摘要：廈門西站房A型塔柱鋼結(jié)構(gòu)工程，鋼柱截面大，鋼板較厚，分節(jié)后單條焊縫長度大，最大單條焊縫長度為9.5m，且焊接位置全部為豎向立焊縫，焊接難度較大。為了確保焊接質(zhì)量，本文重點介紹超長焊縫的施工難點、焊接前的準備工作、焊接過程中的質(zhì)量控制措施及其注意事項等問題。
　　關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu),超長焊縫,施工難點,質(zhì)量控制
　　1工程概況
　　1.1工程總體概況
　　新建的廈門西火車站是國家“四縱四橫”鐵路客運專線——沿海快速鐵路通道上的一個重要客運站，是福廈、廈深、龍廈、鷹廈4條鐵路線交匯點，共設(shè)6站臺12股道，建成后將成為福建省最大的鐵路客站。
　　工程總建筑面積162409m2，其中站房109028m2，站臺雨棚面積為53381m2。為高架候車與線下出站式布局，旅客流線采取“上進下出”的形式，將車站分為出站層、站臺層、高架層三個層面，建筑總高度達66.78m。站房高架候車廳跨度132m、長度220m，候車廳無柱，是國內(nèi)數(shù)座站橋合建的線上式站房之一，其施工技術(shù)難度大、科技含量高，是目前國內(nèi)跨度最大的鐵路站房。
　　
　　
　　              
　　
　　　　
　　                                                                                     站房整體效果圖
　　
　　1.2A型塔柱概況
　　站房屋蓋設(shè)計采用“大跨度空間鋼桁架+雙向正交鋼管桁架”結(jié)構(gòu)，沿平行于鐵軌方向的C、E、F、H軸設(shè)置四榀大跨度空間鋼桁架，鋼桁架支撐在兩端的勁性混凝土A型塔柱上。
　　16根A型塔柱底部為分肢部分，采用雙柱，互成角度，傾斜角度分別為87°和83°，鋼骨柱斷面尺寸為H1500mm*1000mm*35mm*35mm,到上部兩側(cè)鋼骨通過中間連接板將塔柱合二為一，合肢部分塔柱最大截面達7550mm*1800mm，柱頂最高點標高為57m，鋼柱分節(jié)重量大，最重為19.5t。下圖一為塔柱立面及合肢部分剖面圖。
　　
　　
　　
　　                                        
　　
　　　　　2施工難點
　　本工程A型塔柱鋼柱截面大，鋼板較厚，合肢后的鋼柱與管桁架預(yù)應(yīng)力管道、鋼桁架埋件、預(yù)埋電管、水管等交錯相接，節(jié)點非常復(fù)雜。若按照整體合肢部分進行分段分節(jié)，分節(jié)后的單節(jié)重量遠遠超出了現(xiàn)場吊裝設(shè)備的最大起重能力，同時分節(jié)后的斷面尺寸大大超過了運輸車輛的尺寸，給施工及運輸帶來了極大困難。由于合肢部分外露牛腿全部為支撐中間大跨度桁架節(jié)點，設(shè)計要求鋼柱無法減小分節(jié)。為了減少單節(jié)鋼柱重量且滿足現(xiàn)場安裝及運輸要求，特將鋼柱合肢部分分成兩邊H型鋼柱及中間豎長腹板三塊分段吊裝，上部進行合肢焊接。安裝時先將兩側(cè)H型鋼柱吊裝、測量校正、部分焊接，然后再進行兩根H型鋼柱中間豎長腹板部分的拼裝，校正后再進行焊接。由于鋼柱分體后腹板與兩側(cè)H型鋼柱的焊接，造成單條豎向焊縫長度大，且焊接位置全部為立焊縫，最大單條焊縫長度為9.5m，鋼板厚度為35mm，豎長焊縫總長度696m，金屬填充量約3.5t，現(xiàn)場焊接量大、焊接變形很難控制（下圖二為一塔柱合肢部分分段截面標高及現(xiàn)場施工人員正在進行中間豎長腹板的安裝圖示）。
　　
　　                                   
　　                                                                                        　　圖二
　　3焊接前的準備工作
　　為了保證A型塔柱合肢部分豎向連接腹板超長焊縫的質(zhì)量，需提前建立焊接質(zhì)量控制措施，配備焊接人員，做好焊接的前期準備工作。
　　3.1明確目標，制定超長焊縫的質(zhì)量控制措施；
　　3.2人員配備
