国家体育场钢结构工程焊接方案Word文档下载推荐.docx
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175
304
Q460
＞50～110
360
210
440
钢材冲击韧性要求
钢材牌号
主结构
次结构
Q345、Q345GJ
D级，-20℃时Ah≥34J
C级，0℃时Ah≥34J
E级，-40℃时Ah≥34J
钢材厚度方向性能要求
钢板厚度（㎜）
t<
40
40≤t≤60
60<
t≤90
t>
90
钢板厚度方向性能级别
－
Z15
Z25
Z35
铸钢材料机械性能表
厚度或直径
（㎜）
屈服强度
σs（N/㎜2）
极限强度
σb（N/㎜2）
延伸率
σ5%
冲击功Ak（J）
GS－20Mn5V
（调质）
≤50
≥360
500～650
324
≥24
≥70
>
50≤100
≥300
270
≥50
100≤160
≥280
252
≥22
≥40
注：
材料分项系数γR=,并应保证铸钢材料D级冲击韧性。
二、焊接特点与难点
（一）焊接施工特点及难点
1、结构复杂、空间跨度大、构件自重大、钢板厚度大、焊接工程量大、焊接质量要求高。
2、高空作业及冬季施工不可避免，焊接作业条件差
3、构件的截面积大，单道焊缝的焊接金属用量大，焊接位置为F、H、O、V，对焊工技术及体力要求高。
4、现场拼装焊接位置多变，如钢柱头部结构，其结构几何形状复杂，焊接接点错纵复杂，且厚板焊缝密集，给焊接工作带来很大困难。
5、钢结构焊接变形及残余应力的控制难度大。
6、Q460超高强钢特厚板及铸钢焊接焊接难度大。
7、焊接量大、工期紧。
（二）焊接方法
综合考虑焊接效率和操作难度，大体上H、F、V采用CO2GMAW、FCAW-G，O采用SMAW。
三、焊接技术要求
焊接的质量等级与检测方法参见下表。
所有焊缝均须进行外观检查。
焊缝质量性能要求
焊缝类型
焊接要求
焊缝等级
检测方法
擦伤比例（%）
钢板拼接
全熔透
一
UT/RT
100
扭曲箱形构件组装焊缝
其它箱形构件组装焊缝
二
50
桁架柱、主桁架节点坡口等强焊缝
构件拼接（接长）
一般构造焊接
角焊缝
三
MT
10
一级焊缝的合格等级应为现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分类》（GB11345）B级检验的II级及Ⅱ级以上；
二级焊缝的合格等级应为现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分类》（GB11345）B级检验的III级及III级以上。
熔透焊缝均应符合与母材等强的要求。
全熔透焊缝的端部应设置引弧板、引出板或钢衬管，引弧板的材质应与焊件相同。
手工焊引弧板厚度5mm，焊缝引出长度大于或等于25mm。
自动焊接引弧板宽度50mm，焊缝引出长度大于或等于50mm。
焊接完毕后，必须切除被焊工件上的引弧板，并沿受力方向修磨平整，严禁用锤击落。
焊缝应具有良好的外观质量，角焊缝应符合二级焊缝的外观要求。
本结构为室外钢结构，为了保证结构的耐久性，构件及节点外表面的所有接缝均应保证密封，如焊缝做到完全密封确有困难时，需采用相应的建筑防水做法进行封堵，使整个钢结构形成完整的密闭体系。
对于夹角小的节点区域，热影响区比较大，容易造成钢结构的过烧、脆断，施工单位应进行专门的焊接工艺评定和焊接全过程计算机仿真。
四、焊接工程的总体思路
