體育場工程
鋼結構管桁架現場焊接技術
摘要：介紹了山西體育中心主體育場工程現場焊接內容和特點及焊接難點，從焊接材料、焊接設備、工人、操作工藝、焊縫質量檢查等方面具體闡述了鋼結構管桁架現場焊接技術，并指出了焊接作業安全注意事項，為同類工程施工積累了一定經驗。
關鍵詞：體育場，鋼結構，管桁架，焊接技術，注意事項
中圖分類號：TU758.1文獻標識碼：A
山西體育中心主體育場位于山西省太原市晉源區，南環高速公路以北，機場大道以南3km處，西側為新晉祠路，東側為濱河西路，為山西體育中心建筑群的主體育場，其設計規模為6萬人，屬大型甲類體育建筑。體育場外側一周+6.00m標高以下為裙房，裙房最寬處達17m。山西體育中心主體育場的上部鋼結構為鋼結構罩棚，呈弧形狀，東西高、南北低，覆蓋看臺觀眾席。罩棚最寬處約68m，最窄處約49m，整個罩棚鋼結構由32榀三角形主桁架組成主體承力體系，以體育場中tX,向外呈橢圓形發射狀分布。主桁架由外環支撐點和內環支撐點支撐，最大懸挑長度約為52m，桁架根部最大高度7.8IT/，最小懸挑長度約為34.7m，根部高度5m，每榀桁架內支座間距約26m。主桁架之間由三道環形桁架、兩道次桁架及一道邊桁架相互連接，外立面上桁架之間設置鋼管網格結構。
山西體育中心主體育場罩棚鋼結構為管桁架結構，主要包含V形支撐柱、主桁架、環桁架、次桁架、立面網格、系桿、水平支撐、馬道等，主要鋼材的材質為Q345B，局部采用Q345GJC。
本工程現場焊接主要包括以下內容：
1）桁架上下弦對接及腹桿對接；
2）鋼管相貫焊縫焊接；
3）內外環支座底板與十字插板之問的T焊縫焊接；
4）十字插板與V形支撐柱之間熔透焊縫的焊接。
由于本工程除馬道采用螺栓連接外，其余部位均采用焊接連接，故現場焊接工作量巨大，焊接質量十分重要，并關系到整體結構的質量和安全。
1現場焊接特點及難點
1）本工程結構鋼材以Q345B等合金高強鋼為主，其焊接性能較好。只是隨著強度級別的增加，淬硬性和冷裂傾向會隨之增大。
2）整個鋼結構用量約7100t，高空環境條件下對焊工操作影響較大。高空風速較大，并且貫穿于現場焊接施工全過程，尤其是對氣體保護焊的影響比較大。
3）本工程為空間管桁架結構，桿件截面均為圓鋼管，節點類型為相貫節點。桿件數量眾多，焊接工作量大。
4）本工程中主桁架肩部弧形段主弦桿和V形支撐柱采用了厚壁鋼管。鋼管厚度的增加一方面會加大焊縫金屬熔敷量，從而造成焊接變形及應力的增大，同時焊縫裂紋敏感性相應加大。
5）本工程現場焊接主要為鋼管桁架的拼裝焊接、鋼管對接焊接等，焊接位置較為困難，不利于保證焊接質量。
2焊接材料及焊接設備
2.1焊接材料選用
本工程的鋼材材質主要為Q345GJC和Q345B。根據焊接方法的不同，焊材選擇見表1。
表1焊材選擇
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焊接方法
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鋼材材質
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焊材牌號
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焊接設備
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電流和極性
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手工電弧焊
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Q345B+Q345B
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lE5015，E5016
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直流焊機
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直流、反接
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CO2氣保焊
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Q345B+Q345GJC
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ER50-3
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直流焊機
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直流、反接
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保護氣體為CO2，純度99.98％(露點不大于—40℃），焊接材料采用氫含量較低的焊材。焊接材料的選用原則與母材強度等強，焊接不同類別的鋼材時，選用與強度級別較低母材相匹配的焊材。
2.2焊接及相關設備
現場主要焊接設備見表2。
表2現場主要焊接設備
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名稱
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型號
