鸟巢焊接技术.pptx

会计学1鸟巢焊接技术鸟巢焊接技术2国家体育场看台的放射状混凝土框架结构与环绕国家体育场看台的放射状混凝土框架结构与环绕它们并形成主屋盖的空间钢结构完全分离。空间钢结它们并形成主屋盖的空间钢结构完全分离。空间钢结构由构由2424榀门式桁架围绕着体育场内部碗状看台区旋转榀门式桁架围绕着体育场内部碗状看台区旋转而成，其中而成，其中2222榀贯通或基本贯通。结构组件相互支撑、榀贯通或基本贯通。结构组件相互支撑、形成网格状构架，组成体育场整体的形成网格状构架，组成体育场整体的“鸟巢鸟巢”造型。造型。所有钢结构构件形成结构及建筑外形。所有钢结构构件形成结构及建筑外形。第2页/共45页3n n工程工程0.0000.000标高相对于绝对标高为标高相对于绝对标高为43.50m43.50m，钢结构屋，钢结构屋盖呈双曲面马鞍型，南北向结构高度为盖呈双曲面马鞍型，南北向结构高度为40.746m40.746m，东西向结，东西向结构高度为构高度为67.122m67.122m。屋顶主结构均为箱型截面，上弦杆截面。屋顶主结构均为箱型截面，上弦杆截面基本为基本为1000mm1000mm1000mm1000mm，下弦杆截面基本为，下弦杆截面基本为800mm800mm800mm800mm，腹杆截面基本腹杆截面基本600mm600mm600mm600mm，腹杆与上下弦杆相贯，屋顶矢，腹杆与上下弦杆相贯，屋顶矢高高12.00m12.00m。竖向由。竖向由2424根组合钢结构柱支撑，每根组合钢结构根组合钢结构柱支撑，每根组合钢结构柱由两根柱由两根1200mm1200mm1200mm1200mm箱型钢柱和一根菱形钢柱组成，荷箱型钢柱和一根菱形钢柱组成，荷载通过它传递至基础。立面次结构截面基本为载通过它传递至基础。立面次结构截面基本为1200mm1000mm1200mm1000mm，顶面次结构截面基本为，顶面次结构截面基本为1000mm1000mm1000mm1000mm。第3页/共45页41 1 1 1、钢结构设计重量、钢结构设计重量、钢结构设计重量、钢结构设计重量 n n主桁架：主桁架：1272012720吨吨n n组合柱：组合柱：1254812548吨吨n n次结构：次结构：1167011670吨吨n n楼楼 梯：梯：41374137吨吨n n马马 道：道：800800吨吨n n合合 计：计：4187541875吨吨 第4页/共45页52 2 2 2、钢材型号厚度钢材型号厚度钢材型号厚度钢材型号厚度 钢钢板板的的最最大大厚厚度度100mm100mm。当当钢钢板板厚厚度度34mm34mm时时，采采用用Q345Q345钢钢材材；当当钢钢板板厚厚度度36mm36mm时时，采采用用Q345GJQ345GJ钢钢材材；少少量量厚厚钢钢板板采采用用Q460Q460、S460MLS460ML钢材。局部采用铸钢件。钢材。局部采用铸钢件。厚度分布：厚度分布：组组合合钢钢柱柱除除少少量量棱棱形形柱柱底底部部和和顶顶部部为为90100mm90100mm，其其余余为为5080mm5080mm，另外两根方形斜柱板厚绝大多数为另外两根方形斜柱板厚绝大多数为3030、2525、20mm20mm。桁桁架架上上弦弦杆杆个个别别段段为为50mm50mm外外，其其余余均均在在40mm40mm以以下下，大大多多数数为为3030、2525、20mm20mm。桁架下弦杆个别段为桁架下弦杆个别段为5050、42mm42mm外，其余绝大多数为外，其余绝大多数为20mm20mm。腹杆为腹杆为2020、1414、10mm10mm，多数为，多数为10mm10mm。次结构板厚最大次结构板厚最大36mm36mm，绝大部分为，绝大部分为20mm20mm以下。以下。第5页/共45页63 3 3 3、钢材性能、钢材性能、钢材性能、钢材性能冲击性能要求冲击性能要求钢材牌号主结构次结构Q345、Q345GJD级，-200C时AK34JC级，00C时AK34JQ460、S460MLE级，-400C时AK34J-Z Z向性能要求向性能要求钢板厚度(mm)T4040t6060t80t80Z向要求-Z15Z25Z35第6页/共45页7二、工程特点二、工程特点二、工程特点二、工程特点1、工程规模大，构件吨位重n n 马马鞍鞍形形钢钢屋屋盖盖长长轴轴约约333m333m，短短轴轴约约280m280m；内内环环长长轴轴约约182m182m，短短轴轴约约124m124m；矢高；矢高12m12m。