协同安装，科学编程，六个统一，攻克难关。
1、首先建模计算整体钢结构应力的分部状况确定起始焊缝和合拢焊缝的位置，然后按总体思路进行工作。
2、协同安装：
同安装工艺共同决定每一根主结构的安装顺序，确认起始点和合拢点，合拢点严禁在构件自重应力的集中点。
3、科学编程：
以JGJ81-2002《钢结构焊接规程》为指导思想，以焊接应力变形控制的理论为基础，编制科学合理的焊接程序，有效的控制钢结构整体的应力及变形，使焊接残余应力和变形相对合理的存在结构之中，希望焊接应力不至于过大而影响结构安全（应尽可能小），又不希望有过大形变而影响美观，使国家体育场工程既安全又美观。
4、六个统一：
即执行焊接程序的组织保证：
（1）施工各单位必须统一严格执行焊接程序；
（2）统一焊接程序、焊接方案交底；
（3）统一焊接技术（焊接方法）；
（4）统一工艺评定；
（5）统一焊工培训；
（6）统一质量检测。
5、攻克难关：
重点抓好三个工艺：
（1）Q460钢的焊接工艺规程;
（2）厚板焊接工艺规程；
（3）抓好铸钢同钢、异种钢的焊接工艺规程。
焊接规程的总体原则应是：
重要的焊缝先焊，次要的后焊，收缩量大的先焊，收缩量小的后焊，尽量采用如渣气联合保护焊和减少应力的焊接工艺。
五、焊接工艺参数指导方案
焊接
方法
焊接材料
焊接工艺参数
备注
标准型号
规格（mm）
电流（A）
电压（V）
气流量（L/min）
GMAW实心焊丝
ER50-6,7
ER55-6,7
φ
260～320
30～34
50～80
FCAW药性焊丝
E50
E55
260～300
SMAW
E5015，E5515－G（CHE557）
90～120
22～26
/
φ4
160～180
24～26
七、焊材匹配与选用指导方案
焊材的选用遵循“等强匹配”原则。
焊材选用表
序号
母材
GMAW或FCAW-G
标准强度保证值
标准
型号
σs
σb
1
Q345D
420
500
E5015
390
490
480
2
Q345GJD
3
+Q345D、Q345GJD
4
Q460＋GS－20Mn5V
470
550
E5515
540
5
Q460＋Q345GJD
八、焊接规程
（一）Q345GJD厚板焊接规程
1、层状撕裂问题分析及对策
启裂分类
成因
对策
第Ⅰ类
以焊根裂纹,焊趾裂纹为启裂源,沿HAZ发展的层状撕裂。
1.影响冷裂的因素:
Pcm、HD、RF；
2.伸长的MnS夹杂物；
3.角变形引起的应变集中。
1.同防止冷裂纹的措施；
2.降低钢中的S的含量；
3.改变接头及坡口形式,防止角变形及应力集中。
第Ⅱ类
以轧制夹层为启裂源,沿HAZ发展的层状撕裂。
1.伸长的MnS夹杂物及硅酸盐夹杂物；
2.拘束度加大应变时效。
1.减少拘束度；
2.采用低氢焊材；
3.改进接头和坡口形式；
4.堆焊隔离层。
第Ⅲ类
以轧制夹层为裂源,沿远离HAZ的母材中心发展的层状撕裂。
2.轧制的长条MnS夹杂物及硅酸盐夹杂物；
3.拘束度增加；
4.应变时效。
1.减小拘束度；
2.改进接头或坡口形式；
3.堆焊隔离层；
4.钢板两端机械加工。
2、焊接工艺参数
（1）预热温度：
接头最厚部件的板厚t（mm）
40＜t≤60
60＜t≤80
t＞80
80℃
100℃
140℃
本表适应条件：
1、环境温度为常温；
2、焊接接头板厚不同时，应按厚板确定预热温度、焊接接头材质不同时，按高强度、高碳当量的钢材确定预热温度。
