钢结构焊接施工方案最终版.docx
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目录
第一章总体概述 3
1.1编制依据 3
1.1.1设计图纸 3
1.1.2相关规范、规程 3
1.1.3相关管理标准 4
1.2钢结构焊接工程概况 4
1.2.1焊接对象分析 4
1.2.2焊接流程 6
1.2.3焊接工艺评定 7
第二章施工准备及资源配置 7
2.1人员准备 7
2.2主要焊接设备机具 7
2.3技术准备 8
2.4焊接材料准备 8
第三章主要焊接工艺 8
3.1焊接方法的选择 8
3.2焊接材料的选择 9
3.3坡口形式的设计 10
3.4焊接设备的配置 12
3.5焊接工艺顺序 15
3.6焊工考试 17
3.7焊接施工流程 20
3.8预热、层间温度控制和后热 24
第四章栓钉焊接施工工艺 25
4.1栓钉焊接工艺流程 25
4.2栓钉焊接前的准备工作 26
4.3栓钉焊接工艺 27
4.4焊后质量检查 27
4.5栓钉焊接缺陷及对策 28
第五章焊接质量控制措施 28
5.1防止层状撕裂的措施 28
5.2防止焊接裂纹的措施 29
5.3减小焊接应力的措施 30
5.4焊接变形控制措施 30
5.5焊接质量检验 31
5.5.1无损检测 31
5.5.2外观检查 31
5.6焊接缺陷返修 33
第六章钢结构高空焊接安全保护措施 34
6.1钢柱焊接操作平台 34
6.2钢结构焊接垂直通道 34
6.3钢结构焊接水平通道 35
6.4定型钢通道 36
6.5钢结构焊接吊篮 37
6.6钢梁扶手绳 38
6.7钢结构接火措施 39
6.8钢结构施工防护网 39
6.8.1平网 39
6.8.2挑网 40
第一章总体概述
1.1编制依据
1.1.1设计图纸
表1.1.1-1设计图纸
序号
文件名称
1
宝钢大厦（广东）项目结构施工图
1.1.2相关规范、规程
表1.1.2-1规范、规程
序号
规范名称
规范编号
1
《钢结构工程施工质量验收规范》
GB50205-2001
2
《建筑工程施工质量验收统一标准》
GB50300-2013
3
《钢结构工程施工规范》
GB50755-2012
4
《钢结构焊接规范》
GB50661-2011
5
《高层民用建筑钢结构技术规程》
JGJ99-98
6
《高层建筑结构用钢板》
YB4104-2000
7
《钢结构节点构造详图》【含04年修改】
01SG519
8
《碳钢焊条》
GB/T5117-95
9
《气体保护电弧焊用碳钢､低合金钢焊丝》
GB/T8110-2008
10
《碳钢药芯焊丝》
GB/T10045-2001
11
《建筑钢结构防火技术规范》
CECS200：
2006
12
《高层民用建筑设计防火规范》
GB50045
13
《焊缝符号表示法》
GB/T324
14
《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》
GB11345-89
15
《厚度方向性能钢板》
GB/T5313-1985
16
《碳素结构钢》
GB/T700-2006
17
《多高层民用建筑钢结构节点构造详图》
01SG519
18
《建筑工程施工质量验收统一标准》
GB50300-2001
19
《低合金高强度结构钢》
GB/T1591-2008
20
《建筑结构用钢板》
GB/T19879-2005
21
《圆柱头焊钉》
GB/T10433-2002
22
《建筑施工高处作业安全技术规范》
JGJ80-91
23
