钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术

本工程主结构钢结构的焊接工作量大部分在工厂内完成，现场主结构的焊接主要指钢柱的对接焊接，梁柱、梁与梁钢性连接以及联系桁架与组合截面钢梁的焊接连接。 所有构件的拼接节点均为等强连接，采用坡口全熔透焊，焊缝质量等级为一级。 支座连接节点处，杆件、板件的焊接采用坡口全熔透焊，焊缝质量等级为一级。其余的坡口全熔透焊为二级焊缝。角焊缝为三级。 钢管（空心构件）端部采用5mm厚钢板封头，并采用连续焊缝密闭，使内外空气隔绝，并确保组装、安装过程中构件内部不积水。

焊接时，加热和冷却循环总会导致一定程度的变形，焊接变形对尺寸稳定性以及结构力学性能都有很大的影响，控制焊接变形在焊接加工中是一个关键的任务。 在钢结构焊接中，焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化，从而在构件中产生复杂的残余应力分布。残余应力是一种自相平衡的力系，当构件承受荷载时，如受拉、受压等，荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加，从而使构件某些部位提前达到屈服强度，并发生塑性变形，故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。 对构件进行焊接，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1600℃，高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长，但受到相邻钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中，随时间和温度而不断变化，称其为焊接应力。焊接应力较高的部位，甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件内的应力，称为焊接残余应力。并且在冷却过程中，钢材由于不能自由收缩，而受到拉伸，于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。

针对工程机械中大型结构焊接变形问题进行探讨

目前，钢结构已在厂房建筑中得到广泛应用。而钢结构厂房的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑。这些构件在制作过程中都存在焊接变形问题，如果焊接变形不予以矫正，则不仅影响结构整体安装，还会降低工程的安全可靠性。

本钢结构焊接工艺评定报告样本，作为工厂对原材料检测，焊接工艺评定的参考

焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。

我国钢结构行业发展已经有了一定规模。焊接技术等钢结构的制作关键技术和制作质量，在建设工程中的作用是十分重要的。 从钢结构的发展规模来看，我国已经成为世界产钢大国。2005年中国生产钢已突破3亿吨，其中钢结构的产量高达1.4亿吨，能源、交通、冶金、机械、化工、电力、建筑及基础设施建设等领域的钢结构产业已成为国民经济建设的支柱。随着我国建筑业的快速发 展，建筑钢结构在国民经济发展中的作用也越来越重要。2005年全国建筑钢结构用钢量约 1155万吨，比2002年的836万吨增长了38%。高层钢结构、空间钢结构、桥梁钢结构、轻钢钢结构、住宅钢结构和钢结构厂房等工业与民用建筑，在全国很多地方得到广泛运用。大跨度空间钢结构已在各种体育馆、展览中心、大剧院、候机楼、飞机库和一些工业厂房中应用。已建成的高层超高层钢结构建筑有60多幢。仅宜宾至上海的长江段，已建和在建桥梁数目多达50余座，其中一半以上是钢桥，有的堪称世界级桥梁。我国钢结构住宅也将进入新的快速发展阶段。在建设部门的大力推动下，一批示范、试点工程和关键技术攻关项目相继建成。 从我国建筑钢结构的工程运用特点来看，很多钢结构建筑造型新颖独特、结构体系繁多、节点构造复杂，焊接接头形式多，由此对构件制作和现场安装中的焊接技术要求也越来越高。国家体育场"鸟巢"钢结构工程技术难度就是典型的一例。建筑高度高、结构跨度大，抗震性能强对主要钢结构焊接质量要求也相应提高。框架梁与柱的连接焊缝，剪力板与柱的连接焊缝，梁腹板与柱的连接焊缝和柱的拼接焊缝等结构的主要部位，技术要求普遍是坡口熔透一级焊缝，100%超声波探伤。焊接质量和制作质量必须有保障，才能发挥钢结构的应有作用。

第一，热裂纹。其基本特征是在焊缝的冷却过程中产生。其产生的主要原因是钢材或焊材中的硫、磷杂质与钢形成多种脆、硬的低熔点共晶物,在焊缝的冷却过程中，最后凝固的低熔点共晶物处于受拉状态，极易开裂。

