超高层项目钢结构焊接施工专项方案.docx
《超高层项目钢结构焊接施工专项方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超高层项目钢结构焊接施工专项方案.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
超高层项目钢结构焊接施工专项方案
超高层项目钢结构焊接施工专项方案
1.1焊接概况
本工程主要有E、F塔楼，E楼钢柱最大板厚30㎜，钢梁最大板厚38㎜；F楼钢柱最大板厚30㎜，钢梁最大板厚30㎜。
焊缝主要有横焊、平焊。
1.1.1E、F楼的构件形式
1.1.1.1E座塔楼
焊缝位置
焊缝形式
典型截面形式
截面形状
材质
外框钢柱
横焊
Φ1000×30
Q345B
Φ800×28
□1200×1200×30
□800×800×28
楼层钢梁
平焊
H1300×800×38×38
Q345B
H750×300×14×30
核心筒
横焊
□300×300×25
Q345B
1.1.1.2F座塔楼
焊缝位置
焊缝形式
典型截面形式
截面形状
材质
外框钢柱
横焊
Φ1000×30
Q345B
Φ800×28
□1200×1200×30
□800×800×28
楼层钢梁
平焊
H800×300×15×30
Q345B
H1250×500×28×38
核心筒
横焊
□300×300×25
Q345B
1.1.2焊接形式
（1）箱形柱的焊接
（2）工字形梁翼缘与柱的焊接
t1
≦36
≥38
t
6∽12
≥13
β
45°
35°
β
45°
35°
b
5
9
b
6
9
（3）工字形梁翼缘的焊接
（4）工字形柱翼缘的焊接
t
6∽12
≥13
t
≦36
≥38
β
45°
35°
β
45°
35°
b
6
9
（5）梁与柱采用完全焊透的玻口对接焊缝时，其梁端需作引弧板的加工大样
t
6
9
12
14
16
hf
5
7
10
11
13
1.1.3焊接特点
序号
焊接特点
1
外框柱对接焊缝为横焊缝，焊接量大且板较厚，怎样防止钢柱变形是焊接的重点。
2
本工程外框钢结构焊接均为高空临边施工，作业时需搭设焊接操作平台，焊接作业条件十分复杂，焊接时防风、防雨、确保安全的措施非常规可比。
3
本工程大量使用24mm、30mm、34mm、38mm厚钢板，而且这些部位设计采用的连接方式大部分为现场焊接，整个工程现场焊接工作量相当大。
1.2焊接准备
1.2.1焊接方法的选择
根据本工程钢板的厚度、坡口形式和材质结合我们的施工经验和焊接技术水平，选用以下的焊接方法，其中：
CO2气体保护焊—GMAW；手工电弧焊—SMAW
1.2.2焊接设备的选择
针对本钢结构工程的特点，工程施工时计划投入CPXS-600型二氧化碳焊机76台，同时准备20台手工焊机进行辅助焊接，在组合楼板体系栓钉施工过程中计划投入JSS-2500型熔焊栓钉机8台。
主要焊接设备及辅助设备实物图如下所示：
交直流电焊机
二氧化碳焊机
熔焊栓钉机
等离子切割机
焊条烘箱
空压机
半自动切割机
红外线测温仪
超声波探伤仪
焊缝检测工具箱
焊缝量规
二氧化碳流量计
等离子切割枪
碳弧气刨枪
二氧化碳电弧焊枪
焊条保温筒
1.2.3焊接材料的选择
本工程主要钢构件材质为Q345B，焊接材料选择应符合下列要求：
焊缝金属与母材金属强度相适应；当不同强度的钢材焊接时，可采用与低强度钢材相适应的焊接材料；由焊接材料及焊接工序所形成的焊缝，其机械性能不低于原构件的等级；焊接用的电焊条的质量标准应符合国家规范（GB/T5117）或（GB/T5118）的规定，自动焊接或半自动焊接选用焊丝或焊剂的质量标准应符合（GB/T5293、GB/T12470、GB/T8110）等相应规范和标准的规定。
