超高层钢结构厚板电渣焊焊接工艺研究

超高层钢结构厚板电渣焊焊接工艺研究

摘要：在我国进入21世纪的新时期，市场经济在快速发展，社会在不断进步，

随着建筑钢结构行业的快速发展，超高层建筑钢结构越来越多，箱体是超高层建

筑最典型的构件形式。箱体内隔板电渣焊在建筑钢结构中的应用越来越广泛，厚

板电渣焊的难度较大。文中通过80mm厚隔板的电渣焊焊接工艺评定试验，采用

焊前预热、焊接工艺参数调整及焊后保温等措施保证了厚板电渣焊的焊接质量，

为后续项目厚板电渣焊提供了经验，具有一定的借鉴意义。

关键词：超高层；厚板；电渣焊；焊前预热；宏观金相

引言

随着社会经济的发展，人们对居住及办公场所质量的要求也逐渐提高，高层

及超高层钢结构建筑如雨后春笋出现在城市里，民用建筑中高度超过100m为超

高层。相比高层钢结构，超高层建筑所采用的钢板厚度更厚，强度更高，对焊接

技术精准性控制提出了更高的要求。焊接作为钢结构连接的主要形式之一，虽然

应用已十分广泛，但钢结构厚板焊接技术依然是当今建筑行业亟待解决的难题。

本研究依托厦航总部大厦超高层全钢结构工程，通过施工过程中及时存储的影像

记录，研究厚板焊接工艺及变形控制技术。

1钢结构焊接技术的应用

钢结构厚板高强钢焊接性能根据钢的强度和热处理具有很大差异，主要反映

在预热温度、焊接加热区的性能和焊接过程中。针对钢结构焊接技术的应用，应

对先进国家钢结构厚板高强钢的施工强度进行有效的分析和对比，并充分提高钢

筋焊接技术。有效利用钢铁生产设备和新的生产线，加强新钢材产品的开发，力

求提高技术的使用，同时注重钢材性能研究，特别是要有效促进焊接技术的进步，实现我国建筑工程钢结构厚板高强钢焊接水平的提高，为其在建筑工程钢结构施

工中的具体应用打下良好的基础。要充分发挥钢结构厚板高强钢焊接技术的优势，提高建筑工程的施工质量和效率，为满足人们的多样化需求做好坚实的基础和保证。同时，利用钢结构厚板高强钢焊接技术，可以有效降低施工成本，提高钢结

构施工的经济效益和社会效益，满足社会发展的需要。

2超高层钢结构厚板电渣焊焊接工艺

2.1试验过程

试验选用大桥公司的THM－08MnMoA电渣焊焊丝，焊接前将引弧部位

200mm区域进行预热，预热温度60℃；而后正常焊接，整个焊接过程稳定，未

出现电弧不稳定、跳弧等现象。焊接24h后，按照GB50661—2011中接头的检测

项目要求，试板经UT检测后未见明显缺陷，而后加工试样进行了宏观及硬度检测。宏观金相显示存在微小的裂纹，综合考虑分析裂纹产生最主要的原因是由于

焊缝冷却过程中由内部应力集中相互作用导致的，针对缺陷的产生对焊接工艺进

行了如下几点修改：（1）由于板厚较厚，电渣焊热输入较大，钢板骤热易引起

底层焊缝裂纹的产生，为此需提高预热温度及范围。（2）焊接后的试板温度较高，电渣焊试件在冷却时由于铁液凝固会产生缩孔现象，再加上空冷冷却，更易

导致焊缝金属裂纹的产生，为此焊后需采用石棉布保温缓慢冷却，以减小内部应力。按照上述几点要求，在焊前将试板400mm引弧区域预热至约120℃时引弧焊接，且焊接过程中需注意调整焊枪的摆动速度及两侧停留的时间，以保证较宽的