n n 组组合合钢钢柱柱最最大大重重量量约约重重520t520t，每每延延米米最最重重约约10t10t；主主桁桁架架每每延延米米最最重约重约3t3t。第7页/共45页82 2、节点复杂、节点复杂、节点复杂、节点复杂n n 主结构均为大截面箱型构件，节点在空间汇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、规律性交多根杆件；次结构节点复杂多变、规律性少。少。组合钢柱组合钢柱组合钢柱组合钢柱 菱形柱转换节点菱形柱转换节点菱形柱转换节点菱形柱转换节点 菱形柱顶节点菱形柱顶节点菱形柱顶节点菱形柱顶节点 第8页/共45页9n n主桁架典型主桁架典型K K型节点型节点 第9页/共45页103 3、施工难度大、施工难度大、施工难度大、施工难度大 钢钢结结构构与与混混凝凝土土结结构构施施工工交交叉叉作作业业，必必须须从从安安全全、质质量量、功功能能、工工期期、造价等方面综合考虑，选择最优施工方案。造价等方面综合考虑，选择最优施工方案。钢钢结结构构制制作作方方面面，参参与与制制作作的的单单位位多多，加加工工制制作作的的精精度度要要求求高高，加加工工周周期期短短，施施工工图图非非常常规规表表达达，节节点点设设计计复复杂杂，且且非非一一致致，无无法法流流水水线线生产。生产。钢钢结结构构工工厂厂加加工工、多多杆杆件件汇汇交交节节点点设设计计、现现场场以以及及高高空空组组拼拼制制作作、钢钢屋屋架架安安装装临临时时支支撑撑的的设设计计布布置置、吊吊装装、焊焊接接、安安装装测测量量、工工况况计计算算与与实现难度大；实现难度大；钢构件呈不规则形状，局部扭曲，截面不断变化，加工难度大；钢构件呈不规则形状，局部扭曲，截面不断变化，加工难度大；钢结构现场组拼、安装精度要求高，精度控制实现难度大；钢结构现场组拼、安装精度要求高，精度控制实现难度大；由由于于杆杆件件组组拼拼的的桁桁架架均均为为曲曲面面，且且设设计计要要求求曲曲线线变变化化平平滑滑自自然然，对对焊焊工水平、焊接设备、组拼胎架要求很高；工水平、焊接设备、组拼胎架要求很高；第10页/共45页11 空空间间交交汇汇的的节节点点，杆杆件件多多而而复复杂杂，部部分分交交汇汇角角度度小小；局局部部超超厚厚钢钢板板焊焊接接、高高强强钢钢Q460Q460钢钢焊焊接接、铸铸钢钢件件焊焊接接等等纳纳入入专专门门的的研研究究课课题题，采采取取有有效效的的预预控控措措施施，确确保保焊焊接接质质量量，现现场场焊焊接接难难度度大大。现场焊接工作量大，焊材总消耗量约两百吨，现场焊接工作量大，焊材总消耗量约两百吨，部部分分钢钢构构件件组组拼拼而而成成的的刚刚架架为为不不规规则则曲曲面面，对对此此巨巨型型钢钢结结构构组组拼和安装实施三维测量控制，确保组拼、安装的精度难；拼和安装实施三维测量控制，确保组拼、安装的精度难；针针对对钢钢结结构构复复杂杂多多变变的的曲曲线线、曲曲面面造造型型，必必须须通通过过计计算算机机模模拟拟制制作作、安安装装工工况况。由由于于曲曲线线、曲曲面面很很难难用用方方程程式式表表达达，因因此此工工况计算、建模工作量大。况计算、建模工作量大。大大跨跨度度巨巨型型钢钢结结构构屋屋盖盖，支支撑撑数数量量多多，分分布布面面积积大大，卸卸载载实实施施控制难度大。控制难度大。钢钢结结构构100100年年使使用用年年限限，需需要要对对构构件件进进行行长长效效防防腐腐处处理理；而而且且由由于于防防腐腐面面积积巨巨大大，如如需需进进行行再再次次涂涂装装工工程程量量非非常常大大且且实实施施难难度高。度高。第11页/共45页12三、施工方案简介三、施工方案简介三、施工方案简介三、施工方案简介n n根据调整后的初步设计图纸等技术条件根据调整后的初步设计图纸等技术条件 ,确定的最终安装确定的最终安装方案为地面拼装高空散装的施工方法方案为地面拼装高空散装的施工方法 ，即在场内布置，即在场内布置7878根支撑根支撑体系，主体结构分片或分块地面拼装成型后，通过体系，主体结构分片或分块地面拼装成型后，通过800T800T及及600T600T吊车吊装到临时支撑顶部，分四大区八个阶段对称完装及焊接，吊车吊装到临时支撑顶部，分四大区八个阶段对称完装及焊接，主结构结构及立面次结构完成后对主结构结构及立面次结构完成后对7878根支撑体系进行整体、同根支撑体系进行整体、同步卸载，最后安装平面次结构。