根据以上要求选用的焊接材料如下表：
焊接母材
焊接材料
规格
备注
Q345与Q345
E5015、E5016
φ4.8
焊条
Q345与Q345
ER50-6
φ1.2
焊丝
1.2.4焊接人员的配备
人员职位、工种
人数
资历要求
焊接专业负责人
8
持有相关部门核发的焊接高级技师证；
十年以上现场焊接施工管理经验；
三个以上大型工程类似岗位施工组织管理经验；
三个以上大型工程厚板、超厚钢板焊接指导经验。
焊接专业班长
16
有多个大型工程本职位施工经验；
十年以上现场焊接施工经验；
多个工程厚板、超厚钢板焊接经验；
持有高级技工证书。
持证主力焊工
104
有大型工程现场焊接操作经验；
有类似工程厚板、超厚钢板焊接经验；
持有焊接操作上岗证以及安全部门颁发的安全操作证；
至少三分之一人员持有高级、中级技工证书。
焊材专业负责人
8
有三个以上大型工程类似岗位材料采购、管理经验；
熟悉各种焊材的性能要求、分类管理要求；
了解相应的焊材保护规范及本工程相关的设计要求。
熟练辅助工
20
一个以上大型工程焊接辅助配合经验；
熟悉焊材分类要求，焊接特点，焊接顺序等基本知识；
能够熟练搭设焊接操作平台。
1.3焊接工艺评定
1.3.1焊接工艺评定程序
序号
焊接工艺评定程序
1
由技术员根据本工程的设计文件、图纸规定的施工工艺和验收标准，结合工程的结构特点、节点形式等提出工艺评定任务书（焊接方法、试验项目和标准）。
2
焊接责任工程师审核任务书并拟定焊接工艺评定指导书（焊接工艺规范参数）。
3
焊接责任工程师将任务书、指导书下发焊接工艺评定责任人，实施焊接工艺评定。
4
焊接责任工程师依据相关国家标准规定，监督由本企业熟练焊工施焊试件及试件和试样的检验、测量等工作
5
焊接工艺评定责任人负责工艺评定试样的送检工作，并汇总评定检验结果，提出焊接评定工艺报告。
6
评定报告经焊接责任工程师审核，企业技术总负责人批准后，正式作为编制指导生产的焊接工艺可靠依据。
7
焊接工艺评定所用设备、仪表应处于正常工作状态且为项目正式施工使用的设备，试样的选择必须覆盖本工程全部规格并具有代表性，试件应由本企业持有合格证书技术熟练的焊工施焊。
1.3.2坡口形式及焊接分层
由于本工程中板厚有多种，选择板厚8、20mm的做坡口分析，坡口形式为单边V型坡口，坡口采用氧乙炔火焰半自动精密切割选用4号切割嘴，坡口形式及焊接层数如下：
坡口形式
焊接分层
序号
材质
试件规格（mm）
评定合格试件厚度t
工程适用厚度范围
覆盖本工程适用板厚（mm）
板厚最小值
板厚最大值
1
Q345B
8mm
≤25mm
0.75t
2t
6、8、10、14、15、18、20、24、28、30、34、36、38
2
Q345B
20mm
≤25mm
0.75t
2t
1.3.3试件的加工制作及力学试验取材要求
根据《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）规定，焊接工艺评定试件应该进行超声波无损探伤检测和力学试验，进行力学试验时试件尺寸及切取尺寸要求如下图所示。
根据上图统计本工程不同板厚焊接试件规格尺寸见下表所示:
序号
材质
板厚（mm）
试件规格（mm）
1
Q345B
8
400×400×8
2
20
400×400×20
CO2气体保护焊的预热、后热、层间温度参考表
钢材牌号
预热温度T预（℃）
后热温度T（℃）
层间温度T层（℃）
母材厚度t（mm）
T＜40
40≤t≤50
50＜t≤100
Q345B
-----
60℃≤T预
80℃≤T预
200≤T后≤250
100≤T层≤150
