1、大型大跨度复杂结构铸钢节点焊接施工工法大型、大跨度、复杂结构铸钢节点焊接施工工法1. 前言铸钢就是用铸造工艺在根据节点造型做好的砂模中浇注熔炼好的钢水制作完成。随着社会的进步与发展，人们对建筑的外观造型及美感要求越来越高，铸钢节点是近年来随着大型、大跨度、造型复杂的空间结构的广泛应用而发展起来的一种新型节点形式，它具有设计灵活，使用性强，安全可靠、施工方便，缩短工期、降低工程造价等优点，近年来我公司在学习、吸收国内外先进施工技术的基础上，通过工艺创新、工法提炼，逐步形成了一整套先进的施工方法和工艺，取得了较好的社会效益和经济效益，现根据本公司近几年来的工程实践，编制了本大型、大跨度、复杂结构铸
2、钢节点焊接施工工法。2. 工法特点2.1 铸钢节点不受到含钢率的限制，而且因为其板厚较厚，刚度和承载力可高于同样外形的相贯节点1.2倍以上；2.2 可以根据工程的需要设计成各种形状复杂的结构形式，大大降低了工地焊接量；2.3 铸钢节点在多根杆件架交汇且角度较小时，采用圆形倒角或过渡圆滑的截面，不仅外观美观，而且可以分散焊缝，焊接质量得到了很好的保证；2.4 由于铸钢节点是根据各个节点的造型设计出来的，其结构杆件空方位角得到了比较精确的控制，既大大提高了施工速度，降低施工难度，缩短了工期又节约了成本。2.5 铸钢节点大大提高了结构的疲劳寿命，大大减少了工程造价和检测、维修费用，并且设计灵活，施工
3、中避免了空间定位问题。3 适用范围随着造型复杂、大跨度、大面积空间钢结构、重型钢结构的发展与广泛应用，铸钢节点主要适用于：3.1 结构节点复杂程度大，连接杆件多或有些杆件间角度较小（小于30度）的工程；3.2 节点外观美观要求高的大型体育场馆，大型公共建筑工程。3.3 安装作业位置高度高，吊装施工难度大的工程。3.4 节点空间定位难、复杂的工程。4 工艺原理4.1 由于铸钢节点均在专业厂家的车间内加工完毕，铸钢节点运抵工地后，先进行铸件的形状位置的检测，检测可采用样板定位，作辅助测量手段，若发现检测数据或结果没有相关性或不符合要求时，还可采用三维座标测量仪对铸件几何尺寸及形状位置进行复测。4.
4、2 焊接之前应仔细清除焊缝两侧各50mm范围内的油污，水分、割渣、锈蚀。4.3 焊接前用加热板对焊缝两侧150mm范围进行预热，加热温度控制在120200，保证构件内外侧温度尽量接近。焊接时宜采用小电流多层次分层焊接，第一道用手工电弧焊打底，直流反接，打底焊条选用E5016；填充中间层和盖面层采用CO2气体保护焊接，焊丝选用H08Mn2SiA；每道焊层不能太大（不宜大于6mm），且各焊道接头应错开50mm。焊接后立即用石棉布包裹进行保温，保温温度为100150。5 施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程：5.2操作要点：5.2.1 铸钢节点检测：5.2.1.1铸件的几何尺寸及公差的测定使用下
5、列要求和标准：铸钢件设计详图；GB/T1182-2008 形状和位置公差通则、定义、符号和图样表示法；CECS 235-2008铸钢节点应用技术规程。5.2.1.2铸件的形状位置的检测可采用样板定位，作辅助测量手段，若发现检测数据或结果没有相关性或不符合要求时，可采用三维座标测量仪对铸件几何尺寸及形状位置进行复测。5.2.2焊接工艺评定：铸钢节点材质为G20Mn5与铸钢件相焊钢材材质为Q345B，不同材质之间的焊接须进行焊接工艺评定，确定焊接坡口形式，施焊前应进行焊前预热，焊接结束后对焊缝进行后热处理。焊接工艺评定报告及指导书：焊接工艺评定报告工程（产品）名称评定报告编号2委托单位工艺指导书编
