上海浦東國際金融大廈高層鋼結構工程安裝焊接施工技術

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

上海浦東國際金融大廈高層鋼結構工程安裝焊接施工技術

　　1工程概況
　　上海浦東國際金融大廈工程地下為鋼筋混凝土結構，地上中央核心筒為鋼筋混凝土結構，變截面轉換部分為勁性鋼筋混凝土結構，外圍框架的梁為鋼梁，中低層部分為勁性鋼筋混凝土柱，變截面及變截面以上部分為鋼柱，通過鋼梁與核心筒連接。53層沿短軸方向分設4道水平桁架，塔樓頂部為純鋼鍍鋅鋼結構直升飛機停機坪。從52層起架設一根53．3m的大型桅桿天線
　　本工程在地下一層插入48根H型鋼柱和鋼管柱，作成勁性鋼筋混凝土結構，通過鋼梁與核心筒連接。整個結構以鋼管柱、H型鋼柱和H型鋼梁為主，鋼結構總重量9，242t。
　　　1．1鋼材
本工程柱和大梁按設計要求采用日產(chǎn)SM490A、SM490B、SMK490或同等規(guī)格材料，小梁采用SS400。圓管柱壁最厚45mm，H型大梁翼緣最厚32mm。由于管柱是離心鑄鋼，在國內屬首次使用，給焊接增加了一定難度。
　　上述鋼材的典型化學成分和力學性能見表l。

1．2構件
　　構件長12m，構件單件最重9．6t，鋼管為Φ600×45mm，H型柱為428mm×30mm×35mm，梁為1000mm×350mm×19mm×28mm和600mm×300mm×14mm×32mm。構件的重量和分布對起重設備的選用和布置，以及安裝方法都提出了很高的要求。
　　1.3節(jié)點形式
　　按照設計，柱一柱之間的連接，H型鋼柱為高強螺栓連接，圓管柱為熔透焊連接。
　　各樓層梁一柱間的連接有兩種：圓管柱和大梁連接帶牛腿，鋼梁上翼緣與圓管柱牛腿翼緣焊接，腹板與牛腿腹板為高強螺栓連接；H型鋼柱與梁在工地直接連接，鋼梁上下翼緣與鋼柱為全熔透焊，腹板與鋼柱承剪板為高強度螺栓連接。 
　　1．4焊接檢驗
　　由于使用日本的高強度鋼材，厚度大，焊縫全部是全熔透坡口焊，工藝復雜，難度大，因此要有充分的工藝試驗及嚴格的工藝評定，以便在此基礎上制定合理的工藝標準。本工程按《鋼結構工程施工及驗收規(guī)范》(GB50．205-95)，和《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》(GBll345-89)對全熔透焊縫實施B級檢驗，100％超聲波探傷。
　　2焊接節(jié)點概況
　　本工程圓管柱為全熔透焊接，最大壁厚45mm，有兩種接頭形式，柱與柱對接用套環(huán)或用墊襯直接焊在圓法蘭上(圖2)；鋼梁與柱連接為腹板栓接，翼緣板焊接(圖3)。



3焊接準備
　　3．1構件預檢
　　對進場的焊接圓管柱縱向焊縫兩端伸出100mm范圍內進行超聲波探傷檢測，如測出超標缺陷，則用碳弧氣刨鏟除后打磨干凈，再按既定的焊接工藝規(guī)程補焊復原表面。檢驗柱、梁接頭截面幾何尺寸及構件長度。檢查焊口幾何尺寸及清理情況。
　　3．2焊接吊籃與平臺
　　由于該工程柱安裝和焊接需要，柱設計有牛腿時用特制吊籃，無牛腿焊接時用專用操作平臺(圖4、圖5)。



3．3焊接設備和焊接材料
　　表2為焊接設備及輔助設備。本工程焊接材料均由業(yè)主和監(jiān)理工程師指定(表3)。

表2焊接設備及輔助設備 

　4焊接施工勞動力安排
　　高層鋼結構焊接工程專業(yè)性很強，勞動強度大，專業(yè)管理人員及焊工都要求有較好的技術素質。已經(jīng)培訓持有相應施工焊接條件下的壓力容器焊工或厚板鋼結構合格證的焊工，還須按本工程的實際情況，在業(yè)主、監(jiān)理、設計方的監(jiān)督下進行附加考試，考試合格后方準土崗正式焊接。表4為焊接勞動力安排。



