1)工程焊接特点及难点

(1)该工程结构钢材基本以Q345B为主。这在超高层钢结构中应用比较普遍，焊接性能良好。

(2)整个结构高度达242．7米，且该工程在泰州，安装阶段有大风和高温天气，高空环境和天气特殊情况下对焊工操作影响很大。

(3)高空风速较大，并且贯穿于现场焊接全过程，尤其是对气体保护焊的影响较大。

(4)构件数量多，因此，现场焊接量比较大。焊接效率将直接影响到钢结构安装进度，可以说整个工程进度与焊接进度是息息相关的。

2)焊接方法

根据现场焊接特点，并结合工程实际，采用CO2药芯焊丝气体保护焊和焊条手工电弧焊相结合的焊接方法。

选用CO2药芯焊丝气体保护焊，一是熔敷速度高，其熔敷速度为手工焊条的2～3倍，熔敷效率可达90%以上；二是气渣联合保护，电弧稳定、飞溅少、脱渣易、焊道成形美观；三是对电流、电压的适应范围广，焊接条件设定较为容易。对这种结构外露型构件的焊接比较适宜。因此，构件的焊接将主要采用CO2药芯焊丝气体保护焊。同时由于焊条手工焊简便灵活，适应性强，将作为辅助焊接方法。

3)焊接材料

(1)焊接材料选用

焊接材料采用氢含量较低的焊材。焊接材料的选用原则与母材强度等强。

焊条选用：Q345—E5015(J507)。

焊丝选用：E501T(药芯焊丝φ1．2)。

保护气体为CO2，纯度99．98%(露点≤－40摄氏度)。

(2)焊材复验

对所有应用于该工程的焊接材料按生产批号进行成分、性能的复验，复验由国家技术质量监督部门认可的质量监督检测机构进行。

(3)焊材管理

焊材须有质保书，应该按类别、牌号、规格和批号等分类堆放，并有明确标志。堆放场地应保持通风、干燥。

(4)焊材使用

焊条按使用说明书进行烘焙、保温，并做好烘焙记录。焊接材料烘干温度详见表6-6。焊工领用焊条时，须存放在保温筒内，且每次焊条不得超过4小时的使用量。超过4小时，应重新烘焙。焊条重复烘干次数不宜超过2次；严禁使用受潮的焊条。

药芯焊丝启封后，应尽快用完，不得超过2天时间。当天多余焊丝应用薄膜封包，存放在室内。二氧化碳气瓶必须装有预热干燥器。

表6-6 焊接材料烘干温度

4)焊接设备

所有焊接设备(包括加热、测量、控制装置)应处于正常状态，仪表均应经过鉴定，并在有效期内。焊接设备如表6-7所示。

表6-7 焊接设备表

5)焊工资质及培训

(1)焊工资质

焊工应具有相应的合格证书，包括ZC、AWS所颁发的资格证书，并在有效期内。焊工应具备全位置焊接水平。严禁无证上岗，或者低级别焊高级别。

(2)焊工技术培训

对所有从事该工程焊接的焊工进行技术培训考核，主要根据焊接节点形式、焊接方法以及焊接操作位置，以达到工程所需的焊接技能水平。

(3)高空技术培训

由于工程结构高度很高，在高空环境下，对焊工的素质提出了更高的要求。所以还必须针对性地进行高空焊接培训，从而适应现场环境的需要，提高焊接质量。

6)焊接工艺评定

在工程正式施焊前，根据不同的焊接方法、焊接材料、焊接位置、预热要求以及坡口类型等，按照《钢结构焊接规范》(GB 50661—2011)进行工艺评定试验，确定合适的焊接参数作为焊接工艺规程的依据。制订出具体的焊接工艺规程后，将要求焊工严格执行，不得随意改变工艺参数。

7)现场焊接施工流程

详见图6-41。

图6-41 现场焊接施工流程图

8)焊前准备

焊接区操作脚手平台搭设良好，平台高度及宽度应有利于焊工操作舒适、方便，并应有防风措施。

由于CO2气体保护焊焊枪线较短，考虑将焊机及送丝机置于操作平台上。操作平台需针对立柱、钢梁节点焊接而专门设计。

焊工配置一些必要的工具，比如凿子、奶子榔头、刷子以及砂轮机等。焊把线应绝缘良好，如有破损处要用绝缘布包裹好，以免拖拉焊把线时与母材打火。

焊接设备应接线正确、调试好，正式焊接前宜先进行试焊，将电压、电流调至合适范围。

检查坡口装配质量。应去除坡口区域的氧化皮、水分、油污等影响焊缝质量的杂质。如坡口用氧-乙炔切割过，还应用砂轮机进行打磨至露出金属光泽。

当坡口间隙超过允许偏差规定时，通过在坡口单侧或两侧堆焊使其符合要求。

9)焊接预热

预热是防止低合金高强钢焊接氢致裂纹的有效措施，可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响区(HAZ)中淬硬马氏体的产生，降低HAZ硬度，同时还可以降低焊接应力，并有助于氢的逸出。