6、号项目负责人依据标准建筑钢结构焊接技术规程（JGJ81）试样焊接单位施焊日期焊工资格代号TS6JSHS00851级别中级母材钢号Q345B/G20Mn5规格28/50mm供货状态热轧生产厂家化学成分和力学性能C(%)Mn(%)Si(%)S(%)P(%)s(Mpa)b(Mpa)(%)Akv(J)标准0.201.001.600.550.0400.04034547063021Q345B0.141.490.280.0400.02738853529.5G20Mn50.181.120.290.0080.01134654330碳当量0.26%公式ceq(%)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+N
7、i)/15焊接材料生产厂家牌号类型直径（）烘干温度（h）备注焊条焊丝自贡大西洋CHW-50C61.2焊剂或气体CO2焊接方式GMAW焊接位置H接头型式V型对接焊接工艺参数见焊接工艺评定指导书清根工艺砂轮打磨焊接设备型号SB-10A-500型电源及极性直流反接预热温度/层间温度/后热温度及时间/评定结论：本评定按建筑钢结构焊接技术规程（JGJ81）规定，根据工程情况编制工艺评定指导书、焊接试件、制取并检验试样、测定性能，确认实验记录正确，评定结果为：合格。焊接条件及工艺参数适用范围按本评定指导书规定执行。评定评定单位： （签章） 年 月 日审核技术负责 年 月 日焊接工艺评定指导书工程名称指导书
8、编号母材钢号Q345B/G20Mn5规格28/50mm供货状态热轧生产厂家焊接材料生产厂家牌号类型烘干制度（h）备注焊条焊丝自贡大西洋CHW-50C6焊剂及气体CO2焊接方式GMAW焊接位置H焊接设备型号SB-10A-500型电源及极性直流反接预热温度（）/层间温度/后热温度（）及时间（min）/焊后热处理/接头及破口尺寸焊接顺序图按左图焊接顺序:110.4焊接工艺参数道次焊接方法焊条或焊丝焊剂或保护气保护气流量（1/min）电流（A）电压（V）焊接速度（/ min）热输入（kJ/）备注牌号（）1GMAWER50-61.2CO218-25220-26026-3024-302GMAWER50-6
9、1.2CO218-25240-32028-3226-323.19.4GMAWER50-61.2CO218-25240-32028-3226-3210.110.4GMAWER50-61.2CO218-25220-26026-3024-30技术措施焊前清理焊道除锈去污，清除组焊焊渣层间清理清除焊渣，砂轮打磨见金属光泽背面清根砂轮打磨其他：表面清除焊渣及飞溅物编制日期审核日期5.2.3确定焊接顺序：铸钢件与锥柱焊接时，采用双人双向对称焊接工艺，如下图所示：焊接顺序：先焊A(B)再焊D（C）。5.2.4焊前确认：5.2.4.1气候条件检查：手工电弧焊现场风速不大于8m/s，气体保护焊现场风速不大于2m
10、/s,应设防风装置。5.2.4.2检查坡口尺寸、坡口形状、坡口角度、坡口钝边和坡口清洁程度是否达到要求，对坡口间隙进行测定，检测钢梁上下、左右错口和钢管柱上下口错边，检查根部垫板情况。5.2.4.3焊接材料检查：（1）焊条在使用前必须按规定烘焙，E5015焊条的烘焙温度为3500C，烘焙1小时后冷却到1500C保温，随用随取，领取的焊条应放入保温筒内。烘干后的焊条在保温筒中放置时间超过4h应重新烘干，受潮焊条不得使用。（2）不得使用药皮脱落或焊芯生锈的变质焊条、锈蚀或折弯的焊丝。（3）CO2气体的纯度必须大于99.7%，含水率小于等于0.005%，瓶装气体必须留1Mpa气体压力，不得用尽。5.