1.3.4焊接参数确定
1.3.4.1工厂焊接参数
埋弧自动焊焊接过程稳定与否主要取决于规范参数的匹配状况，MZ--1000埋弧自动焊焊接规范如下表所示：
焊接顺序
焊接电流（A）
电弧电压（V）
焊接速度（cm/min）
底层
530
32
32
中层
550-600
32-34
27
面层
600
35
23
1.3.4.2现场焊接参数
1.3.4.2.1手工电弧焊参数参考表
参数
位置
电弧电压（V）
焊接电流（A）
焊条
极性
层厚
mm
层间温度（℃）
焊条型号
平焊
其它
平焊
其它
打底
24～26
23～25
105～85
105～160
阳
3～4
——
E4E5015、E5016
中间层
29～33
29～30
150～180
150～160
阳
3～4
85～150
面层
25～27
25～27
130～150
130～150
阳
3～4
85～150
1.3.4.2.2CO2气体保护焊（平焊）参数参考表
参数
位置
电弧电压
焊接电流（A）
焊丝伸出长度
层厚（㎜）
焊丝极性
气体流量（L/min）
层间温度（℃）
焊丝型号
≤40
＞40
首层
22～24
180～200
20～25
30～35
6～7
阳
45～50
——
ER50-6
中间层
25～27
230～250
20
25～30
5～6
阳
40～45
100～150
面层
22～24
200～230
20
20
5～6
阳
35～40
100～150
送丝速度：
5～5.5mm/S气体有效保护面积：
1000mm2
1.3.4.2.3CO2气体保护焊（横、立焊）参数参考表
参数
位置
电弧电压
焊接电流（A）
焊丝伸出长度
层厚
（mm）
极性
气体流量（L/min）
层间温度（℃）
焊丝型号
≤40
＞40
首层
22～24
180～200
20～25
30～35
6～7
阳
45～50
——
ER50-6
中间层
25～27
230～250
20
25～30
5～6
阳
40～45
100～150
面层
22~25
180～200
20
20
5～6
阳
40～45
100～150
送丝速度：
5～5.5mm/S气体有效保护面积：
1000mm2
1.3.5焊接过程主要分项控制
1.3.5.1焊前预热
焊接前对被焊构件采用履带式加热器进行预热，预热温度约为150℃，测温点在加热侧的背面距焊缝80mm处，层间温度的控制范围为100～150℃：
预热速度为2℃/min，大约75min后达到150℃。
1.3.5.2构件焊接
在焊道两侧加与母材同材质、同坡口的引、熄弧板；
当环境温度低于焊接要求温度时，被焊构件预热温度达到150℃时，将电热片撤去，采用CO2气体保护焊焊接。
应尽量避免焊接变形为原则，采用对称施焊，随时用钢尺检验，随时调整，首先焊接1层打底，当焊接第2、第3层时逐步提高焊接电流、电压，降低焊接速度。
由于上层焊道宽，每层需焊接2～3遍：
当焊接完一遍后应将熔渣清理干净，并注意观察焊缝的熔合情况。
当焊缝有局部缺陷时，用碳弧气刨清除，然后用角向磨光机打磨干净后再焊接。
整个焊接过程共计15层焊缝，应一气呵成，焊接过程中采用红外线测温仪测定层间温度，保证其不低于预热温度：
采用后热方法可有效防止延迟裂纹的产生。
后热温度的确定：
a）碳当量计算：
当焊接完毕后立即进行后热，后热温度为100℃，保温4min。
b）焊接变形计算
如下图所示，构件AB在弯矩M0作用下，挠曲变形的力学公式为
对于厚板的多层焊每一层焊缝引起的变形也可理解为焊接残余应力在构件内部形成弯矩变形，导致构件发生角变形。
每层焊缝形成弯矩的过程如图所示，可以假设在焊接塑性变形区的两端作用假想力P，则
