国家体育场钢结构工程焊接方案(柱脚焊接).pdf
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1、国家体育场钢结构工程现场焊接方案 一、编制依据和基本规定(一)中国北京国家体育场 2008 年奥运会主体育场钢结构施工图(二)国家体育场钢结构工程施工组织设计(三)建筑钢结构焊接技术规程(JGJ812002)(四)国家体育场钢结构工程焊接工艺评定方案(五)2005 年 4 月 30 日会议纪要编号 JH001(六)2005 年 5 月 13 日会议纪要编号 JH002(七)国家体育场工程 Q460EZ35 钢热加工、焊接性试验方案 中冶集团建筑研究总院(八)GB 50205-2001-建筑钢结构工程施工质量验收规范(九)GB/T1591-94-低合金高强度结构钢(十)YB 4104-2000-
2、高层建筑结构用钢板(十一)GB/T5315-85-厚度方向性能钢板 当以上规范不能涵盖地方,参考DIN17182 高焊接性能铸钢(德国)(十二)钢材指标 钢材和钢铸件的物理性能指标 弹性模量 E(N/mm)剪变模量 G (N/mm)线膨胀系数 a()质量密度(kg/m3)206103 79103 12106 7850 钢材强度设计值 钢号 厚度或直径()抗拉、抗压和抗弯 f(N/2)抗剪 f v(N/2)端面承压(侧面顶紧)f ce(N/2)Q345 16 310 180 400 1635 295 170 3550 265 155 50100 250 145 Q345GJ 16 310 180
3、 400 1635 310 175 3550 304 170 50100 295 170 Q460 50110 360 210 440 钢材冲击韧性要求 钢材牌号 主结构 次结构 Q345、Q345GJ D 级,-20时 Ah34J C 级,0时 Ah34J Q460 E 级,-40时 Ah34J 钢材厚度方向性能要求 钢板厚度()t40 40t60 6090 钢板厚度方向性能级别 Z15 Z25 Z35 铸钢材料机械性能表 钢号 厚度或直径()屈服强度 s(N/2)极限强度 b(N/2)抗拉、抗压和抗弯 f(N/2)延伸率 5%冲击功 Ak(J)GS20Mn5V(调质)50 360 5006
4、50 324 24 70 50100 300 500650 270 24 50 100160 280 500650 252 22 40 注:材料分项系数R=,并应保证铸钢材料 D 级冲击韧性。二、焊接特点与难点(一)焊接施工特点及难点 1、结构复杂、空间跨度大、构件自重大、钢板厚度大、焊接工程量大、焊接质量要求高。2、高空作业及冬季施工不可避免,焊接作业条件差 3、构件的截面积大,单道焊缝的焊接金属用量大,焊接位置为 F、H、O、V,对焊工技术及体力要求高。4、现场拼装焊接位置多变,如钢柱头部结构,其结构几何形状复杂,焊接接点错纵复杂,且厚板焊缝密集,给焊接工作带来很大困难。5、钢结构焊接变形
5、及残余应力的控制难度大。6、Q460 超高强钢特厚板及铸钢焊接焊接难度大。7、焊接量大、工期紧。(二)焊接方法 综合考虑焊接效率和操作难度,大体上 H、F、V 采用 CO2 GMAW、FCAW-G,O 采用SMAW。三、焊接技术要求 焊接的质量等级与检测方法参见下表。所有焊缝均须进行外观检查。焊缝质量性能要求 焊缝类型 焊接要求 焊缝等级 检测方法 擦伤比例(%)钢板拼接 全熔透 一 UT/RT 100 扭曲箱形构件组装焊缝 全熔透 一 UT/RT 100 其它箱形构件组装焊缝 全熔透 二 UT/RT 50 桁架柱、主桁架节点坡口等强焊缝 全熔透 一 UT/RT 100 构件拼接(接长)全熔透
6、 一 UT/RT 100 一般构造焊接 角焊缝 三 MT 10 一级焊缝的合格等级应为现行国家标准 钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分类(GB11345)B级检验的II级及级以上;二级焊缝的合格等级应为现行国家标准钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分类(GB11345)B级检验的III级及III级以上。熔透焊缝均应符合与母材等强的要求。全熔透焊缝的端部应设置引弧板、引出板或钢衬管,引弧板的材质应与焊件相同。手工焊引弧板厚度5mm,焊缝引出长度大于或等于25mm。自动焊接引弧板宽度50mm,焊缝引出长度大于或等于50mm。焊接完毕后,必须切除被焊工件上的引弧板,并沿受力方向修磨平整,严禁用锤击落。焊缝