预热温度的确定与钢材材质、板厚、接头形式、环境温度、焊接材料的含氢量以及拘束度都有关系。

预热主要采用火焰加热方法，预热范围为坡口及坡口两侧不小于板厚的1．5倍宽度，且不小于100毫米。测温点应距焊接点各方向上不小于焊件的最大厚度值，但不得小于75毫米处。不同板厚对应的预热温度如表6-8所示。

表6-8 不同板厚对应的预热温度

(1)接头的预热温度应不小于上表规定的温度，层间温度不得大于230摄氏度。

(2)接头预热温度的选择以较厚板为基准，应注意保证厚板侧的预热温度，严格控制薄板侧的层间温度。

(3)预热时，焊接部位的表面均匀加热，加热区域为较厚板的两倍板厚范围，但不得小于100毫米区域。加热时应尽可能在施焊部位的背面。

(4)当环境温度(或母材表面温度)低于0摄氏度(当板厚大于30毫米时为5摄氏度)时，不需预热的焊接接头应将接头区域的母材预热至大于21摄氏度，焊接期间应保持上表规定的最低预热温度以上。

10)焊接坡口

根据该工程的构件特点、焊接的可操作性、焊工的视线等，应以单面开坡口形式为主。现场接头采用单面单边V形，反面设置衬板，根部间隙6～8毫米，坡口角度45度，如图6-42所示。

图6-42 焊接坡口大样

11)焊接工艺措施

·采用多层多道焊，控制层间温度不低于预热温度，但不宜超过200摄氏度；

·采用直流反接(DC＋)；

·丝伸出长度控制在20毫米左右；

·保护气体流量20～25升/分钟；

·焊条打底焊使用不大于φ4毫米的焊条，根部焊道厚度不超过6毫米；

·焊缝构成由坡口面到中间。(www.daowen.com)

12)焊后处理

为了降低留在焊缝中的氢含量，减小氢致裂纹倾向。首先，从焊接材料、预热上采取一些措施，即选用低氢焊材，从熔敷金属上降低氢含量；其次，适当提高预热温度，进一步降低焊缝热影响区的冷却速度，以防止延迟裂纹的产生。

对于这种相对比较大的焊接接头，现场后热有一定的难度。结合以前在一些工程中的施工经验，考虑对Q345可不采取后热处理，而采用焊后保温措施处理，即焊后用保温石棉包裹接头两侧不小于500毫米的范围，然后根据板厚进行一段时间的保温，使整个接头冷却速度减缓。

13)焊接变形控制

在该工程中，焊接变形控制的关键是立柱接头焊接收缩引起的竖直方向的结构变形。

焊接变形控制是一个综合控制过程，与整个结构安装顺序、测量控制、焊接工艺措施都紧密相关。

(1)焊接方法优选

·该工程除仰焊位采用电焊条手工电弧焊以外，其他焊位除打底焊外优先采用熔化极气体保护电弧焊(实心或药芯焊丝)等能量密度相对较高的焊接方法。厚板焊接选用大电流确保根部焊透和焊道间融合，但板厚25毫米以下时，采用较小的电流以减小热输入。

·一律采用多层多道焊接法，除立焊位外不允许摆动电弧。焊缝单道厚度不得大于5毫米。立焊时允许摆动宽度：焊缝宽度小于40毫米时，约为15毫米。

(2)焊接顺序

·钢柱焊接顺序(图6-43)

图6-43 钢柱焊接顺序

·钢梁焊接顺序(图6-44)

图6-44 钢梁焊接顺序

(3)余量控制

焊缝收缩(主要为横向收缩)对构件的变形影响较大，而收缩量主要与焊接线能量关系密切。为此，在焊接工艺评定时，可进行现场模拟接头试验，通过分析相关焊缝收缩量的数据，为实际接头进行焊接收缩预控。

(4)采用补偿加热法

若因节点设计等原因而不能实现对称焊接时，可在焊缝区域的对称部位同时进行伴随补偿加热，温度略高于预热温度但不得高于300～350摄氏度。

(5)采用刚性固定法

对一般构件可以采用定位焊固定同时限制变形；对大型构件宜用刚性固定法(利用卡马、胎夹具和临时拉撑)增加结构焊接时刚性。但刚性固定法减少变形同时增大应力，必须注意防止裂纹产生。必要时柱的垂偏可采用反向预置偏斜法控制。