步卸载，最后安装平面次结构。第12页/共45页1378个支撑体系图第13页/共45页14n n钢柱安装采用地面组拼，分段吊装的施工方法。钢柱安装采用地面组拼，分段吊装的施工方法。第14页/共45页15n n主桁架安装采用地面分段拼装，高空散装的施工方法。主桁架安装采用地面分段拼装，高空散装的施工方法。第15页/共45页16n n次结构的安装采用分段散装的施工方法。次结构的安装采用分段散装的施工方法。立面典型次结构安装平面典型次结构安装第16页/共45页17四、难点分析四、难点分析四、难点分析四、难点分析设计新颖，节点复杂，主体结构呈双曲弯扭形态，制设计新颖，节点复杂，主体结构呈双曲弯扭形态，制作难度极大，安装精度难以控制。（验收标准函待制作难度极大，安装精度难以控制。（验收标准函待制定）定）单体构件大，无法直接运输和安装，需分段运输和安单体构件大，无法直接运输和安装，需分段运输和安装。装。材质为低合金钢材质为低合金钢Q345Q345、Q345GJQ345GJ及少量及少量Q460Q460、Q460MLQ460ML和和铸钢，钢板最厚达铸钢，钢板最厚达100mm100mm；构件截面均为箱型断面，；构件截面均为箱型断面，焊接产生的应力、变形收缩值和层状撕裂很难控制；焊接产生的应力、变形收缩值和层状撕裂很难控制；现场焊接量大，焊材总消耗量约数百吨。现场焊接量大，焊材总消耗量约数百吨。(焊缝总长焊缝总长度约为度约为3030万米万米)内环与主桁架相接处多为锐角连接，施工操作面小，内环与主桁架相接处多为锐角连接，施工操作面小，焊接难度大，质量很难保证。焊接难度大，质量很难保证。第17页/共45页18本工程卸载要求同步、等比卸载，由于体育场面积大，且支撑点位本工程卸载要求同步、等比卸载，由于体育场面积大，且支撑点位多，达到绝对同步很难。多，达到绝对同步很难。主体结构在地面拼装，尤其是在高空散装施工过程中的稳定性难以主体结构在地面拼装，尤其是在高空散装施工过程中的稳定性难以控制。控制。主结构（主桁架）分段吊装定位及吊装姿态难以控制，每一次安装主结构（主桁架）分段吊装定位及吊装姿态难以控制，每一次安装姿态基本不相同。姿态基本不相同。分区施工过程中由于受到温度、焊接顺序及焊接应力、胎架不均匀分区施工过程中由于受到温度、焊接顺序及焊接应力、胎架不均匀沉降、制作及拼装精度等影响，区域变形难以掌握和测控，局部及沉降、制作及拼装精度等影响，区域变形难以掌握和测控，局部及整体施工精度难以控制。整体施工精度难以控制。与土建工程存在立体交叉作业，必须统筹安排，确保工程有序施工。与土建工程存在立体交叉作业，必须统筹安排，确保工程有序施工。因此鸟巢施工过程必须从详图深化设计、钢材采购、构件加工制作因此鸟巢施工过程必须从详图深化设计、钢材采购、构件加工制作及运输，到现场的施工准备、地面组拼、高空对接、整体同步卸载，及运输，到现场的施工准备、地面组拼、高空对接、整体同步卸载，统筹把握、同密安排、精心组织施工，使各工序间衔接紧密、资源统筹把握、同密安排、精心组织施工，使各工序间衔接紧密、资源配备充足，才能按期保质完成配备充足，才能按期保质完成第18页/共45页19五、钢结构焊接变形及残余应力的五、钢结构焊接变形及残余应力的五、钢结构焊接变形及残余应力的五、钢结构焊接变形及残余应力的分析与对策分析与对策分析与对策分析与对策 焊接变形与残余应力是钢结构工程中必须认真对待的重大课题，必须有严密的工艺规程及对策，在工程的进行过程中，还必须采用科学合理的管理，使之形成完整的系统管理工程，确保钢结构工程质量。1.1.焊接变形与残余应力的基础分析焊接变形与残余应力的基础分析国家体育场钢结构工程现场焊缝主要分为两大类型：角焊缝及对接焊缝。一般来说角焊缝的焊接变形不会太大，其残余能量主要以焊接残余应力的形式存在于钢结构的焊缝和HAZ之中；角焊缝不是主要受力焊缝，控制焊接残余应力大小的关键是控制焊缝的最小焊脚尺寸。厚板对接焊缝的残余能量以焊缝的收缩变形和焊接残余应力的形式存在于焊缝和HAZ之中；因此控制焊接变形及焊接残余应力必须综合治理。实践证明：焊接应力及残余应力同时存在于同一焊件之中，既相辅相成又可以相互转换，该结论的理论依据是能量守恒，见式（1），（2）。