摘要：廈門西站房A型塔柱鋼結構工程，鋼柱截面大，鋼板較厚，分節后單條焊縫長度大，最大單條焊縫長度為9.5m，且焊接位置全部為豎向立焊縫，焊接難度較大。為了確保焊接質量，本文重點介紹超長焊縫的施工難點、焊接前的準備工作、焊接過程中的質量控制措施及其注意事項等問題。
　　關鍵詞：鋼結構,超長焊縫,施工難點,質量控制
　　1工程概況
　　1.1工程總體概況
　　新建的廈門西火車站是國家“四縱四橫”鐵路客運專線——沿海快速鐵路通道上的一個重要客運站，是福廈、廈深、龍廈、鷹廈4條鐵路線交匯點，共設6站臺12股道，建成后將成為福建省最大的鐵路客站。
　　工程總建筑面積162409m2，其中站房109028m2，站臺雨棚面積為53381m2。為高架候車與線下出站式布局，旅客流線采取“上進下出”的形式，將車站分為出站層、站臺層、高架層三個層面，建筑總高度達66.78m。站房高架候車廳跨度132m、長度220m，候車廳無柱，是國內數座站橋合建的線上式站房之一，其施工技術難度大、科技含量高，是目前國內跨度最大的鐵路站房。
　　
　　
　　              
　　
　　　　
　　                                                                                     站房整體效果圖
　　
　　1.2A型塔柱概況
　　站房屋蓋設計采用“大跨度空間鋼桁架+雙向正交鋼管桁架”結構，沿平行于鐵軌方向的C、E、F、H軸設置四榀大跨度空間鋼桁架，鋼桁架支撐在兩端的勁性混凝土A型塔柱上。
　　16根A型塔柱底部為分肢部分，采用雙柱，互成角度，傾斜角度分別為87°和83°，鋼骨柱斷面尺寸為H1500mm*1000mm*35mm*35mm,到上部兩側鋼骨通過中間連接板將塔柱合二為一，合肢部分塔柱最大截面達7550mm*1800mm，柱頂最高點標高為57m，鋼柱分節重量大，最重為19.5t。下圖一為塔柱立面及合肢部分剖面圖。
　　
　　
　　
　　                                        
　　
　　　　　2施工難點
　　本工程A型塔柱鋼柱截面大，鋼板較厚，合肢后的鋼柱與管桁架預應力管道、鋼桁架埋件、預埋電管、水管等交錯相接，節點非常復雜。若按照整體合肢部分進行分段分節，分節后的單節重量遠遠超出了現場吊裝設備的最大起重能力，同時分節后的斷面尺寸大大超過了運輸車輛的尺寸，給施工及運輸帶來了極大困難。由于合肢部分外露牛腿全部為支撐中間大跨度桁架節點，設計要求鋼柱無法減小分節。為了減少單節鋼柱重量且滿足現場安裝及運輸要求，特將鋼柱合肢部分分成兩邊H型鋼柱及中間豎長腹板三塊分段吊裝，上部進行合肢焊接。安裝時先將兩側H型鋼柱吊裝、測量校正、部分焊接，然后再進行兩根H型鋼柱中間豎長腹板部分的拼裝，校正后再進行焊接。由于鋼柱分體后腹板與兩側H型鋼柱的焊接，造成單條豎向焊縫長度大，且焊接位置全部為立焊縫，最大單條焊縫長度為9.5m，鋼板厚度為35mm，豎長焊縫總長度696m，金屬填充量約3.5t，現場焊接量大、焊接變形很難控制（下圖二為一塔柱合肢部分分段截面標高及現場施工人員正在進行中間豎長腹板的安裝圖示）。
　　
　　                                   
　　                                                                                        　　圖二
　　3焊接前的準備工作
　　為了保證A型塔柱合肢部分豎向連接腹板超長焊縫的質量，需提前建立焊接質量控制措施，配備焊接人員，做好焊接的前期準備工作。
　　3.1明確目標，制定超長焊縫的質量控制措施；
　　3.2人員配備