11、2.4.4焊机工作状态检查，节点安全检查，检查各焊接设备是否处于正常运行状态。5.2.4.5检查二氧化碳送气管路漏堵情况。5.2.4.6焊工必须持证上岗。5.2.5坡口清理：焊接之前应仔细清除焊缝两侧各50mm范围内的油污，水分、割渣、锈蚀。5.2.6按规定工艺焊接：5.2.6.1焊前预热：焊接前用加热板对焊缝两侧150mm范围进行预热，用电阻测量计测量加热到90100，停止加热15分钟后，再测量各向温度基本一致后继续加热至120200，预热时必须缓慢且均匀，保证构件内外侧温度尽量接近。5.2.6.2焊接过程应采用小电流多层次分层焊接，第一道用手工电弧焊打底，直流反接，打底焊条选用E5016；
12、填充中间层和盖面层采用CO2气体保护焊接，焊丝选用H08Mn2SiA；每道焊层不能太大（不宜大于6mm），且各焊道接头应错开50mm。如中途停焊必须注意：（1）至少应焊满坡口深度1/2以上，并立即覆盖保温棉进行保温缓冷；（2）焊前应重新进行预热并达到规定要求温度，同时还应该控制道间温度230。5.2.6.3焊接结束后应立即采取焊后保温缓冷措施。必要时也可采用火焰加热至250左右，以适当提高焊接区域的温度，而后是用石棉布包裹进行保温2小时左右，保温温度为100150。5.2.6焊中检查:焊接时需进行焊缝外观检查，当焊缝表面缺陷超过相应的质量验收标准时，如超标缺陷为气孔、夹渣、焊瘤、余高过大或接头
13、鼓凸等，应采用砂轮打磨、修饰等加以清除，必要时应进行焊补，对焊缝尺寸不足，局部缺肉、凹陷、低洼、咬边、弧坑未填满或角焊缝过渡不良等缺陷应进行焊补、而后打磨修饰。5.2.7焊接完成:焊接完成后，焊工首先要进行自检。保证对焊接过程中出现的缺陷，进行局部修整后满足相应质量验收标准的要求。5.2.8焊缝检测：焊接质量检验应在焊接结束后24小时后进行，采用无损探伤检测。其中无损探伤检测采用超声波探伤和磁粉探伤超声波探伤超声波探伤的方法及缺陷评定标准采用GB7233-87标准，评定等级为级超声波探伤的方法比例为每件均进行检查探伤，每件中可进行探测部位进行100%检查。磁粉探伤。磁粉探伤检测采用GB9444
14、-88 和GB9443-88 铸钢件磁粉探伤及质量评级方法标准，评定等级为3级。探伤范围为超声波不能进行检测的部位的铸钢件表面。磁粉检测方法可采用支杆法、磁轭法、通电法、线圈法，可按具体零件选择探伤方法。作为对磁粉探伤检测的补充，可采用液体渗透着色探伤法对铸件进行检测5.2.9焊缝检测合格由具有相应资质的第三方检测公司出具探伤检测报告，焊缝检测不合格，用碳弧气刨清除缺陷，重新焊接。清除缺陷时应刨槽加工成底部呈圆弧形，而前、后、左、右侧边等均应加工成斜坡，近似焊接坡口，并用砂轮打磨清除其表面的渗碳层和熔渣等。必要时还应采用磁粉探伤方法确定裂纹是否彻底清除。6 原材料与机械设备6.1原材料：6.1
15、.1铸钢节点材质为G20Mn5与铸钢件相焊钢材材质为Q345B。6.1.2焊接材料：手工电弧焊采用E5016焊条；CO2气体保护焊焊丝选用H08Mn2SiA。6.2施工机械设备：（见表1、2、3）主要设备及工器机具表 6.2.1钢结构安装设备机具：表1序号设备名称型号规格数量国别产地制造年份额定功率（KW）生产能力备注1履带吊80T4良好安装阶段2汽车吊50T2良好安装阶段3汽车吊25T2良好安装阶段4砂轮切割机2上海20060.5良好制作阶段5扭矩扳手10山东2006良好安装阶段6扭剪型电动扳手8山东2006良好安装阶段7手电钻5杭州20060.5良好安装阶段8手拉葫芦3t、5t8上海200
