钢结构工程焊接施工专项方案19

10、焊接施工

10.1、基本情况

10.1」、焊接接头形式

本工程的焊接母材有Q235、Q345GJ、Q345、Q390、Q420、S460共六种，焊接

接头有同种材料的焊接，又有异种材料的焊接。主要接头形式有：

焊缝主要接头接头数量板屋最大最大焊接

部位焊接形式（个）(mm)截面形状截面尺寸

水平组合双箱型栏

核心筒及

横焊117440〜901000X1250X

内柱钢柱

对接90X90

核心筒及箱型柱及梁

平焊对接3265214〜8()

内柱钢梁750*750*80*80

目字柱

外框简6°倾斜

214540〜11011(X)X100X4

钢柱横焊对接

+400X100X3

外框简立焊、斜箱型

25〜100

钢梁平焊对接900X70+800X80

外框筒立焊、箱型

526035〜100

支撑斜立焊对接1100X70

立焊、箱型斜腹杆

桁架104030〜60

斜立焊对接1000X800X60X30

10.1.2、焊接特点

本工程现场焊接工程量极大，采用的材料除了Q345外还有Q390、Q420、Q460,

母材原子厚，焊接技术要求高，焊接难度高，且工作周期长，针对此特点计划采用

CO2气体保护半自动焊接成套技术，以此来解决厚板焊接变形。

10.2、焊接准备

10.2.1、人员准备

准备充足的有此类焊接经验的焊工参与本工程的焊接，并且在施工前根据具体的

节点形式，材质等进行考试，考试合格后予以上岗。

由于本工程所使用的钢材在建筑钢结构中较少采用，结构的焊接构造特点与以往

的工程有较大不同，使在现场焊接以前须对持证焊工进行针对性的技能培训和技术交

底，让他们掌握焊接作业过程中必须遵守的焊接工艺，避免盲目作业，造成质量事故,

并按照《建筑钢结构焊接规程》焊工考试规定进行现场，通过现场附加考试，选用合

格的焊接作业人员。

10.2.2、机具准备

对进场的焊机设备进行调试，满足使用要求。

10.2.3、技术准备

组织进行焊接工艺评定，根据焊接工艺评定编制专门的焊接专项作业指导另以指

导施工。现场焊接工艺评定根据本工程的设计节点形式，钢材材质、规格、采用的焊

接方法，焊接位置等因素，本工程拟进行工艺评定种类：Q420各规格的对接横焊、

对接立焊、对接平焊；S460各规格的对接横焊、T接立焊；Q420与S460异种钢材

的对接横焊、T接立焊。

10.2.4、材料准备

根据本工程钢结构的母材选用焊接材料的牌号为

钢结构手工焊条CO2焊丝

母材焊条型号焊条直径焊丝型号焊丝直径

Q235E43154)3.2,64ER49-1、ER50-14)1.2

Q345E5015小3.2,4)4ER49-KER50-2小1.2

Q345GJ

Q390

E5515・D3、E5515-G、E5015E55-D2、TWE-71K

Q42063.2,64<1)1.2

(低匹配)ER50-2(低匹配)