第19页/共45页20设焊缝焊接的总能量E总=1；E总=W有+W无+=1 （1）当焊接结束后：+=E总-W有-W无=C1+=C1 （2）式中：W有-参加冶金反应的有用能量；W无-所有无用能量的总和，包括：传导；辐射；对流所损失的能量；-焊接变形所需的能量；-焊接残余应力所需的能量；C-焊接变形及残余应力所需的能量，是小于1的常数。根据式（2），焊接变形和焊接残余应力不仅存在于同一焊缝和HAZ，而且可以互相转化，在无外加能量的前提下，减少一方必须增大另一方。焊接变形以尺寸的误差明显表示在钢结构的实体上，焊接残余应力毫无外观表示存在于构件内部之中：当焊接残余应力残s（母材屈服强度）时;钢结构就会出现失稳状态，严重时，会带来灾难性的后果。在国家体育场钢结构工程中，希望屋顶钢结构不要太大的变形而影响钢结构的安装精度和美观，又不希望有较大的焊接应力而影响结构的安全；所以控制焊接变形和焊接残余应力是该工程成功的关键。第20页/共45页21在对接焊缝中：焊接变形为收缩变形，其收缩量的定量计算可按（3）式进行。F=0.2 Fn/(3)式中：F焊接变形的收缩量；Fn 焊缝的横截面积；母材的板厚；该式在宝钢及其他工程中发挥重要作用。来源曾乐焊接工程学。该式的具体意义是，当焊接变形（收缩量）完全实现时，焊接残余应力是一个非常小的安全值；当焊接变形因约束不能实现时，对接焊缝的两端会产生极大的拉应力场；拉应力场的大小完全取决于焊缝横截面积的大小。因此：根据式（3）可以作出对接焊缝控制焊接变形和焊接残余应力相互转化的工艺方法。国家体育场工程对接焊逢关键控制焊接残余应力。根据式（2）、（3），对接焊缝的焊接变形及应力控制主要有以下两种方法：A.用自由端自由收缩的方法来减少焊接残余应力。第21页/共45页22在对接钢构件时（多数为水平对接），在焊缝的另一端不加任何约束；以焊接变形（收缩变形）为代价减少焊接残余应力，见下图。该方法适合任何对接构件，采用该法前都应用（3）式进行计算，确定焊接变形的数值，必须在制作结构中预留。（如变形小可不考虑预留）B.在固定焊缝的焊接时，用减少焊缝焊肉的截面积的方法来实现减少焊接残余应力的目的。在固定焊缝的焊接中，用焊接变形（自由收缩）的焊接方法来减少焊接残余应力已不可能实现，因为构件两端的刚性很大，产生变形必然形成两端焊缝的强拉应力场，对焊缝的安全不利，唯一的方法减少固定焊缝的焊肉截面积和采用能量密度相对较高的焊接方法（如熔化极气体保护焊和药芯焊丝自保护焊等），并采用较小的热输入（即小线能量E），这样便可以达到控制焊接残余应力的目的，见下图。第22页/共45页23六、焊接技术及焊接工艺评定六、焊接技术及焊接工艺评定六、焊接技术及焊接工艺评定六、焊接技术及焊接工艺评定n n国家体育场（鸟巢）焊接技术归类表（计划国家体育场（鸟巢）焊接技术归类表（计划1 1）序号焊接技术焊接位置使用部位备注1SAWFBOX梁柱制作（工厂）2SAWDFBOX梁柱制作（工厂）双丝高速埋弧焊是用于=8的BOX梁柱的制作（科技攻关项目）3ESWMNVBOX梁柱制作（工厂）截面小于600600BOX梁柱角板焊接4ESWWEVBOX梁柱制作（工厂）截面小于600600BOX梁柱角板焊接5CO2GMAWF、HBOX梁柱制作（工厂）6CO2FCAW-GF、V、HBOX梁柱对接（工地）主要用于合拢焊缝7EGWV12001200棱形柱（工地）（科研项目）8SAW(横焊)H工地横焊缝（科研项目）9FCAWSSF、H工地焊缝小角度高空坡口焊接10SMAWF、V、H、O工地焊缝（1）铸钢同钢的焊接（2ET用于仰焊11SWF工厂第23页/共45页24工艺评定（应有的部份）工艺评定（应有的部份）n n国家体育场工程需进行焊接工艺评定的钢种组合有：国家体育场工程需进行焊接工艺评定的钢种组合有：n n（1 1）Q345Q345 Q345Q345 （2 2）Q345DGJQ345DGJQ345DGJQ345DGJ（3 3）Q345CGJQ345CGJQ345CGJQ345CGJ （4 4）Q460Q460Q460Q460n n（5 5）S460MLS460MLS460ML S460ML （6 6）GS16Mn5GS16Mn5Q345CGJQ345CGJn n（7 7）GS20MnGS20Mn5 