世博会西班牙馆空间框架结构制作和焊接

世博会西班牙馆空空间框架结构构制作和焊接接

作者:宋育荣,戴阳,曹曹玉林,魏朝波关键字:焊接,世博会,空间框架架结构

一、概述2010年上海世世博会西班牙牙馆位于上海海世博会浦东东C片区C09地块，用地地面积714m2，总建筑面面积为8482m2，建筑占地地面积4714m2，高度20m，地上3层（局部4层），主体体采用钢结构构空间框架结结构。建筑包包括多功能厅厅、展厅、餐餐厅、报告厅厅、SEEI办公和辅助助用房。空间间框架结构竖竖向及水平向向，构件沿建建筑立面在不不同部位发生生扭曲，形成成以空间扭转转曲面及多曲曲面相适应（如如图1所示）。结结构主体共分分内外两层，用用钢量2300t。由于该工工程是多曲面面相关线，给给制作焊接带带来了很大的的难度，本文文拟介绍几种种管接点的拼拼装和焊接工工艺。二、弧形钢框框架焊接难点点（1）钢管与与空间扭转曲曲面相适应连连接，钢管参参数见表1。直径152mm的钢管最小小弯曲半径为为1m（6mm、10mm、20mm等不同壁厚厚），直径203mm的钢管弯曲曲半径为1.75m（壁厚为20mm），弯曲的的最高点之间间的长度为2.4m，相似弯曲曲半径成一个个S曲面。通过过图2我们可以知知道类似结构构焊接接头的的多样性。钢钢管主要材料料为Q345B，考虑到管管框架容易产产生焊接变形形，我们采用用焊接变形较较小的CO2气体保护焊焊（GMAW）。焊丝牌牌号WH50—6，型号ER50—6，武汉铁锚牌牌。选用70%COO2+30%%Ar混合气体作作保护气体，焊焊接设备采用用唐山松下KRⅡ—500型CO2气体保护焊焊焊接电源。（2）钢管立立柱轴线通过过管子和管子子对接，管子子和法兰，各各种管径，各各种角度（81°、118°、130°等等）的对对接，焊缝等等级全部是一一级焊缝，100%UUT检测。（3）此工程程在车间制作作焊接，焊接接变形相对外外场焊接比较较好控制。可可在外场拼装装焊接，由于于受到外场施施工条件限制制，工作条件件不如车间，切切割质量、装装配质量差，装装配间隙增大大，错边、风风速（外场在在黄埔江边）也也大，给CO2焊接质量带带来相当大的的影响，也给给控制焊接变变形带来很大大的难度。尤尤其是外水平平系杆的焊接接，不对称支支管接头，焊焊接后热变形形难以控制。偏偏心距如图3所示。（4）相关线线管子接头完完全通过数控控等离子切割割，切口光洁洁，对正常的的端口切割90°支管切割都都没有问题，但但对118°、130°等斜口管子子拼装带来了了麻烦，如果果焊接坡口设设定单面25°数控相关切切割线后，坡坡口25°以90°拼管焊接为为例：外口变变成135°，内口不存存在坡口，那那么对装配焊焊接都带来了了很大的难度度。三、制作与焊焊接（1）钢管通通过弯管机弯弯到一定弧面面，由于弯管管机曲率半径径有限，两个个S拱高之间长长度为2.4m，直接在弯弯管机上弯曲曲有难度，后后采用火焰加加热弯曲达到到所需曲面。拼拼装成S形管焊接后后，用标准样样板校合至符符合要求。1∶1放地样，装装配S形管与直管管拼装，有两两个角度直径径，分别为203mmm×138°°（厚度20mm）和152mmm×131°°（厚度10mm），根据此此角度拼装，焊焊接完成后要要保证管子角角度的正确性性和平整度，否否则就影响后后续组装。（2）管子的的焊接工艺布布置（管子138°焊接和管子131°焊接接头形形式）见图4。第一，坡口的的制作。在131°管子上切割割每边都是25°时就不能很很好的装配，要要适当修正管管子的内口，使使上下每一部部位的坡口角角度＞45°，满足全熔熔透一级焊缝缝的要求。装装配时要对坡坡口侧进行打打磨，装配间间隙控制在3mm，用码板点点焊固定管子子（相对等分分的3处固定），见见图5。管子对接接采用同样规规格的45°～50°坡口，间隙隙为4mm（板厚≥20mm时，间隙为5mm），直管对对接采用钢衬衬垫，确保焊焊接时的底层层熔透及成形形。第二，焊接顺顺序。如图6和图7所示，当管管子壁厚10mm时，采用3层焊道完成成焊接；管子子壁厚20mm时，焊道为6层。当管接接点整体组装装完成后，为为了控制焊接接角度变形，采采取单面焊接接双面成形的的方法，单数数焊道从左边边开始焊接，双双数焊道从右右边开始焊接接。坡口为45°，无钝边，间间隙2～3mm。焊接时，熔熔透坡口底部部，逐步向上上匀速焊接，在在准备停焊之之前，焊速增增快，减少填填充量，使坡坡口停顿处形形成一个大于于坡口间隙的的熔孔，便于于重新起弧，保保证反面焊缝缝成形、确保保焊接接头熔熔透。完成焊焊接后，经对对焊缝检查，符符合要求。对对构件测量角角度变形符合合要求。第三，焊接参参数见表2。（3）有角度度管子对接焊焊缝和管子对对接内有钢衬衬垫焊缝完成成24h后进行UT检测，完全全满足GB113345H的BI级要求。

