珠海十字门喜来登酒店钢结构工程安装焊接技术

汪晓梅

1. 工程概况

珠海十字门中央商务区会展商务组团一期工程包括国际会议中心、国际展览中心、标志性塔楼、喜来登五星级酒店、公寓式酒店、城市绸带等六个单体，总计用钢量约5万t。其中喜来登酒店结构用钢量约5 000t，其主体结构体系为框架剪力墙结构体系，钢结构主要为地下室至转换层顶部的劲性柱、核心筒内钢框架、中庭转换桁架、两端悬挑桁架及部分悬挑结构。

喜来登酒店钢结构材质主要为Q390B、Q390GJC、Q345B、Q345GJB等。钢结构件类型包括圆管柱、H型柱/梁、十字柱、箱型梁等，主要板（管）厚度为6~80mm。中庭转换钢桁架结构形式为箱型，钢桁架高度为7.9m，＞40mm的材料全部采用Q390GJC，单榀桁架最重约为330t，单根最重吊装桁架梁为65t。

本工程在安装过程中，以中庭转换桁架为分界段，遵循“先下后上、先主后次、流水作业”的思路。现场安装焊缝主要涉及柱、桁架梁、支撑等对接，其中转换桁架的焊接列为关键工作。

2. 焊接特点与难点

（1）构件形式多、尺寸大，焊接质量要求高 构件截面有圆钢管、H型、十字型和箱型等多种形式，钢柱尺寸最大为φ1 600mm×50mm，箱型的最大截面尺寸为 1 000mm×1 200mm×80mm×80mm。现场所有的对接焊缝均为全熔透焊缝，焊缝质量等级为一级。

（2）材料强度高 喜来登酒店转换桁架板厚规格为40~80mm的材料全部为Q390GJC，我公司首次使用厚度达80mm的Q390GJC，且该钢种发展历程较短，在建筑钢结构中应用典例较少，其钢板性能可能存在不稳定性，焊接的可靠性还有待摸索。在工程施焊前，需要进行大量的焊接工艺研究工作，以确保现场施焊工艺安全可靠。

（3）焊接量大，焊接变形控制困难，焊接叠加应力较大 本工程结构构件密集、节点数量多、体积大、重量重、壁厚、强度高、刚性大、构造复杂，焊接时易产生较大的应力，控制不当易产生裂纹。

（4）高空作业多，焊接位置复杂，对焊工技术水平要求高 受结构形式、结构大小、重量的影响及运输条件的限制，现场拼接、高空作业多，高空焊接量大。高空焊接位置包括平焊、横焊、立焊、仰焊等全位置。尤其是箱型梁下翼缘板的焊接全部为仰焊，高质量的焊缝质量要求对于焊接操作人员体能、技能等都是巨大的挑战。

（5）施焊环境复杂，对焊接质量影响大 本项目所在地属于亚热带海洋气候，施焊环境湿度大、雨水多，受台风影响大，对现场焊接很不利，焊前的防风雨、防潮湿技术措施难度加大。

3. 焊接准备工作

焊接准备工作主要围绕人员、材料、机械设备、工艺方法、环境等方面进行，这里针对本工程项目，重点介绍如下准备工作。

（1）现场焊接质量管理体系准备 本工程以项目部为核心，质量技术管理部门为导向，现场配备相应的焊接工程师、焊接技师和专业质检人员，建立了科学、高效、严密的焊接质量管理体系，从管理层到作业层，明确相关工程师、技师和作业人员的具体责任。

（2）技术准备 第一，选择合适的焊接方法，保证质量和进度的同时，减少焊接残余应力和变形。

根据本工程所用母材的性能、现场结构形式、技术要求及本公司的装备条件，现场施焊拟定以实芯焊丝气体保护焊（GMAW）、药芯焊丝气体保护焊（FCAW）为主要焊接方法，以提高施焊效率，减少焊接变形和焊接残余应力。因施焊空间有限时，故予以焊条电弧焊（SMAW）为辅助焊接方法。GMAW、FCAW、SMAW的焊接材料分别为ER50—6、E501T—1、E5015。