式中:
L为接头塑性区宽度，即假想力P作用点间距，与材料的屈服强度有关；ΔBi为假想当前焊道所在截面可以自由收缩时的横向收缩量；εs为材料屈服应变；k1为刚度影响系数，与焊接层数以及每道焊缝是否填满当前焊层有关。
当在热输入相同的情况下，塑性变形区宽度与工件刚度有关。
当工件刚度增加时，焊接时焊缝以及热影响区热膨胀受到的拘束增大，热塑性变形量增大，塑性变形区的宽度也随之按一定关系增大。
而工件刚度与工件厚度成正比，工件厚度与焊接层数直接相关。
所以对刚度影响系数K1总结如下。
当前焊道填满当前层时:
当h≥2时；
由以上计算可知：
是根据最基本的材料力学公式推导而出，理论依据充分，容易理解。
公式形式简单明了，根据热输入就可以计算出每道焊缝所引起的角变形量。
这样有助于焊接时预测变形量的大小，现场可通过调节电流电压和焊速加以控制变形量的大小，使厚板的变形控制有理可顺。
1.3.6焊接工艺流程
1.3.6.1焊接条件
序号
焊接条件
1
下雨时露天不允许进行焊接施工，如须施工必须进行防雨处理，焊接作业区域设置防雨、防风措施。
2
在外界温度小于0℃时，需对焊口两侧75mm范围内预热至30～50℃。
3
若焊缝区空气湿度大于85％，应采取加热除湿处理。
4
焊缝表面干净，应无浮锈、无油漆、无水分。
5
采用手工电弧焊作业（风力大于5m/s）和CO2气体保护焊（风力大于2m/s）作业时，未设置防风棚或没有防风措施的部位严禁施焊作业。
1.3.6.2准备工作
名称
内容
焊前清理
正式施焊前应清除焊渣、飞溅等污物。
定位焊点与收弧处必须用角向磨光机修磨成缓坡状且确认无未熔合、收缩孔等缺陷。
电流调试
1、手工电弧焊：
不得在母材和组对的坡口内进行，应在试弧板上分别做短弧、长弧、正常弧长试焊，并核对极性。
2、二氧化碳气体保护焊：
应在试弧板上分别做焊接电流、收弧电流、收弧电压对比调试。
气体检验
核定气体流量、送气时间、滞后时间、确认气路无阻滞、无泄露。
焊接材料
本工程所需的焊接材料和辅材均有质量合格证书，施工现场设置专门的焊材存储场所，分类保管。
焊条使用前均须进行烘干处理。
1.3.6.3焊接工艺流程：
1.3.7焊接工具房的布置
根据本工程结构特点、在焊接作业面布置焊接工具房，用于提供电力、堆放焊接设备、焊接材料等。
焊接工具房为自制集装箱式，尺寸为6.05m×2.45m×2.45m，随作业面的迁移用塔吊转移。
拟在楼层钢梁上布置4个焊接工具房，用于外筒钢柱及楼层钢梁等的焊接作业。
1.4焊接顺序及要求
1.4.1焊接总体顺序要求
本工程现场焊接主要采用手工电弧焊、CO2气体保护半自动焊两种方法。
焊接施工按照先下层后上层、由中间向四周、先区域后整体的顺序，便于逐区调整校正，最终合拢，保证在焊接过程中不因温度变化引起局部应变，减少安装过程中的累积误差。
焊接时采取整体焊接，确保外框与核心筒进度协调一致及各工序顺利搭接，同时钢梁采用对称焊接的方式进行。
各层平面顺序：
根据本工程结构特点，焊接时采取整体同时焊接与单根柱对称焊接相结合的方式进行。
1.4.1.1焊接原则
序号
焊接原则
1
就整个框架而言，柱、梁等刚性接头的焊接施工，应从整个结构的中部施焊，先形成框架而后向左、右扩展续焊。
2
对柱、梁而言，应先完成全部柱的接头焊接：
焊接时无偏差的柱，严格遵循两人对向同速；有偏差的地方，应按向左倒、右先焊，向右倒、左先焊的顺序施焊，确保柱的安装精度，然后自每一节的上一层梁始焊。
进入梁焊接时，应尽量在同一柱左、右接头同时施焊，并先焊上翼缘板，后焊下翼缘板。
对于柱间平梁，应先焊中部柱一端接头，不得同一柱间梁两处接头同时开焊。
对于分别具有柱间平梁和层间斜支撑梁的转角柱，按柱接头—平梁接头—斜支撑梁上部接头—斜支撑梁下部接头。