5Q345CGJQ345CGJ（8 8）Q460Q460GS20 MnGS20 Mn5 5n n（9 9）S460mlS460ml GS20 GS20 MnMn5 5 （1010）GS20 GS20 MnMn5 5Q345DGJQ345DGJn n（1111）GS16 MnGS16 Mn5 5Q345DGJQ345DGJ（1212）Q345Q345MLOMLO 第24页/共45页25焊接工艺评定项目统计表焊接工艺评定项目统计表焊接工艺评定项目统计表焊接工艺评定项目统计表序号钢种组合试件板厚SAWSAWDESWMNESWWECO2GMAWCO2FCAWGEGWSAW（H）FCAWSSSMAWSW1（1）70，36，20331199111302（2）70，30，20331199111303（3）70，36，20331199111304（4）70，36220066000605（5）70，36220066000606（6）70，36000000000607（7）70，36000000000608（8）70，36000000000609（9）70，360000000006010（10）70，360000000006011（11）70，360000000006012（12）70，36，2000000000009合计1313333936333579=176=176第25页/共45页26七、焊接顺序七、焊接顺序七、焊接顺序七、焊接顺序1 1、焊接工程的总体思路：、焊接工程的总体思路：协协同同安安装装，科科学学编编程程，六六个个统统一一，攻攻克克难难关关；先先主主后后次次，先先大大后后小小，高高能能密密度，较小输入，分段跳焊，锤击焊缝，应变适当，工程全优。度，较小输入，分段跳焊，锤击焊缝，应变适当，工程全优。协协同同安安装装：同安装工艺共同决定每一根主结构的安装顺序，确认起始点和合拢点，合拢点严禁在构件自重应力的集中点。科科学学编编程程：以JGJ81-2002钢结构焊接规程为指导思想，以焊接应力变形控制的理论为基础，编制科学合理的焊接程序，有效的控制钢结构整体的应力及变形，使焊接残余应力和变形相对合理的存在结构之中，希望焊接应力不至于过大而影响结构安全（应尽可能小），又不希望有过大形变而影响美观，使国家体育场工程既安全又美观。六六个个统统一一：即执行焊接程序的组织保证：（1）施工各单位必须统一严格执行焊接程序；（2）统一焊接程序、焊接方案交底；（3）统一焊接技术（焊接方法）；（4）统一工艺评定；（5）统一焊工培训；（6）统一质量检测。攻攻克克难难关关：重点抓好三个工艺评定：（1）Q460钢的焊接工艺评定;(2)厚板焊接工艺评定（分层）；（3）抓好铸钢同钢、异种钢的焊接工艺评定。尚应注意重要的焊缝先焊，次要的后焊，收缩量大的先焊，收缩量小的后焊，尽量采用如渣气联合保护焊和减少应力的焊接工艺。第26页/共45页272 2、主结构焊接的指导思想、主结构焊接的指导思想、主结构焊接的指导思想、主结构焊接的指导思想A.A.焊接顺序焊接顺序根据主结构根据主结构“分区安装，分步进行，基本对称，控制合拢分区安装，分步进行，基本对称，控制合拢”的思想，的思想，焊接程序应当是：第一步：以柱为点，弧线同步，内外并进，分头进行，焊接程序应当是：第一步：以柱为点，弧线同步，内外并进，分头进行，监测应变，谨慎合拢。第二步：扇形分中，多点同步，分向进行，异向合监测应变，谨慎合拢。第二步：扇形分中，多点同步，分向进行，异向合拢。拢。第27页/共45页28n n第一阶段：第一阶段：A A，B Bn nA A为内圈节点，为内圈节点，B B为外圈节点；为外圈节点；n n由内向外的方向焊接标志及顺序为由内向外的方向焊接标志及顺序为A1A1、A2A2、A3A3、A4A4、A5A5；n n由外向内的方向焊接标志及顺序为由外向内的方向焊接标志及顺序为B1B1、B2B2。n n第二阶段：第二阶段：C C，D Dn nC C为内圈节点，为内圈节点，D D为外圈节点；为外圈节点；n n由内向外的方向焊接标志及顺序为由内向外的方向焊接标志及顺序为C1C1、C2C2、C3C3、C4C4；n n由外向内的方向焊接标志及顺序为由外向内的方向焊接标志及顺序为D1D1、D2D2、D3D3、D4D4。