第二，焊接工艺评定试验，验证拟定的焊接工艺可行性。评定合格的焊接工艺是正式施焊工艺质量的保证，其主要流程为：拟定焊接工艺项目→编制焊接工艺指导书→焊接试板→无损检测→力学试验→试验结果评价→编制报告等。其中，确定焊接工艺评定项目和拟定焊接工艺指导书是重点。

首先，确定焊接工艺评定项目的要求。根据工程施焊材料、板厚规格、焊接位置、接头形式等，结合公司已有评定合格的焊接工艺，拟定本工程与Q390GJB、Q390GJC有关的评定项目要求如表1所示。

表1 珠海十字门项目焊接工艺评定项目拟定要求

其次，确定焊接工艺的要求。

本工程涉及到的工艺要求如下：

坡口要求：综合考虑设计节点处的焊接接头的可达到性、可施焊性，尽可能减少坡口的填充金属等，设计的对接坡口、T形对接与角接组合焊缝坡口分别如图1、图2所示。

图1 对接焊缝坡口

图2 T形对接与角接组合焊缝坡口

焊接参数：具体焊接参数如表2所示。

预热温度与范围：Q390GJC的40mm、80mm厚板焊接时需电预热。拟定40mm板预热温度为100℃，80mm预热温度为120℃，预热范围为坡口两侧各两倍板厚内，且≥100mm。

技术措施：在评定试板施焊前，清理油污、油锈等，并在施焊中多层多道焊，立焊从下往上焊。

第三，焊接专项方案。鉴于本工程焊接的复杂性，不仅对单体工程编制了专项焊接方案，而且针对喜来登酒店转换桁架的焊接，编制了关键项目专项焊接方案。在专项方案中，从总体焊接顺序的安排，到节点的施焊都提出了更为详细的要求。做到施焊过程中，每一步都有据可依，有章可循。

（3）焊接材料防潮防湿准备 本工程施工现场环境的特殊，面临雨水多、湿度大等环境特点，现场用施焊材料，如药芯焊丝、碱性焊条等必须采取相应的措施防潮防湿。除了一般的焊接材料存放、使用制度外，在本工程中重点强调了药芯焊丝的限制领用制度。严格要求药芯焊丝当天领用当天用完，避免药芯焊丝受潮，影响焊缝的质量。

（4）焊接作业人员准备 本工程从工程之初就开始对作业人员进行摸底、培训、考核，所有上场焊工通过培训考试合格，并现场模拟考试合格后方可正式上场作业。

第一，焊工培训、取证与现场模拟考试。本工程要求所有上场的焊接人员必须持双证（“金属焊接切割特种作业人员操作证”和“焊工合格证”）上岗。针对现今用工状况，现场焊接作业人员操作技术水平参差不齐，公司专门派出技术人员针对上场焊接作业人员进行了焊接技术工艺、焊接技术安全理论培训和实践操作培训。

对于现场经验较少的焊接作业者而言，虽然通过了《建筑钢结构焊接技术规程》相关施焊项目的技术考核，但是在现场有必要进行焊前模拟试验，以检验焊接作业者在现场施焊环境中对施焊要求的处理能力。

第二，焊工技术交底、安全交底。针对本工程的作业特点，由现场焊接技术人员按照工艺方案对质量检验人员、焊接作业人员等进行技术交底，每一个技术工艺细节都要强调到位。另外，现场安全管理人员针对焊接这一特种作业结合现场焊接操作空间状况，对焊接作业人员进行安全交底。