16、7良好安装阶段9氧割设备6武汉2006良好安装阶段6.2.2 制作检测器具：表2序号检测仪器名称规格型号单位数量1金相显微镜NEOPHOT-1台12全站仪DQZ2A台12经纬仪J2台13水平仪DZS3台14超声波探伤仪CTS-22A台25自动温湿记录仪台16漆膜测厚仪Elcometer345F台37钢卷尺5-100米把若干8焊缝检验尺把36.2.3现场拼装安装检测器具：表3序号仪器设备名称规格型号单位数量1超声波探仪CTS-22A台22干漆膜测厚仪Elcometer345F台13水准仪ZDS3台24测温仪300度只25全站仪DQZ2A台16经纬仪J2台27钢卷尺5-100米把若干8焊缝检验尺把
17、39测温仪250度只210测风仪台27 质量控制7.1质量要求：7.1.1原材料的质量要求：1、 把好原材料质量关，所有进场材料（铸钢节点、钢材、焊接材料）的品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求，必须有符合规范的质量说明书，材料进场后，要按产品说明书和安装规范，妥善保管和使用，防止变质损坏。2、CO2气体的纯度必须大于99.7%，含水率小于等于0.005%，瓶装气体必须留1Mpa气体压力，不得用尽。7.1.2焊接质量要求：1、不得使用药皮脱落或焊芯生锈的变质焊条、锈蚀或折弯的焊丝。2、施焊前，复查组装质量，定位焊质量和焊接部位的清理情况，如不符合要求，需修正后方可施焊。3、焊接时
18、需进行焊缝外观检查，不得有超过相应的质量验收标准的气孔、夹渣、焊瘤、余高过大或接头鼓凸等缺陷，否则应采用砂轮打磨、修饰等加以清除，必要时应进行焊补，对焊缝尺寸不足，局部缺肉、凹陷、低洼、咬边、弧坑未填满或角焊缝过渡不良等缺陷应进行焊补、而后打磨修饰。4、焊缝正、反面各作为一个部位，同一部位返修不宜超过两次。5、焊缝采用超声波探伤和磁粉探伤，超声波探伤的方法及缺陷评定标准采用GB7233-87标准，评定等级为级，超声波探伤的方法比例为每件均进行检查探伤，每件中可进行探测部位进行100%检查。磁粉探伤检测采用GB9444-88 和GB9443-88 铸钢件磁粉探伤及质量评级方法标准，评定等级为3级
19、。7.2质量保证措施7.2.1质量管理组织保证措施： 1、建立以项目经理为质量控制总负责人的质量管理体系。2、从事焊接作业的人员，从工序负责人到作业班长仍至具体操作的施焊技工、配合工以及负责对焊接接头进行无损检测的专业人员，均为有相应资质人员。3、质管部门作为质量管理的主管部门，将对各部门、加工车间及施工现场的专职和兼职的质量员、检验员、化验员、试验员、测量员进行周到部署，确保各工序工段间，过程控制的各时段间均有严格认真的检验和控制。4、项目总工将针对工程特点，依照国家规范、公司的质量体系文件要求，全面的制定项目质量目标、手册和各项工序的质量控制办法和制度。5、项目质量总监负责对工程质量进行监
