熱。擬定40mm板預(yù)熱溫度為100℃，80mm預(yù)熱溫度為120℃，預(yù)熱范圍為坡口兩側(cè)各兩倍板厚內(nèi)，且≥100mm。

技術(shù)措施：在評(píng)定試板施焊前，清理油污、油銹等，并在施焊中多層多道焊，立焊從下往上焊。

第三，焊接專項(xiàng)方案。鑒于本工程焊接的復(fù)雜性，不僅對(duì)單體工程編制了專項(xiàng)焊接方案，而且針對(duì)喜來(lái)登酒店轉(zhuǎn)換桁架的焊接，編制了關(guān)鍵項(xiàng)目專項(xiàng)焊接方案。在專項(xiàng)方案中，從總體焊接順序的安排，到節(jié)點(diǎn)的施焊都提出了更為詳細(xì)的要求。做到施焊過程中，每一步都有據(jù)可依，有章可循。

（3）焊接材料防潮防濕準(zhǔn)備 本工程施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的特殊，面臨雨水多、濕度大等環(huán)境特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)用施焊材料，如藥芯焊絲、堿性焊條等必須采取相應(yīng)的措施防潮防濕。除了一般的焊接材料存放、使用制度外，在本工程中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了藥芯焊絲的限制領(lǐng)用制度。嚴(yán)格要求藥芯焊絲當(dāng)天領(lǐng)用當(dāng)天用完，避免藥芯焊絲受潮，影響焊縫的質(zhì)量。

（4）焊接作業(yè)人員準(zhǔn)備 本工程從工程之初就開始對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行摸底、培訓(xùn)、考核，所有上場(chǎng)焊工通過培訓(xùn)考試合格，并現(xiàn)場(chǎng)模擬考試合格后方可正式上場(chǎng)作業(yè)。

第一，焊工培訓(xùn)、取證與現(xiàn)場(chǎng)模擬考試。本工程要求所有上場(chǎng)的焊接人員必須持雙證（“金屬焊接切割特種作業(yè)人員操作證”和“焊工合格證”）上崗。針對(duì)現(xiàn)今用工狀況，現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)人員操作技術(shù)水平參差不齊，公司專門派出技術(shù)人員針對(duì)上場(chǎng)焊接作業(yè)人員進(jìn)行了焊接技術(shù)工藝、焊接技術(shù)安全理論培訓(xùn)和實(shí)踐操作培訓(xùn)。

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)較少的焊接作業(yè)者而言，雖然通過了《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》相關(guān)施焊項(xiàng)目的技術(shù)考核，但是在現(xiàn)場(chǎng)有必要進(jìn)行焊前模擬試驗(yàn)，以檢驗(yàn)焊接作業(yè)者在現(xiàn)場(chǎng)施焊環(huán)境中對(duì)施焊要求的處理能力。

第二，焊工技術(shù)交底、安全交底。針對(duì)本工程的作業(yè)特點(diǎn)，由現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)人員按照工藝方案對(duì)質(zhì)量檢驗(yàn)人員、焊接作業(yè)人員等進(jìn)行技術(shù)交底，每一個(gè)技術(shù)工藝細(xì)節(jié)都要強(qiáng)調(diào)到位。另外，現(xiàn)場(chǎng)安全管理人員針對(duì)焊接這一特種作業(yè)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)焊接操作空間狀況，對(duì)焊接作業(yè)人員進(jìn)行安全交底。

在本工程施工過程中，焊接作業(yè)人員可能會(huì)出現(xiàn)調(diào)動(dòng)等現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)焊接管理人員隨時(shí)追蹤這些信息，隨時(shí)根據(jù)具體情況可進(jìn)行多次焊接技術(shù)交底。

（5）施焊環(huán)境準(zhǔn)備 針對(duì)該工程高空作業(yè)多，施焊環(huán)境濕度大，受臺(tái)風(fēng)影響大，所以在工程焊接前，要對(duì)施焊期間的天氣情況充分了解，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施，如焊前有效除濕、搭設(shè)防風(fēng)雨棚等，充分做好施焊前準(zhǔn)備，以保證焊接質(zhì)量。

（6）經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)懲措施 項(xiàng)目部制定了人性化的獎(jiǎng)罰制度，對(duì)焊縫檢測(cè)一次合格的焊接作業(yè)者進(jìn)行嘉獎(jiǎng)，對(duì)合格率較低的則進(jìn)行處罰，甚至取消焊接資格。

表2 不同焊接方法的焊接參數(shù)