《钢结构现场检测技术标准》
GB/T50621-2010
24
《建筑工程施工质量评价标准》
GB50375-2006
25
气体保护焊用钢丝
GB/T14958
26
《焊接工艺规程及评定的一般原则》
GB/T19866-2005
27
《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》
GB/T8110-2008
1.1.3相关管理标准
表1.1.3-1相关管理标准
序号
分项名称
相关标准
1
质量管理
ISO9001质量管理标准
2
环境管理
ISO14001-2004环境管理标准
3
职业安全健康管理
OSHMS18001职业安全健康管理标准
1.2钢结构焊接工程概况
1.2.1焊接对象分析
根据设计图纸，对本工程的主要焊接对象进行分析，见下表。
表1.2.1-1焊接对象分析
序号
部位
截面示意
最大截面尺寸（mm）
板厚（mm）
材质
焊接位置
1
塔楼外框钢柱
1200×1000
25、28、32、34
Q345B
横焊
2
塔楼
核心筒钢柱
500×200
20、25
Q345B
横焊
3
塔楼外框钢梁
1050×600
20、25
28、30、
40
Q345B
平焊
1200×400
20、40
平焊、立焊、仰焊
4
裙房
钢柱
400×400
16、25
Q345B
横焊
5
裙房
钢梁
680×350
20、25
Q345B
平焊
1.2.2焊接流程
图1.2.2-1焊接流程图
1.2.3焊接工艺评定
本工程结构本体母材所用钢材为Q345B。
中厚板焊接头较多，焊接过程中采用的各项参数均需要通过焊接工艺评定来确定。
根据《钢结构焊接规范》（GB50661-2011），进行本工程焊接工艺评定。
以钢板厚度、种类分别进行各位置、坡口形式、焊接方法及组合等进行评定工作，以合格报告为依据指导现场施工，工艺覆盖率100％。
第二章施工准备及资源配置
2.1人员准备
1）对于参与本工程焊接的所有焊工进行有针对性的培训，并按《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）的相关要求进行考试。
考试合格取得焊工资格证的焊工，方允许参加本工程的焊接。
2）从事现场操作的所有焊工的资格证原件需由项目部统一收集管理，当焊工调离本项目时，资格证方可返还给本人。
2.2主要焊接设备机具
表2.2.1-1主要焊接设备机具
序号
名称
规格
数量
用途
备注
1
二氧化碳焊机
奥泰500
20台
构件焊接
2
直流焊机（手把焊）
奥泰500
15台
构件焊接、压型板焊接
3
熔焊栓钉机
SLH-2500
4台
栓钉焊接
4
空压机
0.9立方米
4台
压型板安装、焊缝返修
5
高温烘箱
00C—5000C
2台
构件焊接
6
保温箱
1500C
2台
构件焊接
8
测温仪
ST30
5部
构件焊接
9
碳弧气刨枪
600A
3支
焊缝返修
10
角磨机
Ф200/Ф100
8台
构件焊接
11
烤炬
H03～650
10把
构件焊接、校正
12
氧割设备
20套
构件焊接、校正
13
等离子切割机
4台
压型板安装
2.3技术准备
1）正式施焊前，针对现场各焊接形式按《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）的要求完成相关焊接工艺评定，报监理审查后由现场焊接技术人员根据经确认的焊接工艺评定报告编制焊接工艺卡指导现场施工。
