体育场工程
钢结构管桁架现场焊接技术
摘要：介绍了山西体育中心主体育场工程现场焊接内容和特点及焊接难点，从焊接材料、焊接设备、工人、操作工艺、焊缝质量检查等方面具体阐述了钢结构管桁架现场焊接技术，并指出了焊接作业安全注意事项，为同类工程施工积累了一定经验。
关键词：体育场，钢结构，管桁架，焊接技术，注意事项
中图分类号：TU758.1文献标识码：A
山西体育中心主体育场位于山西省太原市晋源区，南环高速公路以北，机场大道以南3km处，西侧为新晋祠路，东侧为滨河西路，为山西体育中心建筑群的主体育场，其设计规模为6万人，属大型甲类体育建筑。体育场外侧一周+6.00m标高以下为裙房，裙房最宽处达17m。山西体育中心主体育场的上部钢结构为钢结构罩棚，呈弧形状，东西高、南北低，覆盖看台观众席。罩棚最宽处约68m，最窄处约49m，整个罩棚钢结构由32榀三角形主桁架组成主体承力体系，以体育场中tX,向外呈椭圆形发射状分布。主桁架由外环支撑点和内环支撑点支撑，最大悬挑长度约为52m，桁架根部最大高度7.8IT/，最小悬挑长度约为34.7m，根部高度5m，每榀桁架内支座间距约26m。主桁架之间由三道环形桁架、两道次桁架及一道边桁架相互连接，外立面上桁架之间设置钢管网格结构。
山西体育中心主体育场罩棚钢结构为管桁架结构，主要包含V形支撑柱、主桁架、环桁架、次桁架、立面网格、系杆、水平支撑、马道等，主要钢材的材质为Q345B，局部采用Q345GJC。
本工程现场焊接主要包括以下内容：
1）桁架上下弦对接及腹杆对接；
2）钢管相贯焊缝焊接；
3）内外环支座底板与十字插板之问的T焊缝焊接；
4）十字插板与V形支撑柱之间熔透焊缝的焊接。
由于本工程除马道采用螺栓连接外，其余部位均采用焊接连接，故现场焊接工作量巨大，焊接质量十分重要，并关系到整体结构的质量和安全。
1现场焊接特点及难点
1）本工程结构钢材以Q345B等合金高强钢为主，其焊接性能较好。只是随着强度级别的增加，淬硬性和冷裂倾向会随之增大。
2）整个钢结构用量约7100t，高空环境条件下对焊工操作影响较大。高空风速较大，并且贯穿于现场焊接施工全过程，尤其是对气体保护焊的影响比较大。
3）本工程为空间管桁架结构，杆件截面均为圆钢管，节点类型为相贯节点。杆件数量众多，焊接工作量大。
4）本工程中主桁架肩部弧形段主弦杆和V形支撑柱采用了厚壁钢管。钢管厚度的增加一方面会加大焊缝金属熔敷量，从而造成焊接变形及应力的增大，同时焊缝裂纹敏感性相应加大。
5）本工程现场焊接主要为钢管桁架的拼装焊接、钢管对接焊接等，焊接位置较为困难，不利于保证焊接质量。
2焊接材料及焊接设备
2.1焊接材料选用
本工程的钢材材质主要为Q345GJC和Q345B。根据焊接方法的不同，焊材选择见表1。
表1焊材选择
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焊接方法
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钢材材质
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焊材牌号
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焊接设备
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电流和极性
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手工电弧焊
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Q345B+Q345B
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lE5015，E5016
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直流焊机
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直流、反接
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CO2气保焊
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Q345B+Q345GJC
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ER50-3
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直流焊机
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直流、反接
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保护气体为CO2，纯度99.98％(露点不大于—40℃），焊接材料采用氢含量较低的焊材。焊接材料的选用原则与母材强度等强，焊接不同类别的钢材时，选用与强度级别较低母材相匹配的焊材。
2.2焊接及相关设备
现场主要焊接设备见表2。
表2现场主要焊接设备
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名称
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型号