n n第三阶段：第三阶段：E En n由内向外的方向焊接标志及顺序为由内向外的方向焊接标志及顺序为A A、C C、E E；n n由外向内的方向焊接标志及顺序为由外向内的方向焊接标志及顺序为E1E1、E2E2。n n内圈的焊接顺序：内圈的焊接顺序：n n由内向外的方向焊接标志及顺序为由内向外的方向焊接标志及顺序为A A、C C、E E；n n由外向内的方向焊接标志及顺序为由外向内的方向焊接标志及顺序为E1E1、E2E2。n n在在各各阶阶段段内内圈圈桁桁架架吊吊装装就就位位后后，按按照照先先焊焊接接内内圈圈后后焊焊接接桁桁架架的的焊焊接接顺顺序序，其其余余桁桁架架接接缝缝采采取取按按区区沿沿轴轴线线方方向向的的焊焊接接顺顺序序，由由外外向向内内逐逐一一扩扩散散同同步步焊焊接接；各各区区之间的连接采用先封闭焊接内圈，后连接主桁架的焊接顺序。之间的连接采用先封闭焊接内圈，后连接主桁架的焊接顺序。3 3、主结构的焊接顺序实施、主结构的焊接顺序实施、主结构的焊接顺序实施、主结构的焊接顺序实施第28页/共45页29在焊接方法上采用气体保护焊，渣气联合保护，药芯自保护等高能密度的焊接方式和小的焊接线能量（即小的E总），这样可以获得较理想的焊接变形和残余应力状态。在具体消除应力的措施上，对长焊缝采用分段跳焊和锤击焊缝的方法（用锤击法消除中间焊层应力时，应采用圆头小锤和小型震动工具进行，不应对根部焊缝，盖面焊缝或焊缝坡口边缘母材进行锤击）。可以达到减少焊缝残余应力的目的。因此，实现焊接顺序的总体思路肯定可以获得钢结构构件屋顶尺寸的稳定和合理焊接残余应力，从而保证工程的安全可靠。B合拢段焊缝的变形及应力控制措施在屋顶整体焊接顺序中，最后两组（条）焊缝是合拢段焊缝，是整个工程的关键焊缝，关系到工程的成败。第29页/共45页30从上图中可知，合拢段焊缝的焊接有相当难度，根据我们的经验，要想达到理想的质量目标，必须进行以下工作：（1）节点的优化，在图中11、22截面中，要求坡口为V型、X型；（2）其位置为平焊和立焊。并在安装过程中有定位的约束。（3）在具体焊接顺序上必须遵守：先焊11截面，再焊22截面。在同一截面的焊接中，应当遵守由下而上的焊接顺序。（4）在焊接22截面的过程中必须做到：a.在保证焊透的前提下，应用小的坡口；从此来尽量减少焊肉的截面积（在制作时加工完成）；b.当坡口间隙过大时，应在一侧先堆焊，后磨光；c.X型坡口不留间隙、顶紧（立焊）、V型坡口尽量不留间隙；d.V型坡口不留间隙难以焊透，因此反面应清根，并焊退火焊道，X型坡口清根后焊另一面。e.遵守焊接顺序的总思路，应用对称施焊，分段跳焊和锤击焊缝的工艺进行（详见作业计划）。f.V型坡口经堆焊间隙还大时；该焊口为累积收缩量的集中体现，可按下图处理。说明：图中1先焊；2垫板10mm；当间隙大于20mm时，应采取堆焊工艺，应用CO2气体保护焊进行。第30页/共45页314 4 4 4、次结构焊接、次结构焊接、次结构焊接、次结构焊接次次结结构构的的安安装装工工艺艺是是：分分区区安安装装，由由下下而而上上，顺顺势势发发展展，形形成成整整体体。因因此此焊焊接接的的指指导导思思想想应应当当是是：一一端端自自由由，跟跟随随进进行行，多多点点开开花花，对对称称适适量量，区区中中合合拢拢。按按吊吊装装顺顺序序进进行行,原则上先焊横杆件后焊竖杆件。原则上先焊横杆件后焊竖杆件。柱柱间间次次结结构构的的焊焊接接先先于于主主桁桁架架，根根据据分分段段安安装装顺顺序序采采取取逐逐段段由由下下往往上上，先先焊焊横横向向杆杆件件予予以以定定位位，后后焊焊竖竖向向杆杆件件的顺序。并按照三柱间两小区同时对称施焊的原则。的顺序。并按照三柱间两小区同时对称施焊的原则。第31页/共45页325 5 5 5、立面次结构的焊接顺序、立面次结构的焊接顺序、立面次结构的焊接顺序、立面次结构的焊接顺序典型立面次结构焊接顺序如下图所示：典型立面次结构焊接顺序如下图所示：第32页/共45页336 6 6 6、顶面次结构焊接顺序、顶面次结构焊接顺序、顶面次结构焊接顺序、顶面次结构焊接顺序 n n以主桁架为主干对称焊接，每一焊接单元由外向内，由两以主桁架为主干对称焊接，每一焊接单元由外向内，由两端向中间焊接。典型顶面次结构焊接顺序如下图所示：端向中间焊接。典型顶面次结构焊接顺序如下图所示：第33页/共45页34八、焊接坡口形式与尺寸八、焊接坡口形式与尺寸八、焊接坡口形式与尺寸八、焊接坡口形式与尺寸 坡口形式与尺寸坡口形式与尺寸 小角度V型坡口 铸钢件与柱的对接焊缝坡口 焊接坡口采用小角度V型坡口形式，如上图。