7、应具有良好的外观质量,角焊缝应符合二级焊缝的外观要求。本结构为室外钢结构,为了保证结构的耐久性,构件及节点外表面的所有接缝均应保证密封,如焊缝做到完全密封确有困难时,需采用相应的建筑防水做法进行封堵,使整个钢结构形成完整的密闭体系。对于夹角小的节点区域,热影响区比较大,容易造成钢结构的过烧、脆断,施工单位应进行专门的焊接工艺评定和焊接全过程计算机仿真。四、焊接工程的总体思路 协同安装,科学编程,六个统一,攻克难关。1、首先建模计算整体钢结构应力的分部状况确定起始焊缝和合拢焊缝的位置,然后按总体思路进行工作。2、协同安装:同安装工艺共同决定每一根主结构的安装顺序,确认起始点和合拢点,合拢点严禁在
8、构件自重应力的集中点。3、科学编程:以 JGJ81-2002钢结构焊接规程为指导思想,以焊接应力变形控制的理论为基础,编制科学合理的焊接程序,有效的控制钢结构整体的应力及变形,使焊接残余应力和变形相对合理的存在结构之中,希望焊接应力不至于过大而影响结构安全(应尽可能小),又不希望有过大形变而影响美观,使国家体育场工程既安全又美观。4、六个统一:即执行焊接程序的组织保证:(1)施工各单位必须统一严格执行焊接程序;(2)统一焊接程序、焊接方案交底;(3)统一焊接技术(焊接方法);(4)统一工艺评定;(5)统一焊工培训;(6)统一质量检测。5、攻克难关:重点抓好三个工艺:(1)Q460 钢的焊接工艺
9、规程;(2)厚板焊接工艺规程;(3)抓好铸钢同钢、异种钢的焊接工艺规程。焊接规程的总体原则应是:重要的焊缝先焊,次要的后焊,收缩量大的先焊,收缩量小的后焊,尽量采用如渣气联合保护焊和减少应力的焊接工艺。五、焊接工艺参数指导方案 焊接 方法 焊接材料 焊接工艺参数 备注 标准型号 规格(mm)电流(A)电压(V)气流量(L/min)GMAW 实心焊丝 ER50-6,7 ER55-6,7 260320 3034 5080 FCAW 药性焊E50 260300 3034 5080 SMAW E5015,E5515 G 90120 2226/4 160180 2426/七、焊材匹配与选用指导方案 焊材
10、的选用遵循“等强匹配”原则。焊材选用表 序号 母材 焊接材料 GMAW或FCAW-G SMAW 标准型号 标准强度保证值 标准 型号 标准强度保证值 s b s b 1 Q345D ER50-6,7 420 500 E5015 390 490 E50 400 480 2 Q345GJD ER50-6,7 420 500 E5015 390 490 E50 400 480 3 GS20Mn5V+Q345D、ER50-6,7 420 500 E5015 390 490 E50 400 480 4 Q460GS20Mn5V ER55-6,7 470 550 E5515 440 540 E55 470
11、 550 5 Q460 Q345 GJD ER50-6,7 420 500 E5015 390 490 E50 400 480 八、焊接规程(一)Q345GJD 厚板焊接规程 1、层状撕裂问题分析及对策 启裂分类 成 因 对策 第类 以焊根裂纹,焊趾裂纹为启裂源,沿 HAZ发展的层状撕裂。1.影响冷裂的因素:Pcm、HD、RF;2.伸长的 MnS 夹杂物;3.角变形引起的应变集中。1.同防止冷裂纹的措施;2.降低钢中的 S 的含量;3.改变接头及坡口形式,防止角变形及应力集中。第类 以轧制夹层为启裂源,沿 HAZ发展的层状撕裂。1.伸长的 MnS 夹杂物及硅酸盐夹杂物;2.拘束度加大应变时效。
12、1.减少拘束度;2.采用低氢焊材;3.改进接头和坡口形式;4.堆焊隔离层。第类 以轧制夹层为裂源,沿远离HAZ的母材中心发展的层状撕裂。2.轧制的长条 MnS 夹杂物及硅酸盐夹杂物;3.拘束度增加;4.应变时效。1.减小拘束度;2.改进接头或坡口形式;3.堆焊隔离层;4.钢板两端机械加工。2、焊接工艺参数(1)预热温度:钢材牌号 接头最厚部件的板厚 t(mm)40t60 60t80 t80 Q345 80 100 140 注:本表适应条件:1、环境温度为常温;2、焊接接头板厚不同时,应按厚板确定预热温度、焊接接头材质不同时,按高强度、高碳当量的钢材确定预热温度。3、拘束度大的复杂节点应适当提高
13、预热温度。4、点焊焊缝预热温度同正式焊缝。5、t60 时采用火焰加热,t60 时采用红外电脑控温仪加热。6、测温采用远红外测温仪,测温点在距坡口边缘 75mm 处,平行于焊缝中心的两条直线上。(2)焊接电流、电压 位置 预热方式 点焊方式 焊接方法 板厚(mm)焊接材料 焊接电流(A)焊接电压(V)气流量(L/min)后热温度()H 见上表 SMAW(J507,4mm)GMAW 40t60 ER50(JM58),240280 3033 5080 250300,1h 60t80 ER50(JM58),260 300 31 33 50 80 250300,1h t80 ER50(JM58),280