本文档为确保现场钢结构焊接合格率，包括：概况： 本工程地下为混凝土结构，地上为钢结构。总建筑面积19386m 2 ,地上三层，地下一层，其中地下建筑面积5088m 2 ，地上14298m 2 。框架柱包括箱型柱、十字柱、H型柱，钢梁为箱型梁、H型钢梁，钢结构总量约为1077t。钢结构材质主要为Q345B，本项目钢结构部分结构复杂、牛腿多且焊缝密集、焊接工艺要求高、焊接难度大等。

本标准规定了钢结构焊钉焊接的施工要求、方法和质量标准，适用于各类钢结构工程中的抗剪件、预埋件及锚固件，公称直径为6～22mm的焊钉（圆柱头焊钉、熔栓焊钉、剪力钉）的焊接。

中山博览中心钢结构主要为管桁架结构，主要结构类型分为托架、主桁架、次桁架、支撑，十字柱桁架、材质为Q345B，支座为铸钢件ZG275-485H。常年展厅位置在B-H/14-26轴，分二、三层，钢结构主要由十字柱、桁架梁、联系梁、核心筒预埋件、柱底预埋件等组成，二层钢梁顶标高7.15m，三层钢梁顶标高11.3m。钢结构总量约为11500t。

2.概况： 　　某钢铁股份有限公司2000m3高炉工程炉体结构高为36.780m，最大直径为14.2m,最小直径为3.1m 。共分为炉壳底板、炉缸1段、炉缸2段、铁口段、炉缸3段、风口段、炉缸4段、炉腹段、炉腰段、炉身1段、炉身2段、炉身3段、炉身4段、炉身5段、煤气封罩1段、煤气封罩2段、煤气封罩3段、煤气封罩4段、煤气封罩5段等19带。有20mm、40mm、50mm、60mm、65mm五种厚度；总重563t；焊缝总长885.967 m（其中底板焊缝长度为94.835m，炉壳环缝为638.976m，立缝为152.156m，因炉壳在现场只有4条拼装立缝）。 　　高炉炉壳钢材选用按宝钢标准要求生产BB503钢，高炉炉底板采用Q235-B钢（GB700-88）。BB503钢均要求正火状态供货。 　　高炉炉壳安装2003年月至10月,工期为145天，并于2003年10月底安装完毕交筑炉公司进行耐火砖砌筑。炉壳共19带，炉底板安装6天，铁口带、风口带组装、安装每带为9天，其它炉壳组装、安装每带为7天，特殊原因影响时间在内，所有工期包括焊接时间。 　　因此，本高炉的焊接具有工程量大、工期短、技术质量要求高（雨季施工质量难控制）和焊接变形不易控制等特点。 　　高炉壳体分带图见附图1； 　　高炉焊缝布置图见附图2； 　　高炉底板焊缝布置图见附图3 　　......................... 　　

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本工程采用门式钢结构体系。室内夹层采用完全脱开单独钢框架结构体系；主体结构设计正常使用年限为25年，结构安全等级为二级，抗震设防分为丙类，抗震设防裂度为7度，建筑抗震等级四级.

本资料为某建筑钢结构焊接工艺评定报告，目录齐全，内容完整，可供下载使用

序号 检验批名称及部位、区段 施工单位检查评定结果 监理（建设）单位验收结论

电焊条：其型号按设计要求选用，必须有质量证明书。按要求施焊前经过烘焙。严禁使用药皮脱落、焊芯生锈的焊条。设计无规定时，焊接Q235钢时宜选用E43系列碳钢结构焊条；焊接16Mn钢时宜选用 E50系列低合金结构钢焊条；焊接重要结构时宜采用低氢型焊条（碱性焊条）。按说明书的要求烘焙后，放入保温桶内，随用随取。酸性焊条与碱性焊条不准混杂使用。

本文在实践的基拙上提出了高层建筑钢结构“超大构件 ”的概念 ,并对典型超 大构件的焊接变形的预防与矫正作了概括性介绍 ,对高层建筑钢结构的加工制造具有参考意义。

主要介绍了钢结构焊接件进行超声波探伤的实施要点，缺陷评估、缺陷产生原因及 防止措施。