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1、管理与技术2006年第4期国家体育场钢结构工程焊接技术总结一冶工业安装公司曹仁1工程概况1.1工程特点1.1.1国家体育场工程为2008年北京奥运会主会场。可容纳10万人同时观看比赛。我单位承接钢结构工程(P9～P18线)的拼装任务,其工程量约12000t。该工程有如下特点:(1)设计新颖,空间钢结构由24榀门式桁架围绕着体育场内部碗状看台区旋转而成,结构组件相互支撑、形成网格状构架,组成体育场整体的“鸟巢”造型;(2)用钢量大,主体钢结构部分约5万吨,堪称中国的“艾菲尔铁塔”;(3)使用了特殊钢材,其桁架柱的柱脚采用铸钢(GS-20Mn5V,调质),组合柱的内柱部分采用Q460E(Z35)钢
2、,其它钢材为Q345GJD;(4)采用厚板多,柱脚的铸钢件厚度为142mm、152mm,内柱Q460E钢材的厚度为110mm,其它的板厚为100mm、90mm、80mm、60mm、50mm等。1.1.2本工程钢结构的连接方式全部采用焊接连接,所以在焊接上有以下四大特点:(1)焊接量大及板厚大,其一件组合柱在现场拼装的焊缝数量达500余米;大部分组合柱的内柱的板厚全部超过60mm;(2)特殊钢的焊接,有GS-20Mn5V(铸钢)、Q460E(Z35)的焊接。其中本工程焊接的Q460E板厚达110mm,这在世界上是首次厚板大规模使用;(3)变形难以控制,杆件截面均为箱型断面,整体构件为复杂型弯扭构
3、件,且无以往经验可借鉴,所以焊接产生的应力、变形收缩值和层状撕裂很难控制;(4)焊接质量要求高,所有现场拼装焊缝为一级焊缝,焊缝余高0～1mm,焊缝宽度偏差不超过3mm,焊缝外观成型美观等。1.2结构特点1.2.1桁架柱由两根1200mm×1200mm箱型外柱和一根1365mm×2516mm菱形内柱组成的三角形格构式。内柱与柱基础的连接采用铸钢件过渡,两外柱与内柱连接采用1200mm×1000mm的腹杆,外柱与外柱之间的连接采用1200mm×1200mm的柱间次结构。1.2.2主桁架上弦杆箱型截面基本为1000mm×1000mm,下弦杆箱型截面基本为800mm×800mm,腹杆箱型截面基本为6
4、00mm×600mm,腹杆与上下弦杆相贯,屋顶矢高13.500m。1.2.3立面次结构箱型截面基本为1200mm×1200mm,顶面次结构箱型截面基本为1000mm×1000mm。主结构均为大截面箱型构件,节点在空间汇交多根杆件;次结构节点复杂多变、规律性少。部分相临杆件相交角度小,给焊接工作带来困难。1.3焊接概况1.3.1焊接母材材质为低合金钢和铸钢,有Q345钢(含Q345C、Q345D、Q345GJD-Z35、Q345GJD-Z25、Q345GJD-Z15、Q345GJD)、Q460E(Z35)、GS-20Mn5V(铸钢)。焊接接头材质的组合有:①Q345钢+Q345钢、②Q460E钢
5、+Q345钢、③Q460E钢+Q460E钢、④Q345钢+GS-20Mn5V铸钢、⑤Q460E钢+GS-20Mn5V铸钢。1.3.2坡口形式152006年第4期管理与技术坡口形式全部采用单边V型坡口带钢垫板。接头形式大部分为对接接头和少部分T型接头。对接接头坡口形式见表1,T型接头坡口形式见表2。表1对接接头坡口形式bα1SMAWO835°全焊透焊接bα1GMAWF,HFCAW-GV835°表2T型接头坡口形式bα1SMAWO835°全焊透焊接bα1GMAWF,HFCAW-GV835°表中:SMAW—手工电弧焊;GMAW—半自动实芯焊丝CO2气体保护焊;FCAW-G—半自动药芯焊丝CO2气体保
6、护焊。F—平焊;H—横焊;V—立焊;O—仰焊。1.3.3焊接位置焊接位置为平、横、立、仰以及斜仰、斜立等全方位的焊接。2焊前工作2.1焊工资格要求由于本工程的重要性和特殊性,凡参与施工的焊工需参加以下培训考试:(1)验证考试参加本工程的焊工必须经过公司后方基地的培训,根据本工程实际工况和焊工证所规定的项目进行针对性的训练,合格后方可进行验证考试。验证考试须经过国家体育场城建国华钢结构分部和冶金建设焊工考试委员会组织的焊工验证考试,合格者具备焊接操作的一般资格。凡参与施工的每个焊工需经过验证考试。16管理与技术2006年第4期(2)强化培训需要进行立焊、仰焊、Q460钢焊接等特殊位置和特殊项目焊
7、接,还须参加由冶金建设焊工考试委员会组织的采用厚板、并模拟工程实际工况进行的集中强化培训。参与强化培训的焊工数量由各单位根据工程实际情况择优参加。2.2焊接工艺评定根据本工程的重要性和特殊性,所有焊接项目需重新进行焊接工艺评定,焊接工艺评定项目(参见表3、表4)必须全部覆盖工程的焊接项目。焊接工艺评定的焊接由各单位选派2～3名合格焊工参加。表3焊接工艺评定项目序号评定项目预热温度(℃)焊材的选用1
