超高层钢结构建筑厚板焊接工艺分析

孙和礼

（甘肃省科工建设集团有限公司，甘肃 兰州 730050）

0 引言

超高层钢结构建筑是现代建筑工程常用的结构类型，能提升建筑的安全可靠性。但是，在超高层钢结构建筑工程施工期间，需要运用到各种厚板焊接工艺。本文结合工程案例，对超高层钢结构建筑厚板焊接工艺进行研究，通过有效的工艺技术，确保超高层钢结构建筑的焊接质量，满足建筑质量的相关要求，发挥超高层钢结构建筑的功能与作用点，满足实际需求。

1 工程概况

某超高层钢结构建筑，设计高度为184.5m，地上、地下分别是36、3 层，箱型钢管柱，其界面类型以H 型、箱型为主，钢斜撑为H 型，地上前3 层施工900mm 方形屈曲支撑，钢结构的连接方式包括焊接、螺栓连接、栓焊连接等。为了提升施工质量与安全，该工程对酒店塔楼钢柱选择了十字型和H 型2 种，其中材料选择Q345B 与Q345GJB 低合金结构钢为基础，共使用约2万吨。构件都是在工厂预制后送到施工现场，并在现场进行拼装。所以现场焊接工程量较大，并且厚板的数量较多，如果不能对厚板焊接工艺进行有效控制，就会给工程质量带来影响。

2 焊接形式简介

焊接形式主要有以下几类，厚板焊接需根据实际情况进行选择[1]。

2.1 熔焊

熔焊是一种较为常见的焊接方式，主要通过加热方式，使焊件接头融化，促进原子间的相互扩散，实现可靠连接，冷却凝固后，焊接接头具有牢固的特点，常见的焊接方式包括电弧焊、电渣焊、气焊和气体保护焊等。

2.2 压焊

压焊需要预先给焊接件施加压力，这一过程中，可以给焊接件加热，也可以不加热。

（1）对焊接件进行加热，并根据实际需求，增加适当的压力，促使金属原子间相互结合，进而形成焊接接头，这种焊接方式包括锻焊、摩擦焊、气压焊和接触焊等。

（2）不进行加热，仅在被焊金属的接触面给予足够的压力，促使接头在压力的作用下，发生塑性形变，使原子间相互结合，最后成为牢固的焊接接头，这种焊接方式包括冷压焊、爆炸焊等，主要适合用于复合钢板的焊接中。

2.3 钎焊

钎焊是选择一种比母材熔点更低的金属材料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，钎料会提前液化，然后钎料会润湿母材，并在接头之间的缝隙处与母材相互扩散，从而实现对母材的焊接。这种焊接方式比较常见，包括烙铁焊、火焰钎焊。

以上3 种都是常见的焊接方式，实际应用中，需要结合工程的基本需求，合理选择焊接形式，通常对横焊、立焊和平焊几种方法进行综合利用，截面形式可以按照口型、H 型和卍型进行选择[2]。

另外，该工程中对厚板进行焊接之后，选择无损检测技术对焊缝进行验收。

3 厚板焊接工艺选择

3.1 焊材与焊接设备的选型

实际工作中，首先需要对焊材和焊接设备进行合理选型，同时，对焊接方式进行控制，从而满足焊接施工质量要求。该工程选择的焊材见表1。

表1 焊材的规格情况

E5016 为现场手工电弧焊设备，实心焊丝（可选择ER50-6+药芯焊丝）处理。现场的焊丝化学成分以及熔敷力学性能需要有资历的单位进行检测，合格后方能继续使用。同时，施工时焊接量大，可选择NBC-500 焊机，这类设备体积小且焊接工作优秀，稳定性强，可有效提升焊接效率和焊接质量。

3.2 关键点的焊接工艺

厚板关键节点的焊接工艺选择需要结合工程的实际情况，对焊接力学性能进行分析，第一、三层，需要根据精细化要求处理，做好焊接变形处理。当一到三层完成焊接之后，对外口进行焊接处理，最后对剩余部位进行焊接处理。不同的截面钢柱、钢梁可以按照相应的顺序进行焊接[3]。

3.3 焊接工艺及技术

3.3.1 焊前预热

焊接过程中，对100mm 左右的中厚板，需要焊前采用火焰预热，预热温度不宜过高，也不宜过低，该工程选择120℃作为预热温度。同时，预热范围也要合理控制，确保预热范围在焊缝上下150mm 左右，选择红外温度仪器作好温度测量工作，测温工作需要等火焰离开之后方可开展。

3.3.2 多层多道焊

在对厚板焊接时，需要进行打底5mm 焊接，采用多层多道焊，且每一层厚度＜5mm，如果厚度太大，不利于控制质量。焊接时，焊枪溢出的CO2保护范围比较有限，因此每层焊缝宽度需控制在15mm 左右,但此时可能会出现气孔，因此，该项目控制每一层的焊缝宽度在10mm 左右，所以10 层厚板的厚度约为100mm。这样一来，就可以让每一层的焊缝由多道焊缝构成，分层多道焊接工艺能够提升焊接质量，确保符合厚板的焊接需求，降低安全隐患和质量隐患。

3.3.3 层间温度控制

施工期间为了避免时间过长导致焊缝冷却后出现断层的现象，在实际焊接时，需对层间温度进行监测，结合实际情况，温度控制在120～250℃间。且在焊接时需要做好连续施工工作，如果中间出现温度低于120℃情况，下次焊接时，需要重新对材料进行加温，确保温度达到指定的温度后再施行焊接。

3.3.4 焊接参数的确定

在焊接过程中，由于使用了大量的CO2气体保护焊，所以实际施工中，需要对焊接参数进行有效控制，包括气体流量、焊接速度等，提升焊接质量，以符合工程需求。该工程的焊接参数如表2 所示，需严格按照表2 对焊接参数进行控制，才能有效降低各类因素给施工带来的影响，确保厚板的焊接质量。

表2 焊接参数

3.3.5 焊后处理

在焊接完成后，为保证焊接的最终质量，需对焊缝进行清洁处理。首先对焊缝表面进行处理，主要是对熔渣、金属飞溅物进行控制，再对焊缝的外观质量进行检测。另外，构件最重要的节点焊缝，需检查外观，保障外观是合格的，同时在焊缝附近打上钢印。最后，磨平外露的钢构件对接接头焊缝余高，达到与被焊材料同样的光洁度，选择防腐涂料，对焊缝进行涂饰，降低焊缝生锈的概率，确保施工的质量[4]。

3.4 焊后余温的监测

在焊接完成后，还需要对焊接的余温进行监测，保证焊缝余温符合要求，确保焊缝质量，保证焊缝后续的服务能力，避免厚板的焊接隐患。

4 结束语

本文结合实际工程，对厚板焊接工艺和应用进行研究，选择合理的焊接工艺及技术对厚板进行焊接[5]，保证厚板焊接质量符合施工的要求，确保厚板在超高层建筑中发挥相应的功能与作用，进而积极推动超高层钢结构建筑的推广和应用。