熔池焊接稳定性。焊接完成后采用2层石棉布对试板进行包裹，缓慢冷却至室温。焊接24h后，试板经UT检测合格，加工试样经酸蚀后，宏观金相合格，焊缝与

母材熔合较好，无任何焊接缺陷。

2.2打底焊、填充焊、盖面焊

打底焊：在厚板单面坡口对接焊时，为防止角变形或为为防止角变形或为防

止自动焊时发生烧穿现象而先在接头背面坡口根部所进行的一条打底焊道的焊接。填充焊：主要的作用是焊口的金属填充，在不影响焊口力学性能的条件下，要求

尽快的填充效率和速度。盖面焊：指焊口最表面的一层焊层，要求成型美观，均

匀一致，无表面外观缺陷，余高高度控制在0.5到3mm之间，与母材圆滑过渡。余高与母材过渡不好不但会造成应力集中，且会影响防腐补口的密封。针对本工

程的厚板焊接，为了有效地保证焊接质量，控制焊接变形，采用多层多道的焊接

方法，针对65mm厚度以上的钢板，采用打底焊一次，填充焊两次，盖面焊一次，完成焊接。

2.3焊接控制

厚板定位焊时，需适当提升预热温度，焊脚与焊缝的尺寸都要适当扩大，避

免快速冷却时产生的种种质量问题。厚板焊接作业时，宜采用多层多道错位焊接

的方式，其能够有效控制焊接热输入，避免焊接变形现象。且在上一层焊道施工

作业后，便完成了对下一层的热处理，此举能有效消除柱状晶，使焊接接头处的

应力得到有效控制。结束焊接作业48h后，需要检验焊接质量，此处可基于超声

波无损检测的方式展开，其优点在于检测精度高、不会对构件造成破坏。

2.4定位焊接

鉴于钢结构的特征，许多部件处于节点中，定位焊接尤其在钢结构的焊接中

完成尤其重要。对于钢结构来说，模型中使用的点焊消耗品应与焊接材料相对应。如果定位焊缝破裂，则必须去除裂缝处的焊缝并重新定位。如果在点焊后界面未

对齐，则应在正式焊接之前进行修正。定位焊缝必须没有裂缝、夹渣或焊缝。如

果焊缝破裂，则必须在去除裂缝并且进行有效的填充，并在正确焊接之前确定出

现问题原因，以采取积极有效的措施，加强钢结构厚板高强钢焊接技术的施工，

有效提升我国建筑工程的建设质量和效率，实现我国建筑行业的可持续发展。

2.5焊接工艺及技术

（1）焊前预热由于该项工程中最厚板为100mm，焊前采用火焰进行预热，

预热温度为120℃，预热范围宽度为焊缝上下150mm，预热温度采用红外温度仪

进行测温，待火焰加热器预热离开后方可进行测温。（2）多层多道焊为控制焊

接过程中出现层状撕裂的现象，该项工程厚板焊接时，首先打底焊接5mm，使用多层多道方式进行焊接，每层厚度不超过5mm，若每层厚度过大不利于控制焊缝质量，焊接时需精细化操作。由于焊接时从焊枪溢出的CO2保护范围有限，每层

焊缝宽度超过15mm时易出现气孔，该项目控制每层焊缝宽度为10mm，100mm

厚板共焊10层。为不影响焊接质量，施工时严格控制每层焊缝宽度不得超过

15mm，每层焊缝由多道焊缝组成，分层多道焊及一次焊接到位的焊缝。（3）层

间温度控制焊接应一次性到位，避免中途间隔时间过长焊缝冷却后出现断层现象，焊接时需使用温度测定仪实时监控焊接层间温度，严格控制层间温度在120℃到250℃之间；焊接过程中需保持连续施工，若期间中断后温度降至120℃以下；再次焊接时，需重新用火焰加热至指定温度后进行。

结语

（1）厚板电渣焊的焊接，在焊接前需严格按照要求对引弧区域的母材进行焊前预热，预热温度最低不能低于50℃；且板厚较厚时需适当提高预热温度，避免

电渣焊底层焊缝产生缺陷。（2）焊接操作方面，厚板电渣焊不同于薄板电渣焊，