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数量/台
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产地
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CO2气体保护焊机
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CL-500
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10
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唐山松下
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焊条电弧焊机
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—
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70
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松下时代
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3焊工资质及培训
3.1焊工资质
1）焊工应具有相应的合格证书，并在有效期内。
2）焊工应具备全位置焊接水平。
3）严禁无证上岗，或者低级焊高级别。
3.2焊工培训
1）焊工技术培训。对所有从事本工程焊接的焊工进行技术培训、考核，主要根据焊接节点形式、焊接方法、焊接操作及焊工位置，以达到工程所需的焊接技能水平。
2）高空焊接技术培训。由于工程结构高度很高，在高空环境下，对焊工的素质提出了更高的要求。所以还必须有针对性的进行高空焊接培训，从而适应现场环境的需要，提高焊接质量。
4焊接工艺
4.1定位焊
1）应距设计焊缝端部30mm以上，焊缝长度应为50mm～100mm，间距应为400mm～600mm。
2）正式焊接开始前或正式焊接中，发现定位焊有裂纹，应彻底清除定位焊后，再进行正式焊接。
3）对于焊接垫板，在构件固定端的背面定位焊。当两个构件组对完毕，活动端无法从背面点焊，应当在坡口内定位焊，当预热温度达到要求时，采用定位焊顺序为从坡口中间往两端进行，以防止垫板变形。
4.2焊接预热、层间温度和焊接环境
1）对于厚度大于36mm的低合金钢应采用焊前预热和焊后热处理措施，预热及焊后热处理的温度应根据焊接工艺试验评定报告确定。要平衡加热量，使焊接变形和收缩量减少。本工程厚板焊接焊缝适用的焊接预热温度和层间温度按JGJ81—2002，GB50205—2001和JB/T4709—2000规定执行。
2）焊接接头两端板厚不同时，应按厚板确定预热温度；焊接接头材质不同时，按强度高、含碳量高的钢材确定预热温度。
3）厚板焊前预热及层间温度的保持优先采用电加热器，板厚25mm以下也可用火焰加热器加热，并采用专用的接触式热电偶测温仪测量。
4）预热的加热区域应在焊缝两侧，加热宽度应各为焊件待焊处厚度的1.5倍以上，且不小于100rnm；预热温度可能时应在焊件反面测量，测量点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处，圆管杆件对接时不能在焊件反面测量，则应根据板厚不同适当提高正面预热温度，以便使全板厚达到规定的预热温度；当用火焰加热器时正面测量应在加热停止后进行。
5）焊接返修处的预热温度应高于正常预热温度50℃左右，预热区域应适当加宽，以防止发生焊接裂纹。
6）层间温度范围的最低值与预热温度相同，其最高值应满足母材热影响区不过热的要求，焊接层间温度低于250℃。
7）预热操作及测温人员须经培训，以确保规定加热制度的准确执行。
8）有焊后消氢热处理要求时，焊件应在焊接完成后立即加热到300℃～350℃。保温时间根据板厚按每25mm板厚不小于0.5h且不大于1h确定，达到保温时间后用岩棉被包裹缓冷。其加热、测温方法和操作人员培训要求与预热相同。
9）相对湿度80％以上，或因降雨、雪等使母材表面潮湿及大风天气（风速大于8m/s），不得进行露天焊接；但焊工及被焊接部分如果被充分保护且对母材采取适当处置(如加热、去潮）时，可进行焊接。
10）当采用CO2半自动气体保护焊时，环境风速大于2m/s时应采用适当的挡风措施或采用抗风式焊机。
4.3焊接顺序
1）先焊主弦杆管与管之间的对接焊缝；2）再焊斜腹杆与主弦杆的相贯焊缝、腹杆与腹杆的对接焊缝；3）焊完一条后再转入另一条焊接，同一管子的两条焊缝不得同时焊接；4）焊接时应由中间往两边对称跳焊，防止扭曲变形（见图1）。
4.4典型焊缝的焊接工艺
4.4.1管一管对接
每条环焊缝由两名焊工对称施焊，采用多层多道焊；根部用Φ2.5mm或仍Φ3.2mm焊条打底焊1层～2层，其他用Φ4mm或Φ5mm焊条填充、盖面。
4.4.2相贯口焊接
相贯焊缝应对称施焊，多层多道焊；熔透部位采用Φ2.5mm的焊丝打底，或直接采用手工电弧焊Φ2.5mm或Φ3.2mm焊条打底，但要确保单面焊双面成型，其他采用Φ4mm或Φ5mm焊条填充、盖面；一个节点往往有多条相贯焊缝，焊缝集中。一条相贯焊缝焊接完毕冷却后，再焊相邻的相贯焊缝，以防止应力集中，减小焊接变形。焊接时，应先焊坡口大，变形大的区域，对于Y形节点，先焊A，D区，后焊C，B区，且先焊趾部再焊根部。T形节点先焊趾部，后焊侧边。