3、拘束度大的复杂节点应适当提高预热温度。
4、点焊焊缝预热温度同正式焊缝。
5、t≤60时采用火焰加热，t＞60时采用红外电脑控温仪加热。
6、测温采用远红外测温仪，测温点在距坡口边缘75mm处，平行于焊缝中心的两条直线上。
（2）焊接电流、电压
位置
预热方式
点焊方式
焊接方法
板厚
（mm）
焊接电流（A）
焊接电压（V）
后热温度（℃）
H
见上表
（J507,￠4mm）
GMAW
ER50（JM58）,￠
240～280
30～33
250~300℃,1h
31～33
280～320
250~300℃,2h
FCAW-G
ER50（TWE-711）,
￠
240～260
50～60
F
ER50（TWE-711）,￠
V
190～230
210～250
230～280
190～210
O
E5015（J507）,
￠,4mm
90~120
20~28
90~160
90~180
（二）Q460E+GS-20Mn5V焊接规程
Q460E钢及Q460E＋GS－20Mn5V焊接工艺表
序
号
焊接技术
钢材组合
点焊预热温度
点焊技术
预热温度
焊接规范
后热
NDT
焊材
焊接位置
焊材规格
加热方式
方式时间
级别
Q460E
+GS－20Mn5V
≥200℃
150℃-200℃
参照焊接工艺评定
250℃-300℃
VT
CHE507
φ=4㎜
c
电加热
电加热保温1－2h
I
GMAW
TM60普莱克斯C02气体
F,H,V
TWE-81K2普莱克斯C02气体
电加热保温2h
注意事项：
1、严格按照上表进行操作，Q460E钢焊接必须预热；
2、严禁在Q460E钢板和GS－20Mn5铸钢上打火，电弧擦伤。
严禁在不预热和未经批准的情况下在Q460E钢板和GS－20Mn5铸钢上焊接卡马，扶梯等安装附属卡具。
3、未经强化加项训练的焊工不允许在Q460E钢板和GS－20Mn5铸钢施焊。
（三）Q460E+Q345GJD焊接规程
+Q345GJD
十、主要设备选型指导意见
（一）焊条电弧焊机
ZX5-400或ZX7-400
（二）CO2气体保护焊机
NBC500（要求具有大流量流量计和适应160L/min流量的加热装置，并能在大线能量的工作状态下持久工作），建议选用唐山松下CL500和北京时代NBC500。
不同焊丝直径选用的导丝管直径
焊丝直径（㎜）
导丝管直径（㎜）
常用导电嘴的结构形式及适用电流
导电嘴形式
锥型
椭圆型
镶套型
锥台型
圆柱型
半圆型
滚轮型
适宜焊接电流
≤400A
≤400A
≤630A
≤1000A
（三）远红外电脑控温仪
功率360KW，并有升温控制和保温时间控制，同时能有准确的曲线记录。
（四）测温仪
激光红外测温仪
（五）切割设备
带有磁力滚轮或磁力轨道，能全位置切割的小型半自动切割设备，要求具有能准确切割出所需角度，准确留出钝边的性能。
十、防止缺陷处理办法
（一）防止根部未焊透的工艺措施
由于坡口角度小，在进行t≥60m厚板焊接时，为防止根部未焊透的缺陷，采用手工焊条电弧焊打底，待焊缝宽度到20-25mm左右，改为CO2气体保护焊（下图所示）。
该工艺可以降低根部未焊透的机率。
（二）CO2气体保护焊局部防风装置
局部防风装置示意图
1、焊口周围用防风塑料布围成栅栏防风。
2、焊口两侧用δ=－㎜铁皮如上图所示制成局部防风装置。
3、局部防风装置用永久磁铁固定在焊缝两侧，两端可设置端板，以不影响焊接操作为原则，确定其间距，根据焊工的实际需要随时调整位置。