顺序而后逐层下行。
3
焊接过程，要始终进行柱梁标高、水平度、垂直度的监控，发现异常，应及时暂停，通过改变焊接顺序和加热校正等特殊处理。
特别在焊接完层间斜支撑梁上部接头，进行下接头焊接前，和施焊完柱间水平连梁一端接头进行另一端接头焊接前，必须对前一接头焊后收缩数据进行核查，对于应该完成的焊后收缩而未完成，应查明原因，采取促使收缩、释放等措施，不因本应变形较大的未变形、本应收缩值很低的产生较大收缩导致结构安装超差。
1.4.1.2钢柱焊接顺序
单根钢柱的焊接采用两个焊工同时对称进行焊接。
整体钢柱的焊接顺序为：
先核心筒钢柱焊接，后外框筒钢柱焊接。
核心筒部分按照按照先中部后向四周扩展的焊接顺序进行先核心筒柱焊接然后向两侧进行扩展。
外框架柱按照间断跳焊的方法进行。
1.4.1.3钢梁焊接顺序
总体按照先中间后四周，先一端后另一端的方式进行，具体也要根据钢柱的垂直度进一步确定钢柱四周的钢梁先焊接哪一侧钢梁，使钢梁焊接对照钢柱的垂直度一一进行。
外框和核心筒焊接顺序示意图
钢梁焊接顺序示意图
1.4.2典型钢构件焊接顺序
1.4.2.1工字柱现场对接焊接顺序
由于板厚t≤38mm时，腹板是单坡口→先焊翼缘板
由两名焊工，同步对称焊接工字柱的翼缘板，全部焊接完成。
留一名焊工，不同步对称焊接工字柱的腹板，焊接完毕后割除引弧板，最后打磨、探伤。
1.4.2.2箱体钢柱现场对接焊接顺序
由两名焊工，对称焊接箱体柱的两侧腹板，直至焊完。
再由两名焊工，同步对称焊接箱体柱的另一侧腹板，焊接完成，焊接完毕后割除引弧板，最后打磨、探伤。
1.4.2.3圆管柱现场对接焊接顺序
外框架中最大圆钢柱是φ1200x30mm，钢柱现场对接焊缝采用二氧化碳气体保护焊，根据钢管柱直径大小，钢管柱焊接时采取2个人分段对称焊的方式进行，对称焊钢柱高空焊接工艺如下表：
对称焊接顺序示意图
1.4.2.4钢柱与钢梁现场对接位置焊接顺序
由一名焊工焊接钢梁上下翼缘，焊接工艺如下表：
1.4.3桁架焊接顺序流程图
序号
焊接效果图
焊接顺序示意图
焊接顺序说明
1
由两名焊工焊接H柱的翼缘处的焊缝位置1，然后由一名焊工对称焊接H柱的翼缘处的焊缝位置2，接着由一名焊工对称焊接斜撑处的焊缝位置3，接着就是4，5......，一直到位置9。
2
首先由两名焊工焊接H柱的焊缝位置1，接着是2，3，4，5......，一直到32。
1.4.4焊接温度的控制
焊前预热及层间温度的保持宜采用电加热器、火焰加热器等加热，并采用专用的测温仪器测量，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倍以上，且不小于100mm，预热温度宜在焊件反面测量，测温点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm，当用火焰加热器预热时正面测温应在加热停止后进行。
磁铁式电加热器
智能温控箱
焊接温度的控制分为焊前加热、焊接层间温度控制和焊后加热保温三个步骤。
板厚
焊前预热（℃）
层间温度（℃）
焊后保温（℃）/时间（min）
2060
100-150
200-250/90
焊前预热：
板件焊接前使用电加热设备将焊接坡口两侧100mm范围内进行加热，加热温度根据不同的板厚不同；
层间温控：
多层焊时应连续施焊，每一道焊道焊接完成后应及时清理焊渣及表面飞溅物。
连续施焊过程中应控制焊接区母材温度，使层间温度的控制在100℃～150℃之间。
遇有中断施焊的情况，应采取后热、保温措施，再次焊接时重新预热温度高于初始预热温度；
后热处理：
焊接完成后使用电加热设备将焊缝两侧200mm范围内加热至200℃～250℃，保持温度60～90min。
