超厚板焊接质量控制技术分析

　　【摘要】本文通过对春之眼商业中心项目所使用的材质为Q390GJC-Z25、Q390GJC-Z35钢结构厚板焊接质量控制进行分析、优化和总结，从而达到对类似工程焊接控制管理起到借鉴作用。

　　【关键词】钢结构;超高层;超厚板;焊接质量控制

　　《江苏建设》(月刊)是2012年东南大学出版社出版的图书，作者是江苏省住房和城乡建设厅 。

　　近年来，高层及超高层建筑越建越多，在高层及超高层建筑中，钢结构由于其结构的优越性，已经在超高层整体结构中占据主导地位，且国内市场对厚板的需求一直保持增长趋势，因此，如何控制厚板焊接质量显得愈发重要。

　　1. 工程概况

　　昆明春之眼商业中心项目钢结构工程位于昆明市东风广场工人文化宫以南，拓东路以北，盘龙江以东，北京路以西，周边交通和市政设施较为成熟。本项目建筑面积达60.06万m2，总重量约11万t。地下室5层，埋深约23.1m，主要功能为酒店后勤、机电用房、停车场;主塔塔楼地上80层，建筑高度407m，主要使用功能为国际顶级写字楼、国际一线顶级酒店、高端商业和公寓等，是一个集商务、购物、居住、观光为一体的大型城市综合体项目。主塔楼高度407m，建成后将是云贵高原多频地震带第一高楼。

　　主塔塔楼主体结构采用巨柱钢框架-核心筒体系。钢结构由筒外巨柱、外框钢柱、楼层钢梁、外框斜撑等组成外筒，由劲性钢柱、连梁及钢板剪力墙等组成内筒，楼层采用钢筋桁架组合楼板，其巨柱之间增设阻尼器增加地震作用下的能耗。构件特性中巨柱由5边形组成，内设竖向分隔板，最大外截面707×4489×2880×2722×4811×100mm，

　　最厚钢板100mm;外框圆管柱共计9根，随楼层变化而斜度变化，其最大截面为 Φ2050×40mm;外框斜撑为箱型构件，截面1400×1300×100mm;核心筒钢柱主要为异型和H型钢柱，典型截面为700×500×80×80mm 、H600×500×80×80mm;核心筒钢板剪力墙通长布置，钢板最厚为40mm。

　　2.焊接工艺

　　2.1材料特点

　　Q390钢材综合力学性能、焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均较好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。本工程厚板采用Q390GJC，Q390C是一种低合金高强度结构钢，抗拉强度σb为370～580MPa。

　　表1 化学成分

　　C Si Mn P S

　　≤0.2 ≤0.5 ≤1.7 ≤0.025 ≤0.02

　　Mo Cr Nb Ni Cu

　　≤0.1 ≤0.3 ≤0.1 ≤0.5 ≤0.3

　　碳当量计算：国际焊接学会推荐的碳当量公式CE(IIW)

　　公式(1) CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)= 0.617%

　　2.2工艺准备

　　施工前，对厚板焊接进行前期工艺准备，坡口形式采用单边V型坡口。通过合理控制焊接间隙，钝边和坡口角度三个参数，达到控制焊接质量的效果。

　　2.2.1钝边和间隙

　　钝边是焊件开坡口时，沿焊件厚度方向未开坡口的端面部分。钝边的作用是防止根部烧穿，但钝边的尺寸又需保证第一层焊缝能焊透。钝边越大，越不易焊透，钝边越小或无钝边，打底焊越容易焊穿。

　　间隙是焊前在接头根部之间预留的空隙。间隙的作用是在焊接打底焊道时，保证根部焊透。

　　钝边和间隙的尺寸能很好地配合，既可保证焊缝的焊透，又可避免烧穿、焊瘤和未焊透等缺陷。本工程根部间隙取6～8mm，钝边2mm。

　　图1

　　2.2.2坡口角度

　　当电流电压一定的情况下，电弧的形状不变，但會随着坡口夹角的大小上下移动，不会发生左右的变化。很明显，在电弧电压不变的情况下，电弧熔化点到母材的距离相同。

　　坡口角度越小，电弧为保持原来形状，电弧上移，电弧下坡口根部的距离就越大;反之，坡口角度越大，电弧为保持原来形状，电弧下移，这个距离就越小。

　　由于电弧是由电压控制，电弧长度与电压成正比，随着电压的变化而变化。改变坡口角度，电弧所能到达坡口根部的距离明显不同。

　　坡口角度达到45°时，虽能充分焊透，但焊丝填充量增加，未免浪费材料。且施工周期增加明显，恰到好处的坡口角度与达到理想焊缝质量要求的坡口角度为35°～45°为宜。

　　3.厚板焊接质量控制措施

　　3.1焊接方法

　　3.1.1CO2气体保护焊

　　本工程焊接均采用二氧化碳气体保护焊的焊接方法，二氧化碳气体保护焊具有生产效率高、焊接成本低、焊接变形小、适用范围广、操作便捷等优点，常为施工现场焊接方法的首选。

　　3.1.2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。

　　3.1.3分段退焊法

　　由于焊接时焊缝受热，焊后焊缝又恢复常温，在这个过程中由于热胀冷缩的原理，焊接后一般会产生变形，变形的量和焊接的位置、焊接速度、焊缝热量变化的速度均有关系。而采取分段焊接的方法是在焊接时可以减少较长焊缝的持续加热时间，从而避免温度过高引起变形;本工程施工前对三种分段焊接方法进行分析。