国家体育场(方案)钢结构工程、焊接工艺评定方案.doc

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　编号：

CJNC－001

国家体育场钢结构工程、

焊接工艺评定方案

批准：

审核：

编制：

北京城建精工钢结构有限公司国家体育场项目部

二00五年三月十六日

国家体育场（方案）钢结构工程、焊接工艺评定方案

国家体育场钢结构工程现场焊接工艺评定具有技术要求高、复杂、工作量大的特点，是一项典型的系统工程，由于焊接工艺评定的地位特殊，是焊接工程十分重要的技术环节。

一、编制依据和基本规定

（1）JGJ81－2002《建筑钢结构焊接技术规程》

（2）《国家体育场钢结构招标图》

（3）《国家体育场钢结构工程施工组织设计》

（4）GB50205-2001-建筑钢结构工程施工质量验收规范

（5）GB/T1591-94-低合金高强度结构钢

（6）YB4104-2000-高层建筑结构用钢板

（7）GB/T5315-85-厚度方向性能钢板当以上规范不能函盖地方，参考以下国际规范

a.DIN17182-高焊接性能铸钢（德国）

（8）绝大多数的钢构件为钢板焊接成的箱型截面，钢板的最大厚度不大于100mm；除特别注明外，钢板厚度≤34mm时，采用Q345钢材；钢板厚度≥36mm时，采用Q345GJ钢材。

厚度分布：

·组合钢柱除少量棱形柱底部和顶部为90~100mm，其余为50~80mm，另外两根方形斜柱板厚绝大多数为30、25、20mm。

·桁架上弦杆个别段为50mm外，其余均在40mm以下，大多数为30、25、20mm。

·桁架下弦杆个别段为50、42mm外，其余绝大多数为20mm。

·腹杆为20、14、10mm，多数为10mm。

·次结构板厚最大36mm，绝大部分为20mm以下。

（9）选用钢材性能应满足下例要求:

钢材冲击韧性要求

钢材厚度方向性能要求

（10）铸钢机械性能符合下表规定

钢号

厚度或

直径（㎜）

屈服强度

бs（KN/㎡）

极限强度

бb（KN/㎡）

抗拉、抗压或抗弯f（KN/㎡）

延伸率

δ5%

冲击功

AK（J）

GS－16Mn5（正火）

≤50

≥260

430～660

234

≥25

≥65

＞50≤100

≥230

430～660

207

≥25

≥45

GS－20Mn5（正火）

≤50

≥300

500～650

270

≥22

≥55

＞50≤100

≥280

500～650

252

≥22

≥40

＞100≤160

≥260

480～630

234

≥20

≥35

＞160

≥240

450～600

216

GS－20Mn5（调质）

≤50

≥360

500～650

324

≥24

≥70

＞50≤100

≥300

500～650

270

≥24

≥50

＞100≤160

≥280

500～650

252

≥22

≥40

（11）除特别注明外，所有焊接均采用全熔透对接焊缝。

（12）除特别注明外，手工焊接所采用焊条的质量标准须符合现行国家规范GB/T5117及GB/T5118的规定，对Q345级钢材须采用E50级焊条，对Q345GJ钢材须采用E55级焊条。

（13）除特别注明外，自动或半自动焊接所采用的焊条、焊丝及焊剂须与主体金属强度相适应，其质量标准须符合现行国家规范GB/T14957或GB/T14958的规定。

（14）除特别注明外，钢结构焊接程序和施工要求应遵从规程JGJ81-2002：

建筑钢结构焊接规程。

二、焊接工艺评定的工艺流程

根据JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》的有关规定，国内首次用于钢接构工程的钢材（包括钢材的牌号于标准相符但微合金强化元素类别不同和供货状态不同或国外钢号国内生产）的必须进行焊接工艺评定。