1.4.5焊接变形及应力消除
本工程现场安装焊接工作量极大，焊接技术要求高，难度大，且工作周期长。
施工过程中焊接变形如何控制、焊接应力如何消除是保障工程结构安全使用的重要因素。
1.4.5.1焊接变形的控制措施
构件焊接工厂化，因工厂的焊接环境、设备及器具等条件比现场好，在满足运输限制的条件下，最大限度地在工厂完成焊接工作。
1.4.5.2焊接施工方法上的控制
序号
控制事项
控制方法描述
1
焊接方法
采用组合焊接方式：
CO2气体半自动保护焊＋药芯焊丝及手工焊接。
2
焊接工艺
加大焊接能量密度，减少热输入；采用小电流、快速度、多层、多道焊接工艺措施。
3
焊接材料
选用小直径的焊条、焊丝；所有使用的焊材具有在大电流密度下保持电弧持续稳定的特性。
1.4.5.3焊接应力的消除
方法
应力消除工艺
简介
应力消除工艺有很多种类，主要常用的有机械消应力法、火焰加热消应力法、爆炸消应力法等，根据钢结构行业施工特点，我们常用的消应力法为机械消除法和火焰消应力法。
机械消除法
振动消应力法主要采用超声波冲击仪等消应力设备来消除焊接应力。
（工厂采用）。
火焰加热或电加热消除法
钢构件焊接完成后，可采用火焰加热的方式对构件进行去应力回火处理和采用电加热设备进行焊接后热处理。
1.4.6定位焊
1.4.6.1定位焊接注意事项
钢结构安装就位校正完成后，正式焊接施工前，应对焊接接头进行定位焊接，焊接时应注意以下事项：
序号
定位焊注意事项
1
定位焊焊缝所采用焊接材料及焊接工艺要求应与正式焊缝的要求相同。
2
定位焊焊缝的焊接应避免在焊缝的起始、结束和拐角处施焊，弧坑应填满，严禁在焊接区以外的母材上引弧和熄弧。
3
定位焊尺寸参见定位焊尺寸参考表。
4
定位焊的焊脚尺寸不应大于焊缝设计尺寸的2/3，且不大于8mm，但不应小于4mm。
5
定位焊焊缝有裂纹、气孔、夹渣等缺陷时，必须清除后重新焊接，如最后进行埋弧焊时，弧坑、气孔可不必清除。
1.4.6.2定位焊尺寸参考表
母材厚度
（mm）
定位焊焊缝长度（mm）
焊缝间距（mm）
手工焊
自动、半自动
t≤20
40--50
50--60
300--400
20＜t≤40
50--60
50--60
300--400
t＞40
50--60
60--70
300--400
1.4.7多层多道焊接要求
序号
焊接施工
1
厚板焊接：
采用根部手工焊封底、半自动焊中间填充、面层手工焊盖面的焊接方式。
带衬板的焊件全部采用CO2气体保护半自动焊焊接。
2
全部焊段尽可能保持连续施焊，避免多次熄弧、起弧。
穿越安装连接板处工艺孔时必须尽可能将接头送过连接板中心，接头部位均应错开。
3
同一层道焊缝出现一次或数次停顿需再续焊时，始焊接头需在原熄弧处后至少15mm处起弧，禁止在原熄弧处直接起弧。
CO2气体保护焊熄弧时，应待保护气体完全停止供给、焊缝完全冷凝后方能移走焊枪。
禁止电弧刚停止燃烧即移走焊枪，使红热熔池暴露在大气中失去CO2气体保护。
4
打底层：
在焊缝起点前方50mm处的引弧板上引燃电弧，然后运弧进行焊接施工。
熄弧时，电弧不允许在接头处熄灭，而是应将电弧引带至超越接头处50mm的熄弧板熄弧，并填满弧坑，运弧采用往复式运弧手法，在两侧稍加停留，避免焊肉与坡口产生夹角，达到平缓过度的要求。
5
填充层：
在填充焊接前应清除首层焊道上的凸起部分及引弧造成的多余部分，清除粘连在坡壁上的飞溅物及粉尘，检查坡口边缘有无未熔合及凹陷夹角，如有必须用角向磨光机除去。
CO2气体保护焊时，CO2气体流量宜控制在40～55（L/min），焊丝外伸长20～25mm，焊接速度控制在5～7mm/s
升级会员 