2）由现场焊接技术人员根据规范、设计及焊接要求对焊工进行技术交底，主要内容包括工序的验收，焊前准备，过程控制，规范施工，存在问题的处理，措施的使用，对环境等影响因素的应急以及质量和安全意识等。
2.4焊接材料准备
1）对进场焊接材料进行验收并分类摆放，验收焊材必须提供质量保证书，必要时可进行复验；
2）焊丝存放于二级库保存，随时取用；
3）项目部要建立焊接材料管理制度，做好焊材的烘焙、发放、回收的记录。
第三章主要焊接工艺
3.1焊接方法的选择
结合本工程特点及各种焊接方法的焊接质量、焊接速度、操作方便程度、全位置焊接性能、抗风能力、焊接成本诸因素，选择半自动实芯焊丝二氧化碳气体保护焊（GMAW）为主要焊接方法，焊条电弧（SMAW）、药芯焊丝二氧化碳气体保护焊（FCAW-G）为辅助焊接方法。
各焊接方法的特点及应用部位如下表所示。
表3.1.1-1焊接方法的特点及应用部位
焊接方法
特点
在本工程中的应用
优点
缺点
半自动实芯焊丝二氧化碳气体保护焊（GMAW）
（1）焊接成本低，熔敷速度快，熔敷效率高；
（2）抗锈能力较强，焊缝抗裂性能好；
（3）线能量相对较小，焊接变形也小；
（4）操作性能较好，可进行全位置焊接，但仰焊稍困难；
（1）抗风力较差，一般当风速≥2m/s时，即需采取防风措施；
（2）工艺性能较差（焊接飞溅相对较大）；
（3）与焊条电弧焊相比，设备增加了供气系统和送丝系统，操作不如焊条电弧焊灵活方便，操作地点与送丝机构的距离只能在数米之内；
本工程的主要焊接方法，但必须采取有效的防风措施；；
焊条电弧焊（SMAW）
（1）焊接灵活性好，可进行全位置焊接；
（2）焊接设备相对简单；
（3）抗风能力强优于CO2气体保护焊；
（1）熔敷速度、效率低；
（2）焊接变形大；
（3）焊缝外观与内部的质量与焊工技术水平关系密切；
深窄坡口的底层焊接，及点固焊、焊接返修等零星焊接
半自动药芯焊丝二氧化碳气体保护焊（FCAW-G）
（1）操作性能较好，可进行全位置焊接（仰焊的工艺性能优于实芯焊丝二氧化碳气体保护焊）；
（2）由于焊丝中含有焊药，其工艺性能更好，而且焊缝质量优良，焊缝外观成型好；
（1）与焊条电弧焊相比，设备增加了供气系统和送丝系统，操作不如焊条电弧焊灵活方便，操作地点与送丝机构的距离只能在数米之内；
（2）药芯焊丝价格较贵；
用于仰焊部位和重要焊缝的盖面焊接；
3.2焊接材料的选择
焊接材料的化学成分、力学性能应与母材相匹配。
焊缝金属的性能必须满足设计规定值。
对于两种不同等级的钢材相焊时，焊材按低等级的钢材进行选用。
选择焊接材料情况见下表。
表3.2.1-1母材及焊材化学成分对比
牌号
化学成分（%）（Z15钢板P含量小于0.01％）
C
Mn
Si
P
S
V
Nb
Ti
Cr
Cu
Ni
AL
≤
≥
Q345B
≤0.20
≤1.70
≤0.5
0.030
0.030
0.15
0.07
0.20
0.30
0.30
0.50
0.015
ER50-6
0.06～0.15
0.9～1.4
0.450～0.75
0.025
0.025
0.03
-
-
0.015
0.5
0.15
-
E501T-1
0.18
1.75
0.90
0.03
0.03
0.08
-
-
0.20
0.35
0.5
-
E5015
-
1.6
0.75
0.040
0.035
0.08
-
-
0.20
-
0.30
-
表3.2.1-2母材及焊材机械性能参数
名称
抗拉强度
屈服强度
冲击值
延伸率
标准
备注
Q345B
470-630MPa
≥345MPa
34J/0℃
20%
GB1591-2008
母材
ER50-6