20、督和实施；各工序负责人为质量管理对口人员，对质量总监负责。6、质量保证组织机构，定期开展质量检查活动，对质量情况进行统计分析，掌握工程质量动态，全面控制各分部分项工程质量。7、树立全员质量意识，贯彻“谁管生产，谁管理质量；谁施工，谁负责质量；谁操作，谁保证质量”的原则。7.2.2 质量管理制度保证措施：1、质量技术交底制度：技术部门编制有针对性的施工组织设计，并对各工段工长进行技术指导性交底，各工长对所属的工段人员进行交底，使人人掌握技术要领，以保证工程的施工质量。2、建立三检制度：实行并坚持自检、互检、交接检制度，自检要做好文字记录，隐蔽工程由项目总工组织工长、质量检查员、班组长检查，并做出
21、较详细的文字记录。3、质量否决制度：不合格工程材料严禁进场使用，不合格的钢构件、焊接点、安装必须进行返工。4、质量奖罚制度：根据公司质量管理文件的要求，对在施工质量方面做出重要贡献的人员进行奖励，反之，进行相应的处罚，通过质量奖罚制度，鞭策工程施工人员的积极性。8 安全措施8.1坚持“安全第一，预防为主”的原则，全面落实建筑工程安全生产管理条例。8.2确保工程、设备安全，施工人员重伤、死亡事故为零指标。8.3安装工人进场必须进行三级教育，特殊工种操作人员必须持证上岗。8.4进入现场必须佩戴安全帽、使用安全带、电工、设备维修员带电操作必须戴绝缘手套、进行可能引致眼睛受到伤害的工作，必须佩戴护目镜
22、、严禁酒后作业。8.5高空作业时，不准往下往外丢铁块等杂物，应上下传递。8.6现场施工用电执行一机、一闸、一漏电保护器的“三级”保护措施。其电箱设门、设锁、并编号、注明责任人。8.7机械设备必须执行工作接地和重复接地的保护措施，不允许使用破损的电线和电缆，严防设备漏电。8.8 电箱内所配置的电闸、漏电、保护开头、熔丝荷载必须与设备额定电流相等。不使用偏大或偏小额定电流的电熔丝，严禁使用金属丝代替电熔丝。8.9施工现场应配备足够的消防器材，指定专人维护、管理、定期更新，保证完整好用；现场施工动火要严格执行动火审批制度，并要采取有效的安全监护和隔离措施；施工现场的焊、割作业必须符合防火要求。9 环
23、境保护措施9.1施工现场必须建立环境保护、环境卫生管理和检查制度，并应做好检查记录。对施工现场作业人员的教育培训、考核应包括环境保护、环境卫生等有关法律、法规的内容。9.2施工期间应遵照中华人民共和国建筑施工场界噪声限值制定降噪措施。确需夜间施工的，应办理夜间施工许可证明，并公告附近社区居民。9.3尽量避免或减少施工过程中得光污染。夜间室外照明灯应加设灯罩，透光方向集中在施工范围、电焊作业采取遮挡措施，避免电焊弧光外泄。9.4施工现场的主要道路必须进行硬化处理，土方应集中堆放。裸露的场地和集中堆放的土方应采取覆盖、固化或绿化等措施。9.5现场焊接时，做好焊渣的回收工作，防止焊渣高空坠落伤人。9
24、.6在工程材料的选用中，严格按照工程要求选用绿色环保无污染材料，材料各项性能指标均符合环保要求。10 效益分析10.1可以根据工程的需要设计成各种形状复杂的结构形式，大大降低了工地焊接量，焊接量和耗工量是传统节点施工耗量的1/3。10.2铸钢节点在多根杆件架交汇且角度较小时，采用圆形倒角或过渡圆滑的截面，不仅外观美观，而且可以分散焊缝，焊接质量可提高1倍以上。10.3由于铸钢节点是根据各个节点的造型设计出来的，其结构杆件空方位角得到了比较精确的控制，既大大提高了施工速度，降低施工难度，缩短工期，又节约了成本，可降低造价10%25%左右。10.4铸钢节点大大提高了结构的疲劳寿命，大大减少了工程造价和检测、维修费用，并且设计灵活，施工中避免了空间定位问题。
