钢结构异型构件焊接工法(附图较多 国企编制)

钢结构异型构件焊接工法

工法编号：ZJ1GF-***-2009

编制单位：xx集团建设发展有限公司

主要执笔人：

1 前言

随着钢结构在建筑结构形式中逐渐占据主体位置，为了实现建筑物的使用功能、结构安全性能、外观造型等多方面的需求，当传统的H型、箱型钢梁钢柱已经不能满足这些要求，钢结构的形式也向多样化发展，一些异型截面钢构件、复杂的桁架类构件逐渐用于一些大型的工程中，而其焊接技术就成为建筑形式及使用功能实现、结构安全性得以保证的关键技术。

xx三期主塔楼结构为钢结构工程，其用钢量约5.5万t，地下3层，地上74层。整体结构采用巨型柱、钢板剪力墙、异型钢构件以及腰桁架、伸臂桁架组合而成，截面类型复杂，斜撑腰桁架焊接种类繁多，焊接难度及焊接量相当大。xx集团建设发展有限公司通过对焊接工艺研究，解决了巨形截面柱、钢板墙超长焊缝焊接、各个斜向位置焊接、厚板负温度焊接以及伸臂桁架焊接等难题，获得了较高的焊接质量，并总结形成本工法。

2 特点

2.0.1对于复杂的异型截面柱的焊接我们总结出了对称同时焊接、对称轮换焊接、以及焊接补偿加热等方法，达到最终对钢柱以及柱柱间连接板焊接变形起到有效的控制作用；在没有现成的经验可以借鉴的情况下，我们深入分析研究，在采用上述焊接方法及补偿加热方法的同时，通过有效的测量检验方法证实，此工法对异型截面柱的焊接施工变形控制起到有效的控制作用。

2.0.2钢柱焊接作业点多而复杂，焊接位置困难，焊接过程长，其焊接变形控制也是本工法的特点；

2.0.3合理的确定异型钢结构、超高层钢结构的后焊接固定构件，如伸臂桁架的焊接时间以减小压缩沉降差异对伸臂桁架焊缝内应力的影响。

2.0.4焊接施工跨越整个冬季，能较好地对于冬季特厚板焊接裂纹等缺陷进行有效控制也是本工法的特点。

3 适用范围

适用于异型、厚板、复杂钢结构构件的焊接施工。

4工艺原理

依据钢结构的结构特点，在焊接工艺中应依据有效的控制焊接过程中应力及变形原理，合理控制钢构件各个面的收缩量，减小截面焊接变形收缩差异与焊接应力，提高焊接效率、控制焊接变形。

在面对焊接工程量较大的异型钢结构焊接作业以及可能出现低温焊接作业等情况，我们通过对焊接工艺的研究，依据现场实际情况，选择合理的焊接工艺，确定合理焊工数量、焊接位置、焊接顺序及焊接节点的坡口形式，进而缩短焊接时间，保证加热、焊接的高效率和温度控制得准确性，有效的对焊接过程中的应力及变形控制，为确保异型钢结构整体的焊接质量，最大限度的避免由截面不对称而产生的焊接变形。

在实际操作中，针对桁架柱柱间的斜撑连接的结构特点，以及焊接操作空间不足的特殊位置，通过调整焊枪角度、严格控制焊接工艺、保证焊接速度，保证了腰桁架及斜向位置的焊接质量。

5 工艺流程及操作要点

5.1超高层钢结构焊接工艺流程

5.2施工操作要点

5.2.1焊接方案确定

1．大的钢柱宜采用多名焊工采用同时对称的焊接，该焊接方法能够保证厚板钢柱各个面同时收缩，在减小了各个截面焊接变形收缩差异的同时，也为各个焊接面焊接应力的有效释放提供了条件，减小了焊接应力，从而有效的控制了钢柱焊接变形。

2．超长的钢板墙立缝及横缝焊接，现场宜采用分段倒退的焊接方法以减小焊缝内应力。

3．斜撑及倾斜钢柱多为斜立和斜仰位置焊接，需要在工程开工之前组织焊工进行培训，以

便总结出了较成熟的焊接工艺，通过培训及附加考试挑选一批掌握了斜立、斜仰焊接技术的焊工，并将焊工培训及附加考试成熟的工艺制定成工艺卡。

4．对于部分超高层钢结构，如筒中筒结构连接内外筒结构的伸臂桁架，一般分为两部分，即水平方向和斜向伸臂桁架，分别位于核心筒四个角。为了减小核心筒与外框筒压缩沉降不同对结构内力的影响，斜向伸臂桁架安装好后应仅和结构临时铰接连接，而水平伸臂桁架随结构安装顺序进行焊接，斜向伸臂桁架焊接待结构整体安装至顶层以后再进行焊接。

5.2.2大焊接量解决措施

针对超高层钢结构建筑现场焊接工程量大的特点，可根据工程具体需要，配备足够数量的优秀焊工，在开工之前对现场典型厚板接头焊接进行专项培训，进入现场的焊工对典型节点的焊接必须熟练，且焊接水平稳定，焊接质量高。

现场采用CO2气体保护焊接，焊接效率高、焊接变形小。焊前预热和焊后后热保温采用电加热，加热效率高、温度控制准确。采用计算机远程电加热控制，可对复杂截面多点多面同时进行加热，且在焊接过程中自动控制层间温度。

5.2.3节点优化设计

节点设计采用窄间隙小坡口形式，尽可能的减小焊接热输入量；对于复杂异型截面钢柱除了周边翼缘板以外，其余截面均开双面坡口；改进节点设计在提高焊接效率的同时对焊接变形的控制也能起到有效的控制作用。

图5.2.3-１坡口位置示意图

图5.2.3-2单双面坡口形式示意图

5.2.4异型截面柱焊接

超高层钢结构的异型截面柱工程量大，且截面复杂巨大、焊接位置困难，焊接变形不易控制。在焊接过程中，宜采用对称同时焊接、对称轮换焊接、以及补偿加热等方法，并通过有效的测量检验方法进行监测，以实现钢柱以及柱住间连接板焊接变形控制。

1．多人同时对称焊接：焊接时对钢柱对称位置分别安排两名焊工同时作业或由一名焊工轮换作业，焊接前给焊工严格规定焊接步骤和焊接方向，保证焊工的同步协调作业，具体的焊接顺序见图5.2.4-1。

开始焊接时首先焊接各部分最外侧翼缘板，当翼缘板焊接1/3板厚以后每名焊工根据焊接顺序号的规定转至另一个面进行焊接，同样，当每名焊工第2步焊接至1/3板厚以后转至第3步焊接，如此反复每名焊工完成自己的焊接任务。当双面坡口的一侧焊接至t/3（t为翼缘板厚）之后再进行反面清根打磨，之后再开始进行双面坡口另一面焊接。反面清根后需要进行仔细检查，确认没有可见缺陷后才能正式焊接。为了保证钢柱各个面焊接的同步，焊接量少的焊工应该适当降低焊接速度保持与焊接量多的焊工同步，以确保各个焊接面焊接速度基本相同。