　　為確保焊接質量，參與中間腹板豎向焊縫焊接的人員，須100%持證上崗，并通過現場舉行的焊工附加考試。同時應挑選操作水平高、質量和安全意識強的優秀焊工；焊接過程控制由項目部鋼結構工程管理部及專業焊接技術人員進行全程監控，針對焊縫長度和工作量，具體安排作業人數及投入的焊接設備數量。
　　3.3焊接參數的選擇
　　為了保證焊接質量，焊接前應對超長焊縫進行專項焊接工藝評定，以確定合理的焊接電流、電壓、二氧化碳氣體流量、焊接時的運條方法以及焊接層數及道數等等。本工程焊縫焊接全部采用CO2氣體保護焊，選用錦泰JM-56焊絲                        
　　3.4焊接防護措施
　　由于16根A型塔柱焊接工作量巨大，焊接時間長，必須提前做好天氣情況的收集整理工作和制定出相應預防措施。焊接前搭設全封閉的安全操作平臺和防風、防雨棚，以保證焊接過程中不受氣候條件和外界因素影響。焊接安全操作平臺使用鋼管及腳手板搭設，如下圖三所示。
　　                                  
　　                                                                                            圖三
　　4焊接工藝措施
　　4.1中間的豎向大腹板在與左、右側鋼柱焊接前，首先應按圖紙要求組裝至左、右側鋼柱腹板規定的中間位置，并采用定位焊焊接牢固；而后按圖紙要求裝配左右側鋼柱間橫向加勁板，并用定位焊焊接牢固。定位焊時，應適當加大焊接電流10～20%，定位焊縫長度均應大于40mm，收弧時務必要填滿弧坑，定位焊縫的間距為500～600mm，定位焊焊縫如有發現氣孔或裂紋時，必須清除后重焊，構件形式如圖四所示。
　　4.2在完成左、右側鋼柱焊接后，進行左右側鋼柱間橫向加勁板的焊接，按圖四中○1～○8的先后順序進行焊接(正面與背立面的橫向加勁板的焊接相同)。每一加勁板與左、右側鋼柱翼緣板兩側的兩條焊縫的焊接，應由兩名焊工同時、同步、同規范進行焊接，焊接方向為由下向上。背立面橫向加勁板，在正面橫向加勁板焊接時，也應同時進行焊接，且要求與正面焊接工藝方法相同。
　　4.3正面與背立面橫向加勁板焊接完畢后，再進行中間豎向大腹板的焊接。中間豎向大腹板的焊接，先進行腹板的對接焊縫的焊接。可將此焊縫分為兩段進行焊接，從中間向兩端對稱進行焊接，見圖五中節點□B示意。焊道布置參考圖五中(a)所示。
　　4.4完成中間豎向大腹板對接焊縫的焊接后，再進行中間腹板與左右兩側鋼柱腹板的T形對接與角接組合焊縫的焊接。由于焊縫較長，可按1.2～1.5m將左右側焊縫分為6～8段，而后分層分段退焊進行焊接，即在上一等份的下部開始起焊，往上焊接，之后再由下一等份的下部開始往上焊接，以相同的方法將整條焊縫施工完成。焊接過程中應保證同一分段內的豎向大腹板與左右側鋼柱的腹板的焊接同時、同步、同規范參數進行焊接。焊道布置參考圖五中(b)所示，焊腳尺寸K控制在9mm左右。
　　
　　                           
　　
　　　　
　　圖四
　　
　　      
　　　　                 　　4.5為減小由于中間豎向大腹板與左右兩側鋼柱腹板的T形對接與角接組合焊縫焊接產生的角變形，在中間腹板T形焊縫焊接前，按間距1m左右設置臨時支撐，具體見圖六所示。待T形焊縫焊接完畢后，對加設的臨時支撐進行割除，并對加設支撐位置打磨平整，必要時應補焊后再打磨平整。
　　                       
　　　                                           　圖六
　　5焊接過程中的質量控制
　　5.1防止焊接變形應力的措施
　　5.1.1采取必要的防止焊接變形的措施：如焊接前先焊接兩側鋼柱中間的連接板及加焊臨時支撐板等；