　　為確保焊接質(zhì)量，參與中間腹板豎向焊縫焊接的人員，須100%持證上崗，并通過現(xiàn)場舉行的焊工附加考試。同時應(yīng)挑選操作水平高、質(zhì)量和安全意識強的優(yōu)秀焊工；焊接過程控制由項目部鋼結(jié)構(gòu)工程管理部及專業(yè)焊接技術(shù)人員進行全程監(jiān)控，針對焊縫長度和工作量，具體安排作業(yè)人數(shù)及投入的焊接設(shè)備數(shù)量。
　　3.3焊接參數(shù)的選擇
　　為了保證焊接質(zhì)量，焊接前應(yīng)對超長焊縫進行專項焊接工藝評定，以確定合理的焊接電流、電壓、二氧化碳氣體流量、焊接時的運條方法以及焊接層數(shù)及道數(shù)等等。本工程焊縫焊接全部采用CO2氣體保護焊，選用錦泰JM-56焊絲                        
　　3.4焊接防護措施
　　由于16根A型塔柱焊接工作量巨大，焊接時間長，必須提前做好天氣情況的收集整理工作和制定出相應(yīng)預(yù)防措施。焊接前搭設(shè)全封閉的安全操作平臺和防風(fēng)、防雨棚，以保證焊接過程中不受氣候條件和外界因素影響。焊接安全操作平臺使用鋼管及腳手板搭設(shè)，如下圖三所示。
　　                                  
　　                                                                                            圖三
　　4焊接工藝措施
　　4.1中間的豎向大腹板在與左、右側(cè)鋼柱焊接前，首先應(yīng)按圖紙要求組裝至左、右側(cè)鋼柱腹板規(guī)定的中間位置，并采用定位焊焊接牢固；而后按圖紙要求裝配左右側(cè)鋼柱間橫向加勁板，并用定位焊焊接牢固。定位焊時，應(yīng)適當加大焊接電流10～20%，定位焊縫長度均應(yīng)大于40mm，收弧時務(wù)必要填滿弧坑，定位焊縫的間距為500～600mm，定位焊焊縫如有發(fā)現(xiàn)氣孔或裂紋時，必須清除后重焊，構(gòu)件形式如圖四所示。
　　4.2在完成左、右側(cè)鋼柱焊接后，進行左右側(cè)鋼柱間橫向加勁板的焊接，按圖四中○1～○8的先后順序進行焊接(正面與背立面的橫向加勁板的焊接相同)。每一加勁板與左、右側(cè)鋼柱翼緣板兩側(cè)的兩條焊縫的焊接，應(yīng)由兩名焊工同時、同步、同規(guī)范進行焊接，焊接方向為由下向上。背立面橫向加勁板，在正面橫向加勁板焊接時，也應(yīng)同時進行焊接，且要求與正面焊接工藝方法相同。
　　4.3正面與背立面橫向加勁板焊接完畢后，再進行中間豎向大腹板的焊接。中間豎向大腹板的焊接，先進行腹板的對接焊縫的焊接。可將此焊縫分為兩段進行焊接，從中間向兩端對稱進行焊接，見圖五中節(jié)點□B示意。焊道布置參考圖五中(a)所示。
　　4.4完成中間豎向大腹板對接焊縫的焊接后，再進行中間腹板與左右兩側(cè)鋼柱腹板的T形對接與角接組合焊縫的焊接。由于焊縫較長，可按1.2～1.5m將左右側(cè)焊縫分為6～8段，而后分層分段退焊進行焊接，即在上一等份的下部開始起焊，往上焊接，之后再由下一等份的下部開始往上焊接，以相同的方法將整條焊縫施工完成。焊接過程中應(yīng)保證同一分段內(nèi)的豎向大腹板與左右側(cè)鋼柱的腹板的焊接同時、同步、同規(guī)范參數(shù)進行焊接。焊道布置參考圖五中(b)所示，焊腳尺寸K控制在9mm左右。
　　
　　                           
　　
　　　　
　　圖四
　　
　　      
　　　　                 　　4.5為減小由于中間豎向大腹板與左右兩側(cè)鋼柱腹板的T形對接與角接組合焊縫焊接產(chǎn)生的角變形，在中間腹板T形焊縫焊接前，按間距1m左右設(shè)置臨時支撐，具體見圖六所示。待T形焊縫焊接完畢后，對加設(shè)的臨時支撐進行割除，并對加設(shè)支撐位置打磨平整，必要時應(yīng)補焊后再打磨平整。
　　                       
　　　                                           　圖六
　　5焊接過程中的質(zhì)量控制
　　5.1防止焊接變形應(yīng)力的措施
　　5.1.1采取必要的防止焊接變形的措施：如焊接前先焊接兩側(cè)鋼柱中間的連接板及加焊臨時支撐板等；
　　5.1.2采用分層、分道退焊的方法進行施焊；
　　5.1.3分區(qū)域多機對稱焊接。在對稱位置的兩名焊工，應(yīng)盡量保持同時、同速施焊，并選擇相同的焊
　　接電流參數(shù)及每層的焊接厚度，保證相同的焊接熱輸入，使焊接收縮趨于同步。
