鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接技術(shù)
深圳文化中心黃金樹釆用了鑄鋼件和無縫鋼管高空
全位置連接形式，異種材質(zhì)焊接工藝及焊接中節(jié)點(diǎn)
變形控制。深圳文化中心采用了黃金樹結(jié)構(gòu)，黃金樹由主干（
勁性混凝土）、樹枝（鋼管）和樹冠（玻璃幕墻）組成，賦予樹的想象，起到建筑象征性雕塑的效果
。黃金樹主干和各枝的連接處采用了鑄鋼節(jié)點(diǎn)，其形式為多根（多為10根）大直徑鋼管直接匯交本
工程的難點(diǎn)和重點(diǎn)在于異種材質(zhì)焊接工藝的確定及高空全位置焊接中節(jié)點(diǎn)變形控制。
1 施工準(zhǔn)備1.1母材材質(zhì)的選定
黃金樹采用了鑄鋼件和無縫鋼管高空全位置連接形
式。鑄鋼件材質(zhì)為ZG275-485H,在綜合考慮設(shè)本工程
采用單一高溫回火的焊接后熱工藝，使用履帶式紅外線加熱器進(jìn)行加熱和保溫，加熱范圍以焊口中心
為基準(zhǔn)，每側(cè)不小于焊縫寬度的3倍。通過采取焊接預(yù)熱和后熱工藝，減少收縮應(yīng)力（熱
應(yīng)力）和焊接殘余應(yīng)力，有效減少了焊接變形。
1.2焊接施工部署及管理黃金樹鑄鋼節(jié)點(diǎn)在整個(gè)結(jié)構(gòu)中起連接、承載、傳 力
作用，為高空全位置焊接，大部分接頭焊縫呈斜向
對接，仰側(cè)傾、爬坡焊極多，需經(jīng)常變換焊接參數(shù)和 焊接位置。因此，必須采取合理的作業(yè)形式、工
藝參 數(shù)及質(zhì)量保證措施。根據(jù)焊接特點(diǎn)，選用功率強(qiáng)大、 性能先進(jìn)、操作者可隨時(shí)遠(yuǎn)距離手控電流、
電壓變幅 的整流式多功能焊機(jī)。焊接作業(yè)層與安裝校正層至少拉開一個(gè)整層來減少黃金樹在焊接中的
變形:黃金樹的焊接施工實(shí)行項(xiàng)目經(jīng)理�？�，工程技術(shù)部、質(zhì)量部特控下的工段長負(fù)責(zé)制。焊接的前期
準(zhǔn)備、焊工的資質(zhì)鑒定、工藝試驗(yàn)、焊材保管、烘烤領(lǐng)用、工序擬定及交接等實(shí)行專人負(fù)責(zé)的管理制
度。
2焊接工藝與步驟
黃金樹鑄鋼件與鋼管的焊接采用帶內(nèi)襯管V形坡口，
縮差，防止由于焊接應(yīng)力過度集中在近面縫區(qū)產(chǎn)生
撕裂現(xiàn)象�，F(xiàn)場主要采用手工電弧焊焊接， 選用低氫型焊條E-5015,直徑3.2-4mm。整個(gè)焊接過程須一
次完成，嚴(yán)格控制返修，必須對各個(gè)工序嚴(yán)格要求，確保焊接質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。
2.1 組對組對前將鑄鋼件接頭坡口內(nèi)壁15-20mm的銹蝕及污物
仔細(xì)清除，用角向磨光機(jī)將凹陷處磨平。坡口清理
是工藝重點(diǎn)，其表面不得有不平整、銹蝕現(xiàn)象區(qū)在組對時(shí)嚴(yán)禁對鑄鋼件進(jìn)行硬性敲打。
2.2校正預(yù)留焊接收縮量組對后應(yīng)用專用器具對同心度、曲率過度線認(rèn) 真核
對，確認(rèn)無誤后，用千斤頂把接頭處坡口間隙頂 至
收弧部大于起焊部1.5-2mm的焊接收縮量，以保證整個(gè)焊接節(jié)點(diǎn)終的收縮相等，避免焊接應(yīng)力的產(chǎn)生
，然后進(jìn)行定位焊。矯正措施若通過以上預(yù)防變形的措施，箱形梁仍有微量變形或不符合工藝要求，