4. 現(xiàn)場(chǎng)施焊工藝

這里重點(diǎn)介紹該工程的典型焊接坡口、焊接位置狀況、焊接順序、除濕、預(yù)熱及消氫等要求。

（1）典型接頭坡口 鋼柱現(xiàn)場(chǎng)焊接與箱型梁現(xiàn)場(chǎng)焊接接頭坡口如圖3、圖4所示。

（2）焊接位置 橫焊、平焊、立焊、仰焊等全位置。

（3）除濕、預(yù)熱與消氫 對(duì)于不需要預(yù)熱的焊接構(gòu)件表面，在施焊前采用火焰烤干，充分除濕、保持焊接區(qū)域干燥后，方可進(jìn)行正式焊接。

對(duì)于＞20mm的Q390GJ鋼，焊接前要進(jìn)行預(yù)熱。采用鎧裝電加熱片伴隨預(yù)熱，由溫控儀通過熱電偶自動(dòng)控溫。熱電偶設(shè)在其控制的2片加熱片的中間，距焊縫坡口邊緣50mm處，根據(jù)不同的板厚（20~80mm），預(yù)熱溫度為60~120℃。焊接過程中，層間溫度不低于預(yù)熱溫度。

根據(jù)結(jié)構(gòu)的拘束狀況，本工程中要求≥40mm的板厚焊接完畢后立即進(jìn)行消氫處理。焊后利用預(yù)熱裝備立即升溫到250 ℃，保溫時(shí)間應(yīng)根據(jù)工件板厚按每25mm板厚≥0.5h，且總保溫時(shí)間≥1h確定，然后緩冷至常溫。

（4）合理安排焊接順序 本工程中的施焊順序，我們從大局和細(xì)節(jié)兩方面入手考慮。大局上即考慮整體結(jié)構(gòu)的施焊順序，細(xì)節(jié)上即考慮單個(gè)節(jié)點(diǎn)、單條焊縫的焊接順序。

第一，整體焊接順序。①以吊裝思路為導(dǎo)向，先下部結(jié)構(gòu)后上部結(jié)構(gòu)；同一層面施工中，則先柱后梁，桿件與節(jié)點(diǎn)的焊接應(yīng)采用多點(diǎn)同時(shí)對(duì)稱施焊的順序，避免同時(shí)集中一個(gè)區(qū)域。②對(duì)于復(fù)雜的轉(zhuǎn)換桁架，先主弦桿，后次弦桿；先下弦桿，后上弦桿，最后焊上下弦之間的腹桿。腹桿先焊桿件截面較大、桿件鋼板較厚、變形較大的對(duì)接焊縫。③同一桿件梁端的焊縫焊完一條待其冷卻后再焊另一條，同一桿件的兩條焊縫不得同時(shí)焊接。

第二，節(jié)點(diǎn)焊接順序。如圖5所示。圖示順序?yàn)棰佟凇邸?。若同一圖中，同一個(gè)順序編號(hào)，可以由多名焊工同時(shí)施焊。

第三，焊縫焊接順序。單條焊縫較長(zhǎng)時(shí)，采用分段、退步焊；每條焊縫采用多層多道焊。

（5）其他焊接工藝要求 ①現(xiàn)場(chǎng)的焊接參數(shù)依據(jù)焊接工藝評(píng)定合格的參數(shù)。②引弧應(yīng)在焊道處進(jìn)行，嚴(yán)禁在焊道區(qū)以外的母材上起弧。③施焊中，應(yīng)特別注意接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)將熔池填滿。④多層多道焊時(shí)，接頭錯(cuò)開30~50mm，并連續(xù)施焊。⑤焊接宜連續(xù)施焊，每層焊道焊完后應(yīng)及時(shí)清理檢查，清除缺陷后再焊。

圖3 各種截面形式的鋼柱對(duì)接坡口

圖4 箱型梁對(duì)接坡口

圖5 典型柱、梁節(jié)點(diǎn)的焊接順序

5. 結(jié)語(yǔ)

喜來(lái)登酒店鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)對(duì)接焊縫總長(zhǎng)約2 100m，其中板厚≥40mm的一級(jí)焊縫共約1 700條，長(zhǎng)度約900m。所有的焊接結(jié)構(gòu)件的整體安裝焊接變形控制良好，幾何尺寸、焊縫外觀、焊縫內(nèi)部質(zhì)量均符合設(shè)計(jì)圖樣和規(guī)范要求。焊縫質(zhì)量由珠海市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)，其中一次探傷合格率達(dá)98.4%，一次返修后探傷合格率為100%。本工程榮獲了2013年度全國(guó)優(yōu)秀焊接工程一等獎(jiǎng)。