　5焊接順序及焊接工藝
　　5．1焊接順序
根據(jù)本工程結構特點，主樓以南北軸對稱為界分成東西兩個區(qū)施工(圖6)。在東、西工區(qū)1、2段4個節(jié)間高強度螺栓終擰且柱垂直度符合要求后，東工區(qū)選擇J／8、G／8柱為基準柱，首先開始向3、4段方向焊接；西工區(qū)選擇A／10、C／10柱為基準柱，首先開始向3、4段方向焊接。



圖6焊接分區(qū)
　　栓焊組合節(jié)點中，梁的腹板應先栓后焊，以便栓孔的對準和摩擦面的貼緊，確保栓接質量。
　　栓接時先用銷釘穿孔定位，然后上30％的普通螺栓，再安裝高強度螺栓，高強度螺栓應初擰達到50-70％的扭矩值，再終擰到規(guī)定值。
　　單節(jié)柱焊接時應先焊上層梁，后焊下層粱，以便框架穩(wěn)固，便于施工。柱一梁節(jié)點上對稱的兩根梁應同時施焊，而一根梁的兩端不得同時施焊作業(yè)。柱一柱節(jié)點焊接時，圓管柱的對稱兩個半圓弧應由兩名焊工同時焊接。梁的焊接應先焊下翼緣，后焊上翼緣，以減少角變形。
　　5．2焊接工藝
　　5．2．1安裝焊接準備工作 
　　國內很少在高層建筑中使用的日產(chǎn)SMK490離心鑄鋼和厚度>45mm的SM490A鋼制構件，針對其中數(shù)量較多的或具有代表性的接頭形式進行了相應焊接方法的工藝評定試驗。試驗鋼材規(guī)格包括SMK490離心鑄鋼(壁厚45mm)、SM490A(板厚25mm)、H型梁(翼緣厚25mm)。焊接位置為柱一柱橫焊、柱一梁平焊、T型角立焊。柱一枚、柱一梁焊接方法為CO2氣保焊，T型接頭為手工電弧焊，坡口形式及尺寸按設計要求。焊后外觀及超聲波檢查合格后取樣進行力學和物理試驗，證明全部試驗接頭抗拉強度達到母材抗拉強度標準值。接頭冷彎1800、側彎(d=50α)、面彎、背彎(d=3α)無裂紋，洛氏硬度(HRB)均低于85．5，說明所采用的鋼材在規(guī)定的焊接方法、焊接參數(shù)、焊接條件下，其焊接接頭綜合性能達到并超過了設計和規(guī)定要求。此外，采用的焊接材料和焊接設備技術條件均符合國家標準，性能優(yōu)良。清渣、氣刨、焊條保溫等裝置齊全有效。
　 5．2．2手工電弧焊及氣保焊焊材和設備
　　焊條在高溫烘干箱中烘干。低氫型焊條烘干方法為：在高溫箱中加熱到3800C后保溫1．5h，再在高溫箱中降溫到1100C后保存，使用時從烘干箱中取出應立即放入100-1100C的焊條保溫筒中，并在4h內用完。焊條烘干次數(shù)不得超過兩次。焊絲包裝應完好，如有破損面導致焊絲污染或彎折、紊亂時應部分棄之。
　 CO2氣體純度不低于99．99％(體積比)，含水量低于0.05％(重量比)，瓶內高壓低于lMPa時應停止使用。焊接前要先檢查氣體壓力表的指示，然后檢視氣體流量并調節(jié)氣體流量(20-80L/min)。
　　焊機電壓應正常，地線壓緊牢固，接觸可靠，電纜及焊絲無破損，送絲機應能均勻送絲，氣管應無漏氣或堵塞。
　　5．3安裝焊接程序及一般規(guī)定
　　焊接的一般程序為：
　　焊前檢查--加熱除銹--裝焊墊板及引弧板--焊接--檢驗--填寫作業(yè)記錄。
　　焊前檢查坡口角度、鈍邊、間隙及錯口量，坡口內和兩側之銹斑、油污、氧化皮等應清除干凈。裝焊墊板及引弧板，其表面清潔程度要求與坡口表面相同，墊板與母材應貼緊，引弧板與母材焊接應牢固。
　　焊接時第一道應封焊坡口內母材與墊板之連接處，然后逐道逐層焊至填滿坡口，每道焊縫焊完后都應清除焊渣及飛濺物，出現(xiàn)缺陷應及時磨去并修補。遇雨、雪天時應停焊，環(huán)境溫度低于零度時應按規(guī)定預熱、后熱措施施工，構件焊口周圍及上方應有擋風雨棚，風速大于5m／s時應停焊。一個接口必須連續(xù)焊完，如不得己而中途停焊時，應進行保溫緩冷處理，再焊以前應加熱。