主要考虑在保证焊透的前提下采用小角度、窄间隙单面焊接坡口，可减少收缩量。第34页/共45页35柱与柱的现场吊装对接坡口柱与柱的现场吊装对接坡口 第35页/共45页36焊接参数焊接参数焊接参数焊接参数 焊接方法焊接材料焊接工艺参数备注标准型号规格(mm)电流(A)电压(V)气流量(L/min)GMAW实心焊丝ER50-6,7ER55-6,71.226032030345080FCAW药性焊丝E50E551.226030030345080SMAWE5015，E55153.2901202226/41601802426/52002402628/第36页/共45页37序号母材焊接材料GMAW或FCAW-GSMAW标准型号标准强度保证值标准型号标准强度保证值sbsb1Q345DER50-6,7420500E5015390490E504004802Q345GJDER50-6,7420500E5015390490E504004803GS20Mn5V+Q345D、Q345GJDER50-6,7420500E5015390490E504004804S460MLS460MLER55-6,7470550E5515440540E554705505S460MLQ345DER50-6,7420500E5015390490E50400480第37页/共45页38九、超高强钢特厚板焊接技术九、超高强钢特厚板焊接技术九、超高强钢特厚板焊接技术九、超高强钢特厚板焊接技术第38页/共45页39 n n为为解解决决国国内内建建筑筑钢钢结结构构未未曾曾使使用用过过的的Q460Q460和和S460MLS460ML钢钢特特厚厚板板（100mm100mm）封封闭断面构件焊接裂纹倾向大的难题，拟采取以下技术措施：闭断面构件焊接裂纹倾向大的难题，拟采取以下技术措施：n n通通过过国国际际通通用用的的标标准准试试验验方方法法了了解解和和评评估估该该钢钢种种的的焊焊接接性性，以以制制定定适适当当的的焊焊接接工工艺艺参参数数，然然后后以以拟拟订订的的参参数数按按相相关关规规程程要要求求进进行行接接头头焊焊接接工工艺艺评定；评定；n n工艺评定合格后制定专项施工焊接工艺规程并严格执行；工艺评定合格后制定专项施工焊接工艺规程并严格执行；n nS460MLS460ML为为热热机机械械轧轧制制（TMCPTMCP）钢钢材材，焊焊接接性性应应比比正正火火钢钢好好，但但是是因因板板厚厚达达100mm100mm，原原则则上上拟拟采采用用稍稍高高的的焊焊前前预预热热温温度度防防止止裂裂纹纹，同同时时还还要要控控制制热热输入量上限，以防止近缝区软化；输入量上限，以防止近缝区软化；n n选选用用强强度度匹匹配配适适当当并并且且塑塑性性比比较较好好的的焊焊材材，如如E5515-C1E5515-C1，ER55-6ER55-6，7 7以以应应对对超超高高强强钢钢塑塑性性差差，焊焊接接残残余余应应力力高高引引起起的的裂裂纹纹敏敏感感性性。Q460Q460与与Q345Q345钢钢的焊接采用的焊接采用E50E50及及ER50ER50型焊丝；型焊丝；n n板厚达板厚达100mm100mm的的S460MLS460ML钢，钢，EN10113-3EN10113-3标准未限定其碳当量，冲击韧性也标准未限定其碳当量，冲击韧性也未达到设计要求，拟寻求同等级性能更好的钢材，例如新日铁的未达到设计要求，拟寻求同等级性能更好的钢材，例如新日铁的BT-BT-HT440HT440新一代抗震结构钢，新一代抗震结构钢，100mm100mm厚板其当量不大于厚板其当量不大于0.470.47，可改善焊接性，可改善焊接性，适当简化焊接工艺，确保接头性能。适当简化焊接工艺，确保接头性能。第39页/共45页40十、层状撕裂问题分析十、层状撕裂问题分析十、层状撕裂问题分析十、层状撕裂问题分析.层状撕裂风险性分析：启裂分类成 因措 施第第类类以焊根裂纹,焊趾裂纹为启裂源,沿HAZ发展的层状撕裂。1.影响冷裂的因素:Pcm、HD、RF；2.伸长的MnS夹杂物；3.角变形引起的应变集中。1.同防止冷裂纹的措施；2.降低钢中的S的含量；3.改变接头及坡口形式,防止角变形及应力集中。第第类类以轧制夹层为启裂源,沿HAZ发展的层状撕裂。