　　5.2防止冷裂紋及層狀撕裂的措施
　　5.2.1針對長焊縫特點采取分段分層退焊焊接，勻速焊接，并保持連續(xù)施焊，使焊接應(yīng)力分散，有效的減小峰值應(yīng)力，減少焊接冷裂紋及層狀撕裂的產(chǎn)生。并且兩條長焊縫采取完全對稱、同時焊接的措施；
　　5.2.2選用優(yōu)秀焊工，減少因焊接質(zhì)量問題造成的焊縫缺陷及碳弧氣刨的使用。對部分焊接缺陷確需使用碳弧氣刨的，其使用后應(yīng)采用角向磨光機磨去刨削部位表面附著的高碳晶粒，避免焊縫裂紋的產(chǎn)生；
　　5.2.3控制坡口尺寸和焊縫截面積，防止過量熔敷金屬導(dǎo)致收縮和應(yīng)力增大。盡量控制焊縫表面的余高，并使之平緩過渡，以減少焊趾部位的應(yīng)力集中；
　　5.2.4使用高純度的二氧化碳氣體進行焊接，即其二氧化碳含量（V/V）不得低于99.9％，水蒸氣與乙醇總含量(m/m)不得高于0.005％，并不得檢出液態(tài)水；
　　5.2.5焊接前在焊道兩側(cè)各100mm范圍內(nèi)均勻進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度的測量在距焊道50mm處進行，預(yù)熱溫度應(yīng)為70~100℃，層間溫度控制在160~200℃。后熱處理應(yīng)于焊后立即進行，后熱的加熱范圍為焊縫兩側(cè)各100mm，溫度要求達到200~300℃，后熱時間為1小時/每30mm板厚，焊縫后熱達到規(guī)定溫度后，采用保溫棉進行保溫直至焊件緩慢冷卻至常溫。
　　6焊接注意事項
　　為確保塔柱鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中的焊接質(zhì)量，在焊接過程中必須注意以下幾點：
　　6.1焊工必須持證上崗且經(jīng)驗豐富、責(zé)任心強，過程中要加強對其焊接行為的控制；
　　6.2塔柱焊接各主要構(gòu)件的組對及焊接順序要嚴格控制；
　　6.3焊接操作平臺及防風(fēng)、防雨措施要到位，盡可能減少外界大氣對棚內(nèi)焊接環(huán)境的侵擾；
　　6.4按工藝評定中的指導(dǎo)要求，采用合理的焊接電流、焊接電壓、焊接速度及正確的運條方法，每焊接完成一道焊縫，需徹底清理焊縫中的雜質(zhì)，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷要及時采用碳弧氣刨將其徹底清除，并使用磨光機打磨平整光滑，方可進行下一道焊縫的焊接；
　　6.5整條焊縫焊接完成后，焊接人員要對其外觀進行檢查，發(fā)現(xiàn)表面有氣孔、夾渣、焊瘤、未熔合等質(zhì)量缺陷時應(yīng)及時予以清除并修補完整，使焊縫外觀質(zhì)量達到規(guī)范驗收標準。同時徹底清除焊縫兩邊l00mm范圍內(nèi)的焊接飛濺等雜質(zhì)，以方便下一步超聲波對焊縫的內(nèi)在質(zhì)量進行檢測；
　　6.6焊縫焊接完成24h后，對焊縫進行超聲波無損探傷檢測，發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部存在質(zhì)量問題，必須使用碳弧氣刨將焊接缺陷完全清除并用磨光機打磨干凈，重新補焊修復(fù)，使焊縫質(zhì)量滿足規(guī)范及設(shè)計的各項要求。
　　7施工效果
　　廈門西站房A型塔柱鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約4000噸，現(xiàn)場安裝焊接全部為一級焊縫，施工焊接量約為4850延長米焊縫。通過對焊接工藝的優(yōu)化和強有力的監(jiān)控、焊接過程各道工序的有效制約，經(jīng)過極其嚴格的100%無損探傷檢測，焊縫一次合格率為98.2%，一次返修合格率為100%。在A型塔柱鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，通過技術(shù)及工藝創(chuàng)新，在超長豎向焊縫焊接施工方面總結(jié)出一系列科學(xué)合理的施工方法及施工工藝，為今后在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工類似工程方面提供了很好的借鑒。
　　參考文獻：
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