14、320 3034 5080 250300,2h FCAW-G 40t60 ER50(TWE-711),240260 3033 5060 250300,2h 60t80 ER50(TWE-711),260300 3133 5060 250300,2h t80 ER50(TWE-711),280320 3034 5060 250300,2h F GMAW 40t60 ER50(JM58),240280 3033 5080 250300,1h 60t80 ER50(JM58),260 300 31 33 50 80 250300,1h t80 ER50(JM58),280320 3034 5080
15、250300,2h FCAW-G 40t60 ER50(TWE-711),240260 3033 5060 250300,2h 60t80 ER50(TWE-711),260300 3133 5060 250300,2h t80 ER50(TWE-711),280320 3034 5060 250300,2h V GMAW 40t60 ER50(JM58),190230 3033 5080 250300,1h 60t80 ER50(JM58),210 250 31 33 50 80 250300,1h t80 ER50(JM58),230280 3034 5080 250300,2h FCAW
16、-G 40t60 ER50(TWE-711),190210 3033 5060 250300,2h 60t80 ER50(TWE-711),210250 3133 5060 250300,2h t80 ER50(TWE-711),230280 3034 5060 250300,2h O SMAW 40t60 E5015(J507),4mm 90120 2028/250300,2h 60t80 E5015(J507),4mm 90160 2028/250300,2h t80 E5015(J507),4mm 90180 2028/250300,2h (二)Q460E+GS-20Mn5V 焊接规程
17、Q460E 钢及 Q460EGS20Mn5V 焊接工艺表 序 号 焊接技术 钢材组合 点焊预热温度 点焊技术 预热温度 焊接规范 后热 NDT 焊材 焊接位置 焊材规格 加热方式 方式时间 级别 1 SMAW Q460E+GS20Mn5V 200 SMAW 150-200 参照焊接工艺评定 250-300 VT CHE507=4 c CHE507=4 电加热 电加热保温 12h I 2 GMAW Q460E+GS20Mn5V 200 SMAW 150-200 参照焊接工艺评定 250-300 VT TM60 普莱克斯 C02气体 F,H,V CHE507=4 电加热 电加热保温 12h I 3
18、 FCAW-G Q460E+GS20Mn5V 200 SMAW 150-200 参照焊接工艺评定 250-300 VT TWE-81K2普莱克斯C02气体 F,H,V CHE507=4 电加热 电加热保温 2h I 注意事项:1、严格按照上表进行操作,Q460E 钢焊接必须预热;2、严禁在 Q460E 钢板和 GS20Mn5 铸钢上打火,电弧擦伤。严禁在不预热和未经批准的情况下在 Q460E 钢板和 GS20Mn5 铸钢上焊接卡马,扶梯等安装附属卡具。3、未经强化加项训练的焊工不允许在 Q460E 钢板和 GS20Mn5 铸钢施焊。(三)Q460E+Q345GJD 焊接规程 序 号 焊接技术
19、钢材组合 点焊预热温度 点焊技术 预热温度 焊接规范 后热 NDT 焊材 焊接位置 焊材规格 加热方式 方式时间 级别 1 SMAW Q460E+Q345GJD 200 SMAW 150-200 参照焊接工艺评定 250-300 VT CHE507=4 c CHE507=4 电加热 电加热保温12h I 2 GMAW Q460E+Q345GJD 200 SMAW 150-200 参照焊接工艺评定 250-300 VT TM60 普莱克斯 C02气体 F,H,V CHE507=4 电加热 电加热保温12h I 3 FCAW-G 200 SMAW 150-200 参照250-300 VT TWE-
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