　　5.1.2采用分層、分道退焊的方法進行施焊；
　　5.1.3分區域多機對稱焊接。在對稱位置的兩名焊工，應盡量保持同時、同速施焊，并選擇相同的焊
　　接電流參數及每層的焊接厚度，保證相同的焊接熱輸入，使焊接收縮趨于同步。
　　5.2防止冷裂紋及層狀撕裂的措施
　　5.2.1針對長焊縫特點采取分段分層退焊焊接，勻速焊接，并保持連續施焊，使焊接應力分散，有效的減小峰值應力，減少焊接冷裂紋及層狀撕裂的產生。并且兩條長焊縫采取完全對稱、同時焊接的措施；
　　5.2.2選用優秀焊工，減少因焊接質量問題造成的焊縫缺陷及碳弧氣刨的使用。對部分焊接缺陷確需使用碳弧氣刨的，其使用后應采用角向磨光機磨去刨削部位表面附著的高碳晶粒，避免焊縫裂紋的產生；
　　5.2.3控制坡口尺寸和焊縫截面積，防止過量熔敷金屬導致收縮和應力增大。盡量控制焊縫表面的余高，并使之平緩過渡，以減少焊趾部位的應力集中；
　　5.2.4使用高純度的二氧化碳氣體進行焊接，即其二氧化碳含量（V/V）不得低于99.9％，水蒸氣與乙醇總含量(m/m)不得高于0.005％，并不得檢出液態水；
　　5.2.5焊接前在焊道兩側各100mm范圍內均勻進行預熱，預熱溫度的測量在距焊道50mm處進行，預熱溫度應為70~100℃，層間溫度控制在160~200℃。后熱處理應于焊后立即進行，后熱的加熱范圍為焊縫兩側各100mm，溫度要求達到200~300℃，后熱時間為1小時/每30mm板厚，焊縫后熱達到規定溫度后，采用保溫棉進行保溫直至焊件緩慢冷卻至常溫。
　　6焊接注意事項
　　為確保塔柱鋼結構安裝過程中的焊接質量，在焊接過程中必須注意以下幾點：
　　6.1焊工必須持證上崗且經驗豐富、責任心強，過程中要加強對其焊接行為的控制；
　　6.2塔柱焊接各主要構件的組對及焊接順序要嚴格控制；
　　6.3焊接操作平臺及防風、防雨措施要到位，盡可能減少外界大氣對棚內焊接環境的侵擾；
　　6.4按工藝評定中的指導要求，采用合理的焊接電流、焊接電壓、焊接速度及正確的運條方法，每焊接完成一道焊縫，需徹底清理焊縫中的雜質，發現質量缺陷要及時采用碳弧氣刨將其徹底清除，并使用磨光機打磨平整光滑，方可進行下一道焊縫的焊接；
　　6.5整條焊縫焊接完成后，焊接人員要對其外觀進行檢查，發現表面有氣孔、夾渣、焊瘤、未熔合等質量缺陷時應及時予以清除并修補完整，使焊縫外觀質量達到規范驗收標準。同時徹底清除焊縫兩邊l00mm范圍內的焊接飛濺等雜質，以方便下一步超聲波對焊縫的內在質量進行檢測；
　　6.6焊縫焊接完成24h后，對焊縫進行超聲波無損探傷檢測，發現焊縫內部存在質量問題，必須使用碳弧氣刨將焊接缺陷完全清除并用磨光機打磨干凈，重新補焊修復，使焊縫質量滿足規范及設計的各項要求。
　　7施工效果
　　廈門西站房A型塔柱鋼結構總用鋼量約4000噸，現場安裝焊接全部為一級焊縫，施工焊接量約為4850延長米焊縫。通過對焊接工藝的優化和強有力的監控、焊接過程各道工序的有效制約，經過極其嚴格的100%無損探傷檢測，焊縫一次合格率為98.2%，一次返修合格率為100%。在A型塔柱鋼結構施工過程中，通過技術及工藝創新，在超長豎向焊縫焊接施工方面總結出一系列科學合理的施工方法及施工工藝，為今后在高層建筑鋼結構施工類似工程方面提供了很好的借鑒。
　　參考文獻：
　　[1]中國鋼結構協會.建筑鋼結構施工手冊[M].北京：中國計劃出版社，2002.
　　[2]冶金工業部建筑研究總院.GB50205-2001鋼結構工程施工質量驗收規范[S].北京：中國計劃出版社，2002.
　　[3]中冶集團建筑研究總院.JGJ81-2002建筑鋼結構焊接技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.
　　[4]溫歌豐陳偉.央視新臺址鋼結構工程高強鋼超長焊縫的質量控制[J].工程質量，2007，（8）.