在本工程施工过程中，焊接作业人员可能会出现调动等现象，现场焊接管理人员随时追踪这些信息，随时根据具体情况可进行多次焊接技术交底。

（5）施焊环境准备 针对该工程高空作业多，施焊环境湿度大，受台风影响大，所以在工程焊接前，要对施焊期间的天气情况充分了解，并及时采取相应的措施，如焊前有效除湿、搭设防风雨棚等，充分做好施焊前准备，以保证焊接质量。

（6）经济奖惩措施 项目部制定了人性化的奖罚制度，对焊缝检测一次合格的焊接作业者进行嘉奖，对合格率较低的则进行处罚，甚至取消焊接资格。

表2 不同焊接方法的焊接参数

4. 现场施焊工艺

这里重点介绍该工程的典型焊接坡口、焊接位置状况、焊接顺序、除湿、预热及消氢等要求。

（1）典型接头坡口 钢柱现场焊接与箱型梁现场焊接接头坡口如图3、图4所示。

（2）焊接位置 横焊、平焊、立焊、仰焊等全位置。

（3）除湿、预热与消氢 对于不需要预热的焊接构件表面，在施焊前采用火焰烤干，充分除湿、保持焊接区域干燥后，方可进行正式焊接。

对于＞20mm的Q390GJ钢，焊接前要进行预热。采用铠装电加热片伴随预热，由温控仪通过热电偶自动控温。热电偶设在其控制的2片加热片的中间，距焊缝坡口边缘50mm处，根据不同的板厚（20~80mm），预热温度为60~120℃。焊接过程中，层间温度不低于预热温度。

根据结构的拘束状况，本工程中要求≥40mm的板厚焊接完毕后立即进行消氢处理。焊后利用预热装备立即升温到250 ℃，保温时间应根据工件板厚按每25mm板厚≥0.5h，且总保温时间≥1h确定，然后缓冷至常温。

（4）合理安排焊接顺序 本工程中的施焊顺序，我们从大局和细节两方面入手考虑。大局上即考虑整体结构的施焊顺序，细节上即考虑单个节点、单条焊缝的焊接顺序。

第一，整体焊接顺序。①以吊装思路为导向，先下部结构后上部结构；同一层面施工中，则先柱后梁，杆件与节点的焊接应采用多点同时对称施焊的顺序，避免同时集中一个区域。②对于复杂的转换桁架，先主弦杆，后次弦杆；先下弦杆，后上弦杆，最后焊上下弦之间的腹杆。腹杆先焊杆件截面较大、杆件钢板较厚、变形较大的对接焊缝。③同一杆件梁端的焊缝焊完一条待其冷却后再焊另一条，同一杆件的两条焊缝不得同时焊接。

第二，节点焊接顺序。如图5所示。图示顺序为①→②→③→④。若同一图中，同一个顺序编号，可以由多名焊工同时施焊。

第三，焊缝焊接顺序。单条焊缝较长时，采用分段、退步焊；每条焊缝采用多层多道焊。

（5）其他焊接工艺要求 ①现场的焊接参数依据焊接工艺评定合格的参数。②引弧应在焊道处进行，严禁在焊道区以外的母材上起弧。③施焊中，应特别注意接头和收弧的质量，收弧时应将熔池填满。④多层多道焊时，接头错开30~50mm，并连续施焊。⑤焊接宜连续施焊，每层焊道焊完后应及时清理检查，清除缺陷后再焊。

图3 各种截面形式的钢柱对接坡口

图4 箱型梁对接坡口

图5 典型柱、梁节点的焊接顺序

5. 结语

喜来登酒店钢结构现场一级对接焊缝总长约2 100m，其中板厚≥40mm的一级焊缝共约1 700条，长度约900m。所有的焊接结构件的整体安装焊接变形控制良好，几何尺寸、焊缝外观、焊缝内部质量均符合设计图样和规范要求。焊缝质量由珠海市建筑工程质量监督检测站进行无损探伤检测，其中一次探伤合格率达98.4%，一次返修后探伤合格率为100%。本工程荣获了2013年度全国优秀焊接工程一等奖。