S460E6015-D3、E6015-G63.2,<1>4E55-D2、TWE-71161.2

本工程计划选用保护气体为C02,纯度＞99.7%(V/V),水蒸气与乙醇含量W

50PPM(m/m)o

上述材料及辅材均须通过焊接工艺评定后才能决定是否适合本工程的焊接施工，

并按牌号、批次进行焊材复检合格后，分类存放在干燥通风的库房内，设专门的人员

进行管理。

以上各项试验工作必须有监理工程师监督、旁站方可进行。

103、焊接工艺

10.3.1、焊接工艺流程

（施工准备］

高强螺枪终操作平台、防风棚及

拧合格防护架就位

焊前检查：

1、气候条件

2、焊前测量结果

3、坡口几何尺寸焊前准备

4、焊机、焊接工具

5、安全防护

6、二氧化碳气路坡口清理、检查衬

7、防火措施板、引弧板、熄弧板

预热

定位焊

根部打底

过程中检查：

1、焊接电流、电压

2、焊道清理

3、层间温度缺

4、气体流量、压力、纯度陷

5、送丝速度及稳定性修

6、焊道宽度补

7、焊接速度

按规定后热

按规定保温

自检

1032、焊接工艺参数

1、预热及层温、后温、保温

按照现场焊接工艺评定确定的焊前预热温度实施。（见下表）

1加热源氧、乙烘中性焰，热输入约为15〜25kj/cm

规范要求：预热的加热区域应在焊接坡口两侧，

2预热范围

宽度应各为焊件施焊处厚度的1.5倍+100mm

确定预热温度的条件：焊接接头的坡口形式和实际尺寸、板厚及构件

3预热温度约束条件；溶敷金属的扩散氢含量：焊接时热输入的大小；接头热传

导条件；施焊环境温度。

焊前进行预热是防止层状撕裂的有效措施之一，预热范围为焊缝区域外延100—

150mm。焊接时每个焊接接头应一次性完成。施焊前注意收集气象预报资料，预计恶

劣气候即将到来后无确切把握抵抗时，应提前放弃施焊。若焊缝已开焊，要抢在恶劣

气候来临前至少焊完焊缝板厚的1/3方能停止，且做好后热处理。记下层间温度，不

同厚度、不同材质的焊接预热及层间温度见下表

材料预热温度层间温度

厚度V25mm不预热

Q345、Q39080-110℃

厚度225mm预热60—150c

厚度V28mm不预热

Q42080-110℃

厚度228mm预热l（X）-150℃

厚度＜25mm不预热

S46080-11()℃

厚度，25mm预热60-150c

对于板厚＞30mm,屈服强度＞345MPa钢板焊缝，在焊后应立即进行后然处理,

加热采用至少2把大功率烤枪沿焊缝中上下各150-200mm范围内均匀加热200—

250℃,并保温2—6小时方可常温空气冷却。

2、CO2气体保护焊焊接工艺

首层首道焊接焊丝与自边角度约35度，运用直线加小回环方法，至障得孔时，

加大焊丝前倾角进行焊接，采用收弧电流填满弧垢后熄弧待滞后气体停止供气后再移

开（约3秒钟）转至障碍另一侧续焊。首层次道焊接时加密四环次数。焊接时至少叠

在前道1/3截面，焊丝角度上倾约15度。次层及以后各填充层第一道焊丝角度下倾

约35度，最后一道上倾约15度，中间各道基本保持90度。面层焊接的前层（对CO2

气体保护焊极为重要），基本面要平整，且上部比下部面外倾，焊缝表面无较大凹凸

点，面层焊接时应减少电流值约10%,第一道要力求平直，最后一道注意在上坡边

缘附加停留，以防止出现咬边现象。

10.3.3焊接顺序

1、塔楼的焊接顺序:考虑到本工程的倾斜特点，将采用安装一个单元就完成一个

单元的方法进行焊接施工。为保证钢柱的精度，拟采用先内后外，先柱后梁，再斜撑,

先焊收缩量大的再焊收缩量小的焊接方法,首先焊接塔楼内筒的角柱，待角柱完成后,

再进行其他柱的焊接，为减少焊接变形，原则上相邻两根柱不要同时开焊，待全部钢

柱完成焊接后，再进行梁的焊接，为保证焊接后结构的整体精度，必须从每条轴线的

中部开始梁的焊接，尽可能清除焊接应力，待内筒全部完成焊接后，再进行外筒柱、

梁、斜撑的焊接。焊接顺序与内筒相同。如下图：

2、典型节点的焊接顺序

“目”字形钢柱对接节点的焊接顺序：

（详见下页“目”字形钢柱焊接流程图）

“目”字形钢柱的焊接首先从图2的厚板口1口2开始由两名焊工同时对称反向

施焊，待腹板口2完成后再对称施焊翼板口1,焊至1/3板厚，可割去钢柱连接板，再

完成焊缝口1,完成焊接后依照图3进行探伤打磨，等探伤合格后方可进行图4的口

形构件安装，待安装完毕后按图4中口3〜口8的焊接顺序进行焊接，图5探伤打磨

后，再进行图6图7端头板件口9〜口”的安装焊凄，如图8直至整个节点焊接完成

后探伤。

箱形钢柱对接节点的焊接顺序：

箱形柱中对称的两个柱面板要求由两名焊工同时对称焊接，焊至1/3板厚时可割

去柱间连接板，直至焊完整个接头，这样两人对称的同步施焊顺序既便于控制钢柱的

偏斜。如遇焊缝间隙差过大，应先焊大间隙焊缝，然后依顺序施焊。

rE

J

y

m1

那头板件安装，对称愦岸焊接

图5

图7

箱形斜撑对接接头的焊接顺序:

首先焊接斜撑的下翼板，完成后再对称焊接两侧腹板，待完成后进行探伤，合格

后进行盖板合拢，上盖板的焊接首先焊接对接平焊，最后进行角平焊的焊接，直至整

个节点完成。（参考上图）

10.4、焊接质量控制措施

10.4.1、焊接质量保证体系

10.4.2、焊接防护

对于安装焊接这一关系到整体安装质量的特殊工序，必须在施工前严格制定计

划，在施工中组织专门的人力、物力，在正式施煌前4—8小时进行提前防护。

防护必须达以下要求:

①上部稍透风、但不渗漏，兼具防一般物体击打的功能。

②中部宽松，能抵抗强风的倾覆，不致使大股冷空气透入。

③下部承载力足够4名以上作业人员同时进行相关作业，需稳定、无晃助，不因

甲的作业给乙的正在作业造成干扰；可以存放必需的作业器具和预备材料且不给作业

造成障碍，无可造成器具材料脱控坠落的缝隙，中部及下部防护采用阻燃材料遮蔽。

防风棚搭设示意图

钢柱焊接示意图

10.4.3、焊接过程中的注意事项

（1）控制焊接变形；

（2）采取相应的预热温度及层间温度的控制措施；

（3）实施多层多道焊.，每焊完一焊道后应及时清理焊渣及表面飞溅，发现影响

焊接质量的缺陷时，应清除后方可再焊，在连续焊接过程中应控制焊接区母材温度，

使层间温度的上下限符合工艺条件要求，遇有中断焊接作业的特殊情况，应采取后热

保温措施，再次焊接时，应重新预热且应高于初始预热温度。

（4）防止层状撕裂的工艺措施：II类及II类以上钢材的焊接接头当板厚大于等

于80mm时，板边火焰切割面宜用机械方法去除淬硬层。采用低氢型、超低氢型焊接

材料施焊。根据工艺评定确保预热温度施焊。焊接时严禁在焊缝以外的母材上打火引

弧。

（5）焊后清理及外观检查：认真清楚焊缝表面飞溅、焊渣、焊缝不得有咬边、

气孔、裂纹、焊瘤等缺陷和焊缝表面存在几何尺寸不定现象，不得因切割连接板、刨

除焊垫板等工作而伤及母材，连接板、引入、引出板垫板刨除后的表面应光滑平整。

10.4.4、焊接纠偏措施

（1）对钢柱与钢梁翼板的现场焊接，在完成全部柱的接头焊接之后，对丁自身

无较大扭转和侧偏的钢柱，应严格遵循同一端头节点钢梁两侧的两名焊工对面同速施

焊。对焊接后自身有一定扭转和侧偏的钢柱，应按照钢柱向左偏，钢梁右侧先焊，钢

柱向右偏，钢梁左侧先焊的顺序施焊，利用焊接收缩产生的应力对钢柱进行部分侧偏

校正。

（2）现场焊接过程中，应着重监测钢柱的垂直度和钢梁水平度等基本结构情况,

如发现异常，应立即停焊接。通过改变焊接顺序和加热校正等特殊处理手段，实施

处理后再施焊。

（3）考虑到在钢梁的焊接过程中不可避免的会产生收缩而导致钢柱面结构内侧

偏倒，所以在校正时必须预留焊接收缩余最。

（4）对校正后仍有偏斜的钢柱，可先在反方面进行焊接三至四层的预偏焊接后

再对称焊接，利用焊接收缩来达到纠偏的结果。

1（）45、焊接应力控制及防层状撕裂措施

（1）针对本工程焊接节点的特点，通过从内向外、从上到下、先焊收缩量较大

节点，后焊收缩量较小节点，先单独后整体的合理焊接顺序。使焊接应力得以有效的

散失，从根本上减少焊接层状撕裂源。

（2）对箱形、十字形、工字形等柱、梁焊接时，采取由两名作业习惯相近的焊

接技工，同时•、对称、匀速焊接，并尽量保持连续施焊，尽量减少碳弧气刨的使用（碳

弧气刨刨削后，焊缝表面将会附着一层高碳晶粒，是产生裂纹的致命缺陷），并再使

用后用角面磨光机磨去刨削部位表面附着的高碳晶粒，以免层状撕裂的产生。

（3）尽量控制焊缝表面的余高,减少应力集中，所有焊缝余高应控制在0.5〜3mm

以内。

（4）后热及保温防止应力集中，层状撕裂的关键所在，在焊接完毕后确认外观

检查合格后，立即进行后热保温处理，有效的消除焊接应力及扩散氢的及时溢出，从

根本上解决由于焊接应力集中及扩散氢含量过高而发生层状撕裂的难题。

1046、焊缝返修

经探伤不合格的焊缝必须返修，返修焊缝的工艺与质量要求与焊缝相同，返

修焊缝的最小长度应大于5()mm,焊缝同一部位返修次数不宜超过两次，超过两次以

上的返修焊缝在查明原因后制定相应的返修工艺，经技术负责人同意，监理工程师批

准后才能实施。

10.4.7、焊缝无损检验

施焊完毕的焊缝待冷却48小时后，按设计要求对全溶透一级焊缝进行100%、

对二级焊缝进行20%的超声波探伤。超声波探伤的方法及评定标准按照《钢焊缝手

工超声波探伤方法和探伤结果分析》(GB1231-1991)进行。其合格等级应为现行国

家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分级法》(GBU345)B级检测的H级及

II级以上。

安装焊缝超声波探伤工作流程如下：

子分项工程验收完"