1.伸长的MnS夹杂物及硅酸盐夹杂物；2.拘束度加大应变时效。1.减少拘束度；2.采用低氢焊材；3.改进接头和坡口形式；4.堆焊隔离层。第第类类以轧制夹层为裂源,沿远离HAZ的母材中心发展的层状撕裂。1.轧制的长条MnS夹杂物及硅酸盐夹杂物；2.拘束度增加；3.应变时效。1.减小拘束度；2.改进接头或坡口形式；3.堆焊隔离层；4.钢板两端机械加工。第40页/共45页41由于焊接接头的形成方式对钢板板厚方向的拘束比较大，因此，从接头方式角度来讲存在一定的倾向性，根据层状撕裂经验公式：LTR=INF（A）+INF（B）+INF（C）+INF（D）+INF（E）；INF（A）为焊脚尺寸S的影响，S值越大，LTR越大。所以不应采用过大的焊脚尺寸。INF（B）为接头形成方式的影响。INF（C）为承受横向拘束时板厚对LTR的影响，越大，LTR越大。INF（D）为拘束度的影响，拘束度Rf越大，层状撕裂倾向越大。INF（E）为预热条件的影响，采用预热有利。根据所计算的LTR值知道，板厚40mm其层状撕裂的危险性很大，但产生层状撕裂最主要是取决于钢材的材质，而本工程所选用的钢板其性能标准上满足Z15Z35的要求，但实测的钢材的Z值均在55左右，因此，该钢材具有比较好的抗层状撕裂的性能。第41页/共45页42十一、铸钢件焊接技术十一、铸钢件焊接技术十一、铸钢件焊接技术十一、铸钢件焊接技术n n高高强强度度特特厚厚铸铸钢钢件件的的焊焊接接难难度度较较大大，按按照照焊焊接接性性试试验验-焊焊接接工工艺艺评评定定-焊焊接接规规程程制制定定与与执执行行的的程程序序进进行行，原则上拟采取以下措施：原则上拟采取以下措施：n n提提高高焊焊接接预预热热温温度度，焊焊后后保保温温缓缓冷冷，冬冬季季低低温温时时焊焊后后要要立即重新加热到一定温度并定时保温；立即重新加热到一定温度并定时保温；n n选用低温韧性好的焊材，如选用低温韧性好的焊材，如E50E50焊条，焊条，ER50-6 ER50-6、7 7焊丝；焊丝；n n采采用用两两对对边边同同时时施施焊焊并并分分段段多多人人同同时时退退焊焊的的顺顺序序，以以减减小峰值应力、防止裂纹产生。小峰值应力、防止裂纹产生。第42页/共45页43十二、科技创新及攻关十二、科技创新及攻关十二、科技创新及攻关十二、科技创新及攻关由由于于国国家家体体育育场场钢钢结结构构形形体体特特殊殊，结结构构复复杂杂且且无无规规律律可可言言，因因此此对对施施工工技技术术要要求求极极高高，并并且且，由由于于钢钢结结构构的的特特大大跨跨度度和和安安装装位位置置多多变变，决决定定了了钢钢结结构构吊吊装装的的难难度度，另另外外，现现场场的的焊焊接接量量大大，应应力力、应应变变控控制制难度极高，空中作业多，使得焊接难度增大。经过仔细研究，决定就：难度极高，空中作业多，使得焊接难度增大。经过仔细研究，决定就：1 1、COCO2 2气电立焊（气电立焊（EGEG）特厚板斜面焊接工艺的开发与应用；）特厚板斜面焊接工艺的开发与应用；2 2、埋弧横焊技术在钢结构横焊焊缝中的应用；、埋弧横焊技术在钢结构横焊焊缝中的应用；3 3、陶瓷衬垫取代坡口反面的钢板的工艺试验；、陶瓷衬垫取代坡口反面的钢板的工艺试验；4 4、适应多位变化特殊吊具的研究与试验；、适应多位变化特殊吊具的研究与试验；5 5、细长比大的矩形构件工装的研究与试验；、细长比大的矩形构件工装的研究与试验；6 6、GZJGZJ环保型多功能工业清洗液的应用，环保型多功能工业清洗液的应用，7 7、双向弯扭构件的钢结构放样详绘制。、双向弯扭构件的钢结构放样详绘制。8 8、超大截面双曲构件的制作及拼装、安装精度控制。、超大截面双曲构件的制作及拼装、安装精度控制。9 9、区区域域变变形形（温温度度、沉沉降降、焊焊接接、制制作作安安装装精精度度影影响响）及及整整体体变变形形控控制技术研究。制技术研究。1010、7878个高悬臂临时支撑群的稳定性研究与实施。个高悬臂临时支撑群的稳定性研究与实施。1111、主主桁桁架架、柱柱、次次结结构构等等异异型型构构件件高高空空安安装装精精确确对对口口措措施施及及工工艺艺研研究。究。等以上十一个项目拟进行立项及技术攻关。等以上十一个项目拟进行立项及技术攻关。第43页/共45页44第44页/共45页45感谢您的观看！感谢您的观看！第45页/共45页