（4）管子对接接后有少量变变形，采用氧氧丙烷火焰加加热矫正，温温度控制在850℃以下。

（5）对接焊缝缝适当修磨后后进行桁架柱柱组装，组装装完全放在胎胎架上，保证证水平基准面面在尺寸校正正定位后，安安装水平腹杆杆，斜支管装装配形成一个个刚性固定构构架，随后安安装桁架柱和和柱底板，柱柱与底板的焊焊接要求为Ⅰ级熔透焊缝缝，100%UUT检测。（6）对于管管板焊接，法法兰板是盲板板，装配定位位用码板固定定（见图8），全位置置焊接难度增增加，在焊接接时盲板的热热量需求量大大，坡口处容容易熔化，板板厚25mm，管壁厚20mm，平面和45°管接头熔化化所需要的热热量是不一样样的，因此在在焊接时，电电弧中心熔化化金属要偏向向于盲板，从从打底到盖面面都需要掌握握此原则。焊焊接时运条两两边停顿，中中间不要停，焊焊缝表面平或或中间有点内内凹，便于后后层焊缝连接接熔透。否则则焊缝中间高高两边低，形形成夹角，容容易产生缺陷陷。通过焊接接工艺试验，在在各项物理指指标都符合规规范后，找出出了比较好的的工艺参数，如如表3所示。（7）桁架柱柱在胎架上焊焊接时，为了了控制焊接热热变形，应先先焊一侧的水水平腹杆及斜斜面支撑，而而且采用跳跃跃法，让一侧侧焊接完成后后，再焊另一一侧的水平腹腹杆，用此焊焊接顺序保证证最小变形量量，如图9所示。桁架架柱检验测量量或划地样复复测结果见表表4。（8）管板接接头焊厚24h后，进行UT1000%检测，完全全符合GB113345—1989标准。四、外水平系系杆安装现场安装外水水平系杆时，由由于接头形式式不对称，在在装配过程中中出现诸多焊焊接热变形影影响因素，导导致焊接变形形大，修正措措施如下：（1）控制装装配间隙。

（2）如果装配配间隙过大采采取单侧堆焊焊，并且要探探伤，保证间间隙在范围内内。

（3）选择合适适的焊接规范范。

（4）采用合理理的焊接顺序序，先焊对称称焊缝，后焊焊不对称焊缝缝。

（5）局部采用用刚性固定法法。

（6）外场焊接接要有防风防防雨措施，确确保焊接质量量。

（7）外场采用用药芯焊丝+CO2双保护，焊焊接电流110～130A，电弧电压19.5～21V，焊接速度8～10cm//min，气体流量25L/mmin。