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數量/臺
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產地
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CO2氣體保護焊機
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CL-500
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10
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唐山松下
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焊條電弧焊機
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—
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70
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松下時代
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3焊工資質及培訓
3.1焊工資質
1）焊工應具有相應的合格證書，并在有效期內。
2）焊工應具備全位置焊接水平。
3）嚴禁無證上崗，或者低級焊高級別。
3.2焊工培訓
1）焊工技術培訓。對所有從事本工程焊接的焊工進行技術培訓、考核，主要根據焊接節點形式、焊接方法、焊接操作及焊工位置，以達到工程所需的焊接技能水平。
2）高空焊接技術培訓。由于工程結構高度很高，在高空環境下，對焊工的素質提出了更高的要求。所以還必須有針對性的進行高空焊接培訓，從而適應現場環境的需要，提高焊接質量。
4焊接工藝
4.1定位焊
1）應距設計焊縫端部30mm以上，焊縫長度應為50mm～100mm，間距應為400mm～600mm。
2）正式焊接開始前或正式焊接中，發現定位焊有裂紋，應徹底清除定位焊后，再進行正式焊接。
3）對于焊接墊板，在構件固定端的背面定位焊。當兩個構件組對完畢，活動端無法從背面點焊，應當在坡口內定位焊，當預熱溫度達到要求時，采用定位焊順序為從坡口中間往兩端進行，以防止墊板變形。
4.2焊接預熱、層間溫度和焊接環境
1）對于厚度大于36mm的低合金鋼應采用焊前預熱和焊后熱處理措施，預熱及焊后熱處理的溫度應根據焊接工藝試驗評定報告確定。要平衡加熱量，使焊接變形和收縮量減少。本工程厚板焊接焊縫適用的焊接預熱溫度和層間溫度按JGJ81—2002，GB50205—2001和JB/T4709—2000規定執行。
2）焊接接頭兩端板厚不同時，應按厚板確定預熱溫度；焊接接頭材質不同時，按強度高、含碳量高的鋼材確定預熱溫度。
3）厚板焊前預熱及層間溫度的保持優先采用電加熱器，板厚25mm以下也可用火焰加熱器加熱，并采用專用的接觸式熱電偶測溫儀測量。
4）預熱的加熱區域應在焊縫兩側，加熱寬度應各為焊件待焊處厚度的1.5倍以上，且不小于100rnm；預熱溫度可能時應在焊件反面測量，測量點應在離電弧經過前的焊接點各方向不小于75mm處，圓管桿件對接時不能在焊件反面測量，則應根據板厚不同適當提高正面預熱溫度，以便使全板厚達到規定的預熱溫度；當用火焰加熱器時正面測量應在加熱停止后進行。
5）焊接返修處的預熱溫度應高于正常預熱溫度50℃左右，預熱區域應適當加寬，以防止發生焊接裂紋。
6）層間溫度范圍的最低值與預熱溫度相同，其最高值應滿足母材熱影響區不過熱的要求，焊接層間溫度低于250℃。
7）預熱操作及測溫人員須經培訓，以確保規定加熱制度的準確執行。
8）有焊后消氫熱處理要求時，焊件應在焊接完成后立即加熱到300℃～350℃。保溫時間根據板厚按每25mm板厚不小于0.5h且不大于1h確定，達到保溫時間后用巖棉被包裹緩冷。其加熱、測溫方法和操作人員培訓要求與預熱相同。
9）相對濕度80％以上，或因降雨、雪等使母材表面潮濕及大風天氣（風速大于8m/s），不得進行露天焊接；但焊工及被焊接部分如果被充分保護且對母材采取適當處置(如加熱、去潮）時，可進行焊接。
10）當采用CO2半自動氣體保護焊時，環境風速大于2m/s時應采用適當的擋風措施或采用抗風式焊機。
4.3焊接順序
1）先焊主弦桿管與管之間的對接焊縫；2）再焊斜腹桿與主弦桿的相貫焊縫、腹桿與腹桿的對接焊縫；3）焊完一條后再轉入另一條焊接，同一管子的兩條焊縫不得同時焊接；4）焊接時應由中間往兩邊對稱跳焊，防止扭曲變形（見圖1）。
4.4典型焊縫的焊接工藝
4.4.1管一管對接
每條環焊縫由兩名焊工對稱施焊，采用多層多道焊；根部用Φ2.5mm或仍Φ3.2mm焊條打底焊1層～2層，其他用Φ4mm或Φ5mm焊條填充、蓋面。
4.4.2相貫口焊接
相貫焊縫應對稱施焊，多層多道焊；熔透部位采用Φ2.5mm的焊絲打底，或直接采用手工電弧焊Φ2.5mm或Φ3.2mm焊條打底，但要確保單面焊雙面成型，其他采用Φ4mm或Φ5mm焊條填充、蓋面；一個節點往往有多條相貫焊縫，焊縫集中。一條相貫焊縫焊接完畢冷卻后，再焊相鄰的相貫焊縫，以防止應力集中，減小焊接變形。焊接時，應先焊坡口大，變形大的區域，對于Y形節點，先焊A，D區，后焊C，B區，且先焊趾部再焊根部。T形節點先焊趾部，后焊側邊。