≥500MPa
≥420MPa
27J/－30℃
22%
GB/T8110-2008
焊材
E501T-1
≥490MPa
≥400MPa
27J/－20℃
22%
GB/T10045-2001
焊材
E5015
≥490MPa
≥400MPa
27J/－30℃
22%
GB/T5117-1995
焊材
表3.2.1-3焊材选用情况
序号
母材牌钢号
实芯焊丝气体保护焊
药芯焊丝气体保护焊
焊条电弧焊
1
Q345+Q345
ER50-6（Φ1.2）
E501T-1（Φ1.2）
E5015、E5016
（Φ3.2、Φ4.0）
（GB/T5117-1995）
3.3坡口形式的设计
根据设计说明及01（04）SG519国标图集中的焊缝形式与尺寸等，本区域主要坡口形式设计见下表。
表3.3.1-1坡口形式示意
序号
焊接类型
示意图
说明
1
箱型柱焊接
箱形柱的坡口尺寸
t≤36时ß=45°,b=5;t≥38时ß=35°,b=9;
2
工字形梁翼缘的焊接
箱形柱的坡口尺寸
6≤t≤12时ß=45°,b=6;t≥13时ß=35,b=9°
3
工字梁翼缘的焊接
箱形柱的坡口尺寸
6≤t≤12时ß=45°,b=6;t≥13时ß=35,b=9°
4
梁与柱采用完全焊透的坡口对接焊缝连接时，其梁端需作引弧板的加工大样
箱形柱的坡口尺寸
t≤36时ß=45°,b=5;t≥36时ß=35～38,b=9°
3.4焊接设备的配置
根据本工程焊接施工特点及焊接方法的选择，施工过程中拟配置的主要焊接及检测设备如下表所示。
表3.4.1-1主要焊接设备
序号
设备名称
图例
主要用途
1
逆变式
气体保护焊机
（1）箱型柱等柱-柱间熔透对接焊；
（2）钢梁与钢柱牛腿节点焊接；
2
逆变式直流手工电弧焊机
构件安装、校正时用的临时措施焊接；其它辅助焊接
表3.4.1-2主要焊接工具
序号
工具名称
图例
主要用途
1
焊枪
与二氧化碳气体保护焊机配套使用，可拆卸，施工方便；
2
CO2流量计
直观反应CO2流量，便于控制焊缝处保护气体强度。
3
碳弧气刨枪
焊缝修补，使用专用的空心碳棒，正极反接使用；
4
空压机
配合碳弧气刨枪使用，为碳弧气刨枪提供高压空气。
5
氧气、乙炔压力表
通过氧气、乙炔压力表将气瓶内氧气、乙炔释放，反应安全压力值、正常使用压力值等，便于操作时灵活控制；
6
割炬
连接板现场下料、焊缝坡口处理、安装措施板割除。
7
烘枪
对焊缝坡口及焊缝周围进行烘干处理。
8
角磨机
焊缝的打磨、坡口清理。
9
钢丝刷
焊缝坡口清理
表3.4.1-3焊接辅助设备
序号
工具名称
图例
主要用途
1
温控柜
用于控制、测量焊件的温度、配置的温度记录仪用于实时记录焊件的温度曲线，便于存档备案
2
可控温焊条烘箱
可控温焊条烘箱能根据需要提供多种烘培温度，保证焊接质量；
表3.4.1-4焊接检测设备
序号
工具名称
图例
主要用途
1
红外线测温仪
厚板焊接时检测预热温度、层间温度、后热温度等。
2
便携式超声波探伤
焊缝内部质量检查
3
焊缝量规
（1）焊前坡口尺寸、间隙检查
（2）焊后余高、焊脚尺寸检查
4
焊缝检测工具
工序验收时进行抽检项目检查的成套工具。
5
放大镜
焊接完成后进行表面裂纹、弧坑等外观自检的观察工具。
3.5焊接工艺顺序
1整体焊接顺序
1）确定整体焊接顺序遵循的原则
表3.5.1-1焊接顺序原则
序号
内容
1
按吊装顺序进行，原则上先焊横向杆件后焊竖向杆件；
2
在焊接同楼层互有联系的钢梁时，尽量保证焊缝所连接的两个构件中，至少有一个为活动体（即在焊缝横向收缩方向有微量的活动余地）；