　　焊縫冷卻到環(huán)境溫度時進行外觀檢查，SM490鋼構件焊縫超聲波檢查在焊完24小時后；進行。焊工及檢驗人員應認真填寫作業(yè)記錄表。
　　5．4典型節(jié)點的焊接順序和工藝參數(shù)
　　5．4．1圓管柱一柱焊接 
　　先在上下柱無吊裝耳板側由兩名焊工在兩個半圓弧對稱焊至板厚的1／3時，切去吊裝耳板。然后對稱連續(xù)焊至坡口填滿。
　　坡口填滿后應用磨光機磨平焊縫，焊接最后一層蓋面焊縫。
　　每兩層之間焊道的接頭應相互錯開，兩名焊工焊接的焊道接頭要注意每層錯開，如有焊瘤及焊接缺陷要鏟磨掉后再繼續(xù)焊接。
　　焊接工藝參數(shù)：手工電弧焊焊條直徑φmm，電流170-180A，焊速150mm／min。氣保焊焊絲直徑φ1．2mm，電流220-300A，電壓29-36V，焊速150-500mm/min，焊絲伸出長度約20mm，氣體流量20-80L/min。
5．4．2柱一梁焊接
　　先由兩名焊工同時焊接柱子對稱側的兩個焊口，先焊接梁的下翼緣。梁腹板兩側翼緣的焊道要保持對稱焊接，可由一名焊工在腹板一側先焊l-2層后換至另一側焊接，焊完24層后再換一側施焊，反復倒換直至焊完。各焊道的接頭在上下層間要錯開。然后焊接上翼緣，仍由2名焊工同時對稱施焊。
　　焊接工藝參數(shù)：手工電弧焊焊條直徑φ4mm，電流170-210A，焊速160mm／min。CO2氣保焊焊絲直徑φ1．2mm，電流260-340A，電壓30-38V，焊速150-500mm／min，焊絲伸出長度約20mm，
　　氣體流量20-80L/mm。
　　6特殊節(jié)點焊接施工順序及焊接工藝
　　6．122層至29層變截面傾斜柱安裝焊接順序
　　22層至29層變截面傾斜柱柱長每根13．3m，構件重每根9．7t。采用φ600×45mm離心鑄鋼管。安裝時必須考慮臨時支撐、傾斜吊裝時的吊點、安裝時臨時校正角度等。焊接時應考慮收縮量及殘余應力的合理分布，以確保安裝焊接順利進行。傾斜柱具體的安裝順序如下：
　　1)待21層安裝、焊接、壓型鋼板鋪設完畢后，在21層安裝一根臨時支撐柱，吊裝22層梁，安放在核心簡連接板和臨時支撐柱上固定；
　　2)在22層梁上安裝臨時支撐柱，吊裝23層大梁，安放在核心筒連接板和臨時支撐柱上固定；
　　3)吊裝柱子安裝在21層的柱頭上并同22、23層大梁連接固定，在三個節(jié)間的柱、梁安裝完畢校正后，終擰高強度螺栓。
　　6．2傾斜圓管柱焊接工藝
　　6．2．1傾斜圓管柱現(xiàn)場焊接的特點
　　傾斜圓管柱焊接時包含所有的焊接姿勢，而且還要連續(xù)地變化。在接頭的下面、側面、上面須改變焊接條件，如電流、電壓、速度等。由于接頭下面的焊肉容易下垂，且難以看到坡口內部，因此難以準確地瞄準焊接位置，下面的坡口面容易產(chǎn)生焊不透。接頭上方焊接時用俯焊方式，坡口內不易看清，定位困難，上方坡口有不易熔透傾向?？紤]到以上這些因素，在現(xiàn)場進行焊接施工時，須注意以下事項：
　　1)由于焊接條件，焊接姿勢不能進行連續(xù)變化，因此，如圖7所示，將焊接接頭分成四個部分進行施工。為了減少殘余應力，將全板厚分二次進行焊接，焊接順序如圖8；
　　2)進行第二次焊接時，應用砂輪處理接頭部位，以免在此部位產(chǎn)生缺陷；
　　3)在焊接中如發(fā)生焊道不良、焊瘤等缺陷時，應用砂輪或碳弧氣刨修理平滑后再進行焊接；
　　4)焊接時，擺動幅度不能太大，應進行多層多道焊接。