(6)采用焊后矫正变形法

·焊接引起的构件变形可采用加热矫正，或用压力矫正器、千斤顶等实施冷矫正，或两者结合采用。

·采用加热矫正时，防止因加热及冷却对钢材的机械性能的影响，Q345加热温度宜控制在900摄氏度以下，不允许浇水冷却，只能空冷。

·火焰矫正弯曲变形的位置应选择在横向加劲肋处；对挠度变形，可沿翼板有肋板处，横向带状或点状由翼板中心向两侧腹板加热，腹板加热处为三角形；对侧弯变形，应在有肋板处翼板一侧局部以尖形加热方式矫正。

每道焊缝收头需熔至上一道焊缝端部约50毫米处，即错开50毫米，使焊道的接头不集中在一处(图6-45)。

图6-45 焊道接头示意图

(7)采用合理的安装顺序

为了既不影响构件变形，又保证施工进度和安全操作，采取时间和空间错开的方法，合理安排吊装和焊接，做到搭接施工。在构件安装时，采用临时支撑或其余支撑加以固定，接头处布置一定数量的定位板，防止在焊接过程中由于构件自重而引起的附加变形。

施工中柱与柱、梁与梁、梁与柱的施焊，须遵循下述原则。

·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。典型楼层焊接顺序示意图如图6-46所示。

·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，并先焊下翼缘板，后焊上翼缘板。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。

图6-46 典型楼层焊接顺序示意图

·焊接过程中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。进行下接头焊接前，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。

14)焊接应力控制

·采用合适的焊接坡口，减少焊接填充量；

·构件安装时不得强行装配，致使产生初始装配应力；

·采用合理的焊接顺序，对称焊、分段焊；

·先焊收缩量大的接头，后焊收缩量小的接头，应在尽可能小的拘束下焊接；

·预先合理设置收缩余量；

·同一构件两端不同时焊接；

·保证预热，对层间温度的有效控制，降低焊接接头的拘束度，减少焊接热影响区范围，可降低焊接接头的焊接残余应力；

·采取高效的CO2焊接方法，可减少焊接道数，降低焊接变形和残余应力；

·通过有效的工艺和焊接控制，防止或降低焊接接头的返修，可避免焊接接头应力增加；

·采取焊后缓冷，使接头在冷却时能有足够的塑性和宽度均匀消除焊接收缩，降低残余应力峰值和平均值，达到降低焊接残余应力目的。同时必要时采用烘烤的方法进一步达到消减残余应力目的。

15)焊接质量检查

焊接质量检查包括外观和无损检测，外观检查按照《钢结构焊接规范》(GB 50661—2011)规范执行。无损检测(UT)按照《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》(GB/T 11345—2013)和设计文件执行，一级焊缝100%检验，二级焊缝抽检20%，并且在焊后24小时检测。对UT检测有疑问，在有条件的地方辅以RT检测。

16)焊接缺陷返修

·焊缝表面的气孔、夹渣用碳刨清除后重焊。

·母材上若产生弧斑，则要用砂轮机打磨后，必要时进行磁粉检查。

·焊缝内部的缺陷，根据UT对缺陷的定位，用碳刨清除。对裂纹，碳刨区域两端要向外延伸至各50毫米的焊缝金属。

·返修焊接时，对于厚板，必须按原有工艺进行预热处理。预热温度应在前面基础上提高20摄氏度。

·焊缝同一部位的返修不宜超过2次。如若超过2次，则要制订专门的返修工艺并报请监理工程师批准。

17)焊接操作注意事项

(1)防风措施

焊接作业区风速：在手工电弧焊时不得超过8米/秒，在CO2气体保护焊时不得超过2米/秒，否则应采取防风措施。利用焊接操作平台，将平台做成基本封闭状态(图6-47)，就能有效防止大风对焊接的影响。

图6-47 防风篷示意图

图6-48 焊接防雨篷

(2)防雨措施

焊接需要连续施焊，对于天气多变，或适逢雨季，必将影响焊接施工。为此，需要采取专门防雨措施。将操作平台做成全封闭(图6-48)，虽可避免焊接点直接淋雨，但雨水会顺着管子流淌进焊接区，造成焊接区淬火。在焊接区上方搭设雨篷后，还需在雨篷上方采用防水材料围住钢柱四周，使雨水不致向下流淌。

(3)其他注意事项

严禁在焊缝以外的母材上引弧；定位焊必须由持焊工合格证的工人施焊，且应与正式焊缝一样要求；如装有引弧和收弧板，则应在引弧板和引出板上引弧和收弧。焊接完成后，应用气割切除引弧板和引出板，留有2毫米宽，用砂轮机修磨平整。严禁用锤击落。