可采用火焰加熱 矯正法，關(guān)鍵在于正確選擇加熱位置和加熱范圍。設(shè)計(jì)、鑄造、施工等基礎(chǔ)上，接駁
段采用半空心半實(shí)心的鑄鋼節(jié)點(diǎn)，材料規(guī)格為《350x 40和M50 x 40,無縫鋼管材質(zhì)為Q345B,規(guī)格為
4350X 19和M50 x 22。
2.3焊前防護(hù)及清理
鑄鋼件接頭處的焊接必須搭設(shè)操作平臺(tái)，做好防風(fēng)
機(jī)修磨成緩坡狀，分段檢査并確認(rèn)無未熔合、裂紋
、氣孔等焊前缺陷，清除飛濺及粉塵。
2.4焊前預(yù)熱
本工程采用的ZG275-485H鑄鋼件與Q345B無 縫鋼管
熱即是加熱阻礙焊接區(qū)自由膨脹、收縮的部位， 使
其達(dá)到預(yù)定的溫度值。其目的是消除焊接區(qū)段驟 冷驟熱差、蘊(yùn)含水分、減緩始焊層溫度散失，制約收
縮發(fā)生的時(shí)間。預(yù)熱范圍應(yīng)沿焊縫中心兩側(cè)100mm以內(nèi)進(jìn)行全位置均勻加熱。由于ZG275-485H（厚
40mm）與Q345B（厚19 ~ 22mm）的管壁厚度存在倍差及鑄鋼節(jié)點(diǎn)為半空心半實(shí)心體，在對接接頭材料
中如果從焊縫中心線算起，離開它的距離不同，溫度不同，加熱和冷卻速度也不同，進(jìn)而在接頭金屬
區(qū)域引起不均勻的熱應(yīng)變，并由此產(chǎn)生熱應(yīng)力（理論上，在約束固定的碳鋼結(jié)構(gòu)中，若焊接接頭金屬
兩個(gè)相鄰 面間存在100龍的溫度差，所引起的不均勻熱應(yīng)力 能達(dá)到鋼材的屈服極限應(yīng)力值），故在本
工程中采用 如下預(yù)熱溫度值:ZG275-485H 為 220 ~250Y , Q345B為18O-2OOY。當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到預(yù)定值
后，恒溫20-30min。溫度的測試須在離坡口80-100mm處采用遠(yuǎn)紅外溫度計(jì)進(jìn)行。加熱須繞管運(yùn)作，
以免因加 熱不均勻、單點(diǎn)溫度過高而造成對鑄鋼件的損傷。
2.5正式焊接2.5.1根部焊接全位置管-管對接接頭在焊接根 部時(shí)
，應(yīng)自焊口的低處中心線10mm處起弧至管 口的
高處中心線超過10mm左右止，完成半個(gè)焊 口的封底焊，另一半焊前應(yīng)將前半部分始焊與收尾 處修磨成
緩坡狀，在前半部分焊縫上起弧至前半部 分結(jié)束焊縫上收弧，完成整個(gè)管口的封底焊接，確保 焊肉介
于3.0-3.5mm之間。2.5.2填充層焊接在焊接填充層中，要注意保證 較
高的層間溫度，使正在焊接的層次與已焊層特別 是
近根部層的溫度差較小，從而使焊接接頭從壓應(yīng) 力狀態(tài)轉(zhuǎn)變成拉應(yīng)力狀態(tài)（焊縫厚度的1/2 ~ 2/3時(shí)
易發(fā)生）的時(shí)間盡可能延長，從根本上避免冷熱裂紋 的產(chǎn)生。填充層焊接前應(yīng)特別注意剔除前層焊道
上 的凸起部分與粘附在坡壁上的粉塵，注意消除坡口 邊沿條狀、豆?fàn)钗慈酆霞鞍枷輮A角。每道焊道應(yīng)
保 持寬8-10mms厚3-4mm.焊時(shí)采用小“8”字方式，焊接仰焊部位時(shí)釆用小直徑焊條，仰爬坡時(shí)電流 逐
漸增大，在平焊部位再次增大電流密度焊接在坡口邊注意停頓，以便于焊縫金屬與母材的充分熔合。
在接近蓋面時(shí)應(yīng)注意均勻留出1.5-2mm的坡口深度，
不得傷及坡口邊，為面縫作好準(zhǔn)備。
2.5.3面層焊接面層焊接直接關(guān)系到焊接接頭 的外