3
同一根钢梁两端的焊缝，必须分别焊接，不可以同时施焊；
4
对于相互有构件联系的钢结构整体，尽可能先焊接中心部位的节点，再焊接周边的节点（即先中心后周边）；
5
收缩量大的焊接部位先焊，收缩量小的焊接部位后焊。
6
尽量采用对称焊接法
7
焊接批次适当，尽量使焊工群体保持均衡施工
2）塔楼外框架整体焊接顺序
外框整体施焊顺序以角对称轴线向两边延伸，现场由A、B、C、D四个焊接班组按下图所示顺序，同时对称焊接。
图3.5.1-1外框焊整体接顺序
3）主要节点焊接顺序
表3.5.1-2主要节点的焊接顺序
序号
接头形式
焊接顺序
焊接说明
1
H型钢柱对接焊缝
1、腹板厚度较小,可采用单面坡口焊;
2、首先焊腹板焊缝A，然后两个人同时焊接翼缘焊缝B。
2
H型钢梁对接焊缝
先焊下翼缘A，再焊接腹板焊缝B，最后焊上翼缘C
3
箱型钢柱对接焊缝
1、采取两人对称焊的形式进行
2、要求对称、分层、同步焊接
3.6焊工考试
本工程大量使用30mm以上厚板，且均为高空焊接。
焊接施工条件差，焊接难度大，所以对焊工的技术水平要求特别高。
因此所有进场焊工必须经焊工考试合格后才能进行现场焊接施工。
焊工考试流程见下表。
表3.6.1-1焊工考试流程
序号
工作内容
图例
1
考试现场布置
2
焊工资格审查
3
焊前准备
4
焊前调试
5
横焊施焊
6
立焊施焊
7
焊缝打磨
8
焊接完成的试板
9
外观检测
3.7焊接施工流程
表3.7.1-1焊接施工流程
序号
工序
示意图
保证措施
1
施工准备
焊接前必须设防风棚，使焊接作业区相对湿度≤90％，
风速≤2m/s。
2
焊前检查
用钢丝刷清理坡口除锈；使用焊缝量规对坡口角度、间隙等
进行检查。
3
预热
履带式加热器
用履带式加热器对坡口上下各150mm范围进行预热，用红外线测温仪进行过程监控。
4
定位焊接
定位焊由持焊工合格证的工人施焊，焊接材料与正式焊接材料相同，发现缺陷时必须及时处理，定位焊焊缝
长度50～60mm
间距300～400mm。
5
多层多道焊接
填充焊接前坡口再次清理；层间接头错出50mm左右；每层焊接结束后，使用钢丝刷进行层间清理。
6
盖面焊接
焊接前对焊缝进行修补，消除凹凸处，保证盖面焊缝成型美观。
7
后热缓冷
保温岩棉
履带式加热器加热至250℃左右断电，覆盖保温岩棉。
保温时间按每25mm厚度不小于0.5h，且不少于1h。
8
外观检查
采用放大镜及焊缝量规进行外观检查，焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤、接头不良、裂纹、焊瘤、咬边、未焊满、根部收缩等缺陷
9
无损探伤
焊接完成，焊缝冷却至常温24h后，打磨焊缝并进行UT检测，检验标准必须符合《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》GB11345规定的检验等级。
3.8预热、层间温度控制和后热
焊前预热、焊后后热和层间温度的保持是焊接大厚度钢材的重要技术手段。
本工程所用的钢材均属于高强度，大厚度材料，因此，焊前预热、焊后后热和层间温度的保持尤显重要。
预热是指在焊接之前对焊接区的母材进行加热，母材温度达到要求后方可实施焊接；后热处理也称消氢处理，是在焊接完成后立即加热焊缝，达到规定温度后保持一定时间，使焊缝中的氢得以逸出，然后保温缓冷（氢是产生焊缝冷裂纹的重要原因）；层间温度的保持是指前一道焊缝焊完到后一道焊接开始的这一段时间里，不可任由焊缝自行冷却，需要通过加热手段使焊缝区域的温度保持在规定的温度范围之内。