而____

10.5、冬季焊接施工

本工程需经历2006年和2007年的冬季施工阶段，甚至有可能经历2008年冬季

施工，北京地区冬季的日常气温大多低于零摄氏度，并经常伴有凛冽的西北风，霜冻

积厚达1.5mm左右，这种寒冷的气候条件对钢结构安装尤其是对钢柱、梁的焊接质

量有较大影响。实施钢结构冬季焊接，需做好如下几方面工作。

10.5.1、季施工用保温材料及机具清单

序号材料或机具名称序号材料或机具名称

1防风棚搭设脚手架管5保温棉

2防风棚搭设木板6加热焊枪

3围护帆布7红外测温仪

4绑扎铁丝8环境温度、湿度仪

10.5.2、接材料的选择、贮存，机具检查

焊接材料的选择

为保证焊缝不产生冷脆，负温度下焊接用的焊丝，在满足设计强度的要求下，优

先选用屈服强度较低、冲击韧性好的低氢型焊丝。

焊接材料的贮存、使用

焊丝实行专人保管，贮存在通风干燥的地方，禁止油污污染，采取垫高等防潮措

施。焊丝实行专人发放的管理制度，严禁私自开箱取用，保管员须建立发放记录台帐。

焊接机具检查

焊接使用的瓶装CO2气体，负温时的瓶嘴，如在水气作用下有可能产生冰冻堵

塞现象，焊接作业前应首先检查疏通。

10.5.3、冬季焊前防护

钢柱、梁的焊接是钢结构安装过程中的一道特殊工序，必须在施工前严格制定焊

接作业计划，组织专门的人力、物力，比预定正式施焊时间提前4〜8小时进行专门

防护并达到以下要求：

利用专用脚手架管先搭设焊接防风围护棚，上部允许稍透风、但不渗漏雨水，兼

具防一般小物体的打击功能。

中部宽松，能抵抗强风的侵扰，不致使大股冷空气透入。

下部操作平台，足够承载4名以上作业人员，需牢固稳定、无晃动，可屯放必需

的作业器具和预备材料且不给作业造成障碍，无可造成器具材料脱控坠落的缝隙，平

台面防护采用阻燃材料遮蔽严实，防止劲风从底部侵入。

由于整个预热、焊接、焊后加热过程均为高温强热操作，整个焊接围护棚内可形

成封闭高温环境，故无需额外环境加热措施即可满足焊接要求。

1054、冬季焊接保证措施

严塞的冬季焊接施工，光有严密的焊接防护还不够，钢材由骤冷至焊接产生骤热,

容易发生钢结构焊缝接头区冷裂纹现象。因此，在0℃至-10℃的气候条件下，焊前

还必须用两支大功率烤枪在1.5倍的板屋+100mm的范围进行加热至150〜200℃。

焊前加热消除焊缝两侧母材与焊缝区的强烈温差，最大限度地减缓钢材在板厚方

向由热胀时压应力到冷缩时拉应力的转换过程，最大可能地促使焊缝接头均匀胀缩，

这是保证超厚钢板焊接质量尤其是在寒冷地区焊接时的一个非常重要的环节。这一环

节包括了焊前严格加热，施焊过程中，保证持续、稳定在100〜120C层间温度，全

过程地执行窄道焊、有规律地采用左、右向交替焊道。

由于我司在冬季施工中的焊接全部采用CO2气体保护焊这种热输入较大的焊接

方法。在预热后的整个焊接过程中，即使是钢柱接头接近2米的长焊缝，在每道焊接

熔敷至焊缝末端的时刻，另--端起焊位置的层间温度仍在1()()〜12()℃左右。

整个焊接保证过程中，焊工利用便携式红外测温仪复测检测构件温度。

值得注意的是：施焊过程中，不可避免地会由于剔除焊瘤、清除焊接渣膜飞溅、

更换焊材与焊接辅材、施工器具调整、焊接防护物品更迭、作业者生理需求、使用高

风速碳弧气刨等因素使得层间温度不能保持稳定，由此产生的裂纹质量事故有例可

循，质量事故的主要原因是多次发生从高温到低温这一变化过程。在寒冷地区这一现

象必须予以高度重视，要求细致地预备施工机具、材料，考虑作业环境及焊接人员的

身体状况，减少一切不必要的焊接时间内的非焊接作业时间，随时利用红外测温仪观

察层间温度，如发现低于规定的温度，立即采用加热烤枪对构件进行再加热，始终保

持焊缝100〜120℃的层诃温度。

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