，適中的電流、電壓值并在坡口邊熔合時(shí)間稍 長。
水平固定口的寬幅小于焊條直徑的4~5倍時(shí)， 可不采用多道面縫，垂直與斜固定口須釆用多層多 道焊
。嚴(yán)格執(zhí)行多層多道焊的原則，以控制線能量的 增加，焊縫嚴(yán)禁超高超寬。在焊道清理時(shí)盡量少用碳
弧氣刨，以免焊道表面附著的高碳晶粒無法完全清
除，致使焊縫內(nèi)含碳量增加，從而出現(xiàn)延遲裂紋。
2.5.4層間溫度在焊接過程中，焊縫的層間溫度 應(yīng)
停焊后的續(xù)焊，則必須加熱到規(guī)定值后，方可繼 續(xù)
焊接。2.6后熱與保溫（消氫處理）
焊接節(jié)點(diǎn)完成且尚未冷卻前進(jìn)行后熱與保溫處 理，
即用氧-乙煥中性焰在焊縫兩側(cè)各100mm內(nèi)均勻烘烤
，使溫度控制在200 - 250r ,用至少4層石棉 布緊裹并用扎絲捆緊，保溫至少4h以上，以保證焊 縫的
擴(kuò)散氫有足夠的時(shí)間逸出，消除氫脆的傾向，穩(wěn)定金屬組織和尺寸，并消除部分殘余應(yīng)力。
2.7焊縫的清理與檢測要求焊縫不得有凹陷、超高、氣孔、咬邊、未熔合
、裂紋等現(xiàn)象，在焊后至少24h后按《鋼焊縫手工
超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級）GB 11345-89對焊縫進(jìn)行超聲波無損檢測，對重要承力節(jié)點(diǎn)要進(jìn)行跟
蹤復(fù)檢監(jiān)測。3焊接變形控制
3.1接頭全位置焊接順序管對接后按天芯分2個(gè)半圓焊接，以仰焊部位起焊、
平焊部位收焊。釆用分段退焊形式減少焊接變形。
按仰焊一仰立焊—立焊一立平焊一平焊等焊接順序施工。2個(gè)半圓分層對稱施焊，以控制焊接接頭水平
方向變形。釆用多層多道焊減少焊接變形。 3.2節(jié)
點(diǎn)焊接順序
多個(gè)方向接頭的黃金樹鑄鋼節(jié)點(diǎn)，其安裝焊接 精度
鑄鋼節(jié)點(diǎn),特別是要保證冠蓋關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的精度-依據(jù)
工藝要求，采用局部熱矯改變主焊管的攵，y, z指向，使之在無外力約束條件下完成與鑄鋼節(jié) 點(diǎn)的首
次接駁，來逐層消化黃金樹軀干部的變形。 通過從內(nèi)向夕卜，先焊粗桿、再焊細(xì)桿，先焊收縮 量較大
節(jié)點(diǎn)、后焊收縮量較小節(jié)點(diǎn)，力求平面對稱 施焊，先單獨(dú)、后整體地分解約束力的合理順序，從根本
上減少焊接變形。3.3接頭反變形矯正
接頭完成施焊后，產(chǎn)生向上微彎變形，采取中性 火
焰配合后熱過程矯正，按照上部加熱面積小于下 部加熱面積的方式改變熱后收縮比，從而恢復(fù)接頭 位
置的平直。鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接技術(shù)通過采用先進(jìn)合理的工藝方法加嚴(yán)格科學(xué)的管理，鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接技術(shù)-
有效地控制了箱形梁制作中的焊接變形，經(jīng)焊后檢査各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿足圖紙、技術(shù)文件要求，并經(jīng)組對
后實(shí)現(xiàn)了35m跨度的箱形梁高空一次性對接成功，有效地保證了工程進(jìn)度和質(zhì)量。
鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接技術(shù)