　　　　　　　　圖7圓管焊接順序　　 　　　　　　圖8斜管焊接順序
　　6．2．2傾斜圓管柱焊接順序和工藝參數(shù)
　　先在仰焊位置由A、B焊工分別從左、右方向焊接，A焊工焊接l23部位：B焊工焊接l43部位，焊接時要求基本同步。
　　A、B焊工第一次焊接完畢，切去吊裝耳板，進行打磨修整后繼續(xù)第二次焊接。每層之間焊道的接頭應相互錯開，兩名焊工焊接的焊道接頭也要注意每層錯開，每道焊完要清除焊渣和飛濺物，如有焊瘤和焊接缺陷要鏟磨清理后再焊，焊接過程中要注意檢測和保持層間溫度。焊接工藝參數(shù)見表5和表6。

表5手工電弧焊工藝參數(shù)

　　6．3圓管柱對接處間隙大時的處理方法
　　結構吊裝至24層柱時，離心鑄鋼柱換成焊接圓管柱。此時正值調整柱標高，發(fā)現(xiàn)其中有兩根柱間隙在19-21mm。經(jīng)監(jiān)理工程師同意，采用手工電弧焊增加焊肉再正式施焊的方法。圓管柱的接頭見圖9。
　　焊接前應將焊縫坡口周圍的鐵銹、油污、氧化皮、雜物清理干凈。用氣焊烤槍在坡口兩側100mm范圍內加熱，加熱至50-800C時再一次清除雜物。
　　由一名焊工在下柱頂板上堆焊一層三道焊縫，焊腳高一般控制在4mm以內，接著堆焊二層焊縫直至焊到離坡口墊板lmm處，由監(jiān)理工程師檢查合格后，進行封焊坡口，接著按圓管柱正常焊接方法施焊(圖9)。



　　7焊縫質量管理措施
　　高層建筑鋼結構安裝焊接質量主要包括焊接接頭質量和鋼構架的尺寸精度，其質量控制是一項綜合技術。焊接質量受材料性能、工藝方法、設備、工藝參數(shù)、氣候和焊工技術及情緒的影響。安裝尺寸精度的影響因素則有安裝方法、順序、設備儀器、構件制作、構件自重、焊接變形、氣候光照等，因而必須各個環(huán)節(jié)緊密配合，并以完善的制度和組織作保證，做好質量管理工作。
　　施工人員在施工前應認真熟悉圖紙，以便及時發(fā)現(xiàn)施工中出現(xiàn)的問題。本工程中，柱子、梁、衍架型號多，又分不同材質，使用前應特別注意。為了加強管理，制定了焊接質量管理保證體系。首層柱焊接時，由于板厚、自重大，在安裝三節(jié)間的柱、梁完成后，從中間柱、梁開始焊接，焊接前重新測量偏差，根據(jù)偏差制訂焊接順序。 
　　現(xiàn)場專業(yè)人員要按管理制度施工，對施工人員進行技術交底，并編制焊接工藝卡，便于每個焊接人員明確操作要領，以及材料的使用和質量要求，嚴格按預定的工藝施工焊接。每焊完一道焊縫都應清理，有缺陷的鏟磨，這樣才能保證整個焊接接頭質量。施工中認真執(zhí)行三檢制，焊工應做好焊前和焊接中的記錄，專職人員檢查時應逐條焊縫檢查驗收，作好記錄，經(jīng)超聲波檢測人員檢驗合格后填寫評定表。
　　上海浦東國際金融大廈鋼結構工程從1997年5月22日至1998年6月8日，共施焊7563條焊縫，其中I級焊縫7426條，占98．18％；II級焊縫138條，占1．82%；III級焊縫34條，占0．45％，經(jīng)返修有32條達到I級焊縫，2條達到II級焊縫。