可见，加热工作贯穿了焊接的全部过程。
1预热温度、层间温度、后热温度及后热时间要求见下表（推荐值，以此指导进行焊接工艺评定）所示。
表3.8.1-1预热温度、层间温度、后热温度及后热时间要求
序号
母材
厚度t（mm）
预热温度（℃）
层间温度（℃）
后热要求
1
Q235B
t≤40
不预热
≤250
t≤30mm:
可不进行后热。
t≥30mm：
后热温度:
250～350℃；
后热时间:
0.5h/每25mm板厚
2
Q345B
t≤36
不预热
≤250
36＜t≤40
200
80～250
3
说明：
1在定位焊、焊接返修等局部焊接时，或构件拘束度较大时，或在气温低于0℃之下焊接时，预热温度应提高25℃～50℃。
2在异种材质相焊时，预热温度应取高级别的钢材预热温度。
2加热方法
对于定位焊、焊接返修以及一般的焊接接头，可采用火焰加热器进行预热。
预热时应力求温度均匀。
对于大厚度和拘束度大的焊接接头，应采用电加热进行预热。
后热时，必须全部使用电加热器。
加热范围应覆盖焊缝两侧各100mm以上。
加热带的敷设位置如下图（以宽翼缘板箱形梁对接焊口为例）。
图3.8.1-1加热带敷设
3测温方法
用红外线点温计，在加热面的反面测温。
如受条件所限需在加热面测温，应在停止加热时进行。
测温时，应以在焊道中心两侧各50mm处的温度为准，如图下图。
图3.8.1-2红外线点温计测温示意
4后热处理
应在焊接结束后立即进行，否则将使后热的消氢作用大减。
预热和后热应共用一套热设备。
在焊接结束后立即加大加热功率进行后热。
焊缝表面处理、焊缝质量检查等工序可在后热处理之后进行。
达到保温时间（1小时或1.5小时）要求之后，焊缝在保温材料覆盖之下，缓冷至常温。
一条焊缝尽可能一次性焊完。
如果有意外原因出现焊接中断，也要进行同样的后热处理。
再次焊接时，须按要求进行预热。
第四章栓钉焊接施工工艺
4.1栓钉焊接工艺流程
本工程栓钉设计采用φ19规格，其长度均为95mm，栓钉质量应符合国家《圆柱头焊钉》（GB10433）的规定。
栓钉焊接的工艺流程见下图所示。
本工程现场焊接栓钉共177465套，塔楼150892套、裙房26573套。
栓钉工艺试验合格
施工用栓钉、瓷环检查、受潮烘干
清理现场放线
栓焊机检查试运转
焊枪检查
确定焊接参数内容
穿透焊除锌
施焊
焊中检查
焊后检查
外观检查
弯曲试验
焊枪筒的平移滑动
焊枪拆装
绝缘良好
电源线、控制线良好
不合格
合格
图4.1.1-1栓钉焊接工艺流程图
4.2栓钉焊接前的准备工作
1施焊前进行栓钉焊接工艺评定试验。
2焊工必须持证上岗。
3焊接前应检查栓钉质量。
栓钉应无皱纹、毛刺、开裂、扭歪、弯曲等缺陷，栓钉应防止锈蚀和油污。
4瓷环的尺寸精度与栓钉焊接成型关系很大，对焊接工艺有直接影响，因此采购瓷环时一定要控制尺寸与说明书一致。
5栓钉焊接工艺参数见焊接工艺卡。
6穿透焊对瓷环强度及热冲击性能要求高，禁止使用受潮瓷环，受潮后要在120℃下烘烤2小时。
采用穿透焊接时，薄钢板与工件间一定要紧密压实，并选用适当的工艺参数，方能获得合格的焊接接头。
4.3栓钉焊接工艺
1根据焊接工艺评定确定栓钉焊接的工艺参数，编制栓钉焊接工艺卡。
2焊接条件
施焊中随时检查焊接条件，其内容见下表所示。
表4.3.1-1栓钉焊接条件检查一览表
序号
检查内容
检查时机
1
电压、电流、焊接时间
每次更换位置时
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