（三）远红外电脑控温仪加热保温装置
为了保证电加热的效果，特设计如下加热保温装置，便于施工过程中的反复使用，同时也提高效率。
（四）
箱形构件垫板组对
为了防止由于垫板组对与母材接触不严密造成的焊缝根部缺陷，可以参考上图加工焊接垫板。
垫板组对合格后，进行正式预热，待预热温度达到焊接参数要求时，可以进行定位焊。
要求从焊缝中间向两端进行，在焊缝两端用电动铣刀磨光，然后连续焊接，以该焊缝作为打底焊缝。
卡码焊接同正式焊接，焊前预热，温度150度，表面测温即可。
（五）焊工质量意识
1、焊工操作过程中需严格执行工艺指导书和相关操作规定。
2、焊工责任心强，在焊接过程中一旦发现缺陷或导致缺陷的操作，要及时报技术人员，采取措施处理。
3、
同一条焊缝一旦开始施焊，必须连续无间断施焊，直至完毕。
如有特殊情况需停止时，必须报经技术人员确认同意，并采取相应措施保证层间温度。
（六）焊接顺序
为了避免焊接过程中应力分布不均造成构件变形，在箱形构件焊接过程中采用如下焊接顺序：
接口的四条焊缝同时进行焊接，严格控制焊工焊接速度，确保四条焊缝焊接时间一致。
对于上口的横焊和下口的仰焊速度差别大的现象，采取等待的办法，要求横焊焊工降低焊接速度，在焊接过程中控制层间温度，保证焊接质量。
十一、厚板焊接注意事项
（一）防止电弧擦伤
严禁在母材上起弧焊接，一旦出现及时通知技术人员，并采取措施补救。
补救措施：
按后热工艺进行，并用砂轮圆滑过渡。
（二）点焊必须预热
焊接垫板在构件固定端点焊，点焊时采用火焰预热，温度150度。
当两个构件组对完毕，活动端无法从背面点焊，应当进行电加热预热，当预热温度达到要求时，采用分段跳焊的方式固定垫板，焊接顺序为从焊缝中间往两端进行，防止垫板变形。
（三）正面预热温度高于设定预热温度
考虑厚板的传热效果，测温点设置合理并保证反面预热温度达到设定预热温度要求。
（四）严格控制线能量
厚板焊接除打底层外，均需大线能量焊接，具体线能量取值执行焊接工艺评定。
（五）消除焊后残余应力技术措施
合拢焊缝和节点复杂、应力状态复杂的焊缝锤击法消除焊后残余应力，锤击法按“三锤三不锤”的原则进行。
1、三锤
（1）应用R＝5㎜圆头小锤进行锤击。
（2）焊后层间温度≥预热温度时锤击；
（3）统一频率锤击（人工80次/min-90次/min,如采用气动清渣工具时，应统一执行）。
2、三不锤
（1）根部焊道不允许锤击；
（2）HAZ不允许锤击；
（3）表面焊道不允许锤击。
十二、焊接缺陷检验及防止
（一）缺陷与焊接工艺条件和技术人员的关系。
工艺条件
夹渣
未熔合
未焊透
咬边
变形
气孔
裂纹
技术人员
○
◎
△
坡口、施焊位置
焊接接头、起弧、收弧
表面形状
定位焊
铲根
焊工培训及安排
环境条件
◎：
有明显影响○：
在一定条件下有影响△：
关系很小。
（二）缺陷与施焊工艺的关系
施焊工艺
冷裂
热裂
坡口形状
坡口清理情况
中间焊道形状
除渣情况
预热
焊接电流
弧长
焊条运条角度
运条方式
焊层熔敷方式
施焊位置
风
（三）主要工艺缺陷对策
工艺情况
夹渣和未熔合
坡口
清理
钝边过大或根部间隙过小，不可
防止污染，清理表面
焊条（选择使用）
正确选用焊条信号和焊条直径
焊条直径须适应坡口
直径须适当，小直径较好
适用型号防潮，勿过烘干
运条操作
线能量足够大
保证电流和线能量
电流不可过大
电流过大或线能量过小，均不宜
弧长不可过大
弧长正常
运条适当
运条正常
运
升级会员 