有部份Q460、S460ML首次使用，因此严格按规程要求进行了全面的焊接工艺评定，并根据工艺评定试验结果，编制了详细的焊接工艺规程，确保了工程施工焊接质量。

试验程序如下图。

Y

编制焊接工艺指导书

理化试验

焊接加工试件

试验结果评定

编制工程焊接规程

编制焊接工艺评定报告

N

编制焊接工艺评定报告

三、焊接工艺评定的指导方案

所用钢材大部分为Q345D、Q345E，部分采用Q460、S460ML或铸钢件。

部分钢柱钢板厚度90mm和100mm。

1、主要焊接工艺评定项目如下：

编号

规格

接头型式

焊接位置

焊接方法

焊接材料

2004-14

30X300X800

2件

板对接

V型坡口+背垫

平焊

GMAW

ER50-6,7或E50

2004-15

80~100X300X800

2件

板对接

V型坡口+背垫

平焊

FCAW-G

ER50-6,7或E50

2004-16

30X300X800

2件

板对接

V型坡口+背垫

立焊

FCAW-G

ER50-6,7或E50

2004-17

80~100X300X800

2件

板对接

V型坡口+背垫

立焊

GMAW

ER50-6,7或E50

2004-18

30X300X800

2件

板对接

V型坡口+背垫

仰焊

SMAW

E5015

2004-19

80~100X300X800

2件

板对接

V型坡口+背垫

仰焊

SMAW

E5015

2、焊接参数

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

φ1.2

260～320

30～34

50～80

FCAW药性焊丝

E50

E55

φ1.2

260～300

30～34

50～80

SMAW

E5015，E5515

φ3.2

90～120

22～26

/

φ4

160～180

24～26

/

φ5

200～240

26～28

/

3、焊材匹配与选用

焊材的选用遵循“等强匹配”原则。

·母材

设计采用Q345D或Q345GJD结构钢（局部采用Q460、S460ML钢），其厚度方向性能须符合设计及GB5313-85中规定的Z向性能的要求。

根据以往工程经验，铸钢件建议使用GS－20Mn5V（DIN17182）。

铸钢GS－20Mn5V的化学成分与Q345D相近，其碳当量极限值为0.42，与Q345D钢材的可焊性较好。

·焊材

根据母材及焊缝性能，钢结构安装焊接主要采用半自动二氧化碳气体保护焊（GMAW），焊接位置困难之处如仰焊采用手工电弧焊（SMAW）。

焊材选用见表一。

焊材选用

序号

母材

焊接材料

GMAW或FCAW-G

SMAW

标准型号

标准强度保证值

标准型号

标准强度保证值

σs

σb

σs

σb

1

Q345D

ER50-6,7

420

500

E5015

390

490

E50

400

480

2

Q345GJD

ER50-6,7

420

500

E5015

390

490

E50

400

480

3

GS－20Mn5V

+Q345D、Q345GJD

ER50-6,7

420

500

E5015

390

490

E50

400

480

4

S460ML－S460ML

ER55-6,7

470

550

E5515

440

540

E55

470

550

5

S460ML－

Q345D

ER50-6,7

420

500

E5015

390

490

E50

400

480

现场的焊接工艺评定必须严格遵守JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》的有关规定。

国内首次用于钢结构工程的钢材（包括钢材的牌号与标准相符但微合金强化元素类别不同和供货状态不同或国外钢号国内生产）的必须进行焊接工艺评定。

国内首次用于钢结构的焊接材料必须进行焊接工艺评定。

设计规定的钢材类别、焊接材料、焊接方法接头形式、焊接位置、焊后热处理制度以及施工单位所采用的焊接工艺参数为施工企业首次采用的，必须进行焊接工艺评定。

安装单位根据所承担钢结构的设计节点形式、钢材级别、规格，采用的焊接方法、焊接位置等制定焊接工艺评定方案，拟定相应的焊接工艺评定指导书、施焊试件、切取试样，并由具有国家技术质量监督部门的认证资质的检测单位进行检测试验。

编制焊接工艺评定报告

焊接工艺评定试验完成后，由评定单位根据检测机构签发的检测报告做出焊接工艺评定报告，连同焊接工艺评定指导书、评定记录，评定试样检查结果一起报工程质量监督部门和有关单位审查备案。

焊接工艺评定结束后现场的焊接作业指导书如发生改变，应按JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》的有关内容进行判定，重新进行焊接工艺评定。

四、国家体育场钢结构工程现场具体常规焊接工艺评定

1、评定的钢材：

Q345、Q345GJ、Q345DGJ

2、实际工程板厚规格有（㎜）：

8，10，12，14，16，18，20，25，30，36，42，50，60，70，90，100，共16种。

3、评定合格的试件厚度与工程适用厚度范围

焊接方法类别号

评定合格试件厚度

工程适用厚度范围

板厚最小值

板厚最大值

1、2、3、4、5、8

≤25

0.75t

2t

>25

0.75t

1.5t

6、7

不限

0.5t

1.1t

9

≥12

0.5t

2t

4、焊接工艺评定板厚：

（1）70㎜　覆盖板厚　105㎜～52.5㎜

（2）36㎜覆盖板厚54㎜～27㎜

（3）10㎜覆盖板厚20㎜～全部板厚

5、采用焊接技术

（1）CO2GMAW（2～1）

（2）CO2FCAW－G（2～2）

（3）SMAW

（1）

（4）科技攻关EGW（7.1），SAW（H）（5～1）

6、钢板的组合：

（1）Q345＋Q345

（2）Q345＋Q345DGJ

（3）Q345DGJ＋Q345DGJ

7、常规工艺评定按下表进行

序号

钢材组合

试件板厚（㎜）

焊接技术

科技攻关

备注

CO2GMAW（项）

CO2GMAW－G（项）

SMAW

（项）

EGW

（项）

SAW（H）（项）

1

Q345＋Q345

70，36，10

F、H、V

F、H、V

0

坡仰0

H

陶瓷衬垫

9

9

3

2

2

2

Q345＋Q345DGJ

70，36

F、H、V

F、H、V

0

坡仰0

H

陶瓷衬垫

6

6

2

2

2

3

Q345DGJ＋Q345DGJ

70，36

F、H、V

F、H、V

0

坡仰0

H

陶瓷衬垫

6

6

2

2

2

合计

61项

21

21

7

6

6

8、焊接工艺评定坡口形式

小角度V型坡口

焊接坡口采用小角度V型坡口形式，如上图。

主要考虑在保证焊透的前提下采用小角度、窄间隙单面焊接坡口，可减少收缩量。

柱与柱的现场吊装对接坡口

五、国家体育场钢结构工程现场具体特殊焊接工艺评定

1、Q460，S460ML钢的焊接工艺评定

（1）Q460，S460ML焊接性试验及工艺评定工作流程框图