42鸟巢质量控制.docx

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42鸟巢质量控制

鸟巢质量控制

国家体育场（鸟巢）钢结构工程具有极其强烈的吸引力和挑战性，特殊独到的重型钢构、高空大跨度马鞍型设计造型，不仅使结构十分复杂，而且带来难以控制的应力应变，由此形成了“一焊、二吊、三卸载”的施工难关。

作为贯穿整个工程决定结构安全运营的主导焊接工序，其质量指标和施工难度之高可想而知，令人瞩目。

业内专家、各级政府和相关领导对此给予了极大的关注，在“鸟巢”工地形成了大家关心、担心焊接，人人谈论焊接的局面。

紧迫感、使命感、强大的压力由然而生。

所幸的是随着时间的推移，“鸟巢”的焊接工作在各级领导、专家的关怀下，经过全体员工的共同努力逐渐进入正轨，在工程中取得了一定的成绩。

在此，我们仅用获取的钢结构现场焊接缝100%超声波探伤一次合格率大于99．7%，第三方抽查合格率100%的优异成绩来回报社会各界对“鸟巢”钢构工程的关心和厚爱。

1　工程概况

　　　　国家体育场位于北京市成府路南侧、奥林匹克公园中心区，是北京2008年奥运会的主体育场，“鸟巢”全景如图1所示。

建筑顶面呈马鞍型，长轴332．3m，短轴297．3m，最高点高度68．5m，最低高度40．1m。

屋盖中间开洞长度185．3m，宽度127．5m。

图1　2007年8月“鸟巢”全景

　　　　屋盖主结构的杆件均为箱型构件，其中：

主桁架断面高度12m，上弦杆截面1000mm×1000mm~1200mm×1200mm，下弦杆截面800mm×800mm~1000mm×1200mm，腹杆截面基本为600mm×600mm，主桁架沿洞口斜角交叉布置。

桁架柱为三角形格构柱，每根格构柱由两根1200mm×1200mm箱型外柱和一根1200mm×1200mm菱形内柱组成，腹杆截面1000mm×1200mm。

桁架柱上端大、下端小，上端与主桁架相连，下端埋入钢筋混凝土承重台内，并将屋盖荷载传至基础。

　　　　工程钢结构体系新颖，经过多种施工方案反复比较、多次多层次的专家论证，最终确定钢结构总体安装方案采用分块高空散装方法。

主体钢结构的安装顺序遵循对称同步、尽早形成安装区域局部稳定的原则，总体上分为三个阶段八个区域，主体钢结构共划分230个安装单元，其中桁架柱48个安装单元；平面主桁架166个安装单元；立体桁架16个安装单元。

外环布置2台800t履带吊负责吊装24根桁架柱和外圈主桁架，4台150t履带吊负责立面次结构的安装；内环布置2台600t履带吊负责吊装内圈和中圈主桁架；顶面次结构安装阶段，外环采用2台300t履带吊负责吊装外圈肩部及顶面次结构，内环采用2台150t履带吊负责吊装内圈顶面次结构。

　　　　工程采用全焊钢结构，所用钢材全部国产化。

钢板厚度δ＝34mm时采用Q345钢材；钢板厚度36mm≤δ≤100mm时采用Q345GJD钢材；钢板厚度100mm≤δ≤110mm时部分采用Q460E-Z35钢材。

主桁架转换部分采用GS-20Mn5V铸钢节点。

钢材从8~140mm铸钢共有19个规格；设计用钢量约为4．2万t，实际用钢量近5．3万t。

　　　　工程中存在大量复杂的焊接节点，板件的厚度较大，板件之间的相互约束显著，大量焊缝集中，焊接应力较大。

柱脚结构复杂，内部筋板多数要求全焊透，焊缝纵横交错，施工场地狭窄，控制焊接应力和焊接变形难度很大。

　　　　屋盖主结构属于大型大跨度空间结构，其自重产生的内力所占比例较大，主结构的施工和焊接顺序对结构在重力载荷下的内力将产生明显的影响，而主结构不规则的走向，使得很难排定焊接顺序和安装程序，因此控制其初始应力状态不是一件容易的工作。

　　　　次结构安装难度大于主结构，焊缝分布无规律可循，应力状态十分复杂。

　　　　厚δ＝110mm的Q460E-Z35钢为国内建筑钢结构首次使用，Q345GJD国内应用单位也不多，对上述钢材的热加工技术及焊接工艺无成熟经验可借鉴；研究Q460E-Z35厚板焊接技术可焊性研究　，目的是为Q460E-Z35钢材焊接工艺的合理选择与评定提供科学的依据，以指导钢结构工程Q460E-Z35的焊接施工。

这项工作存在极大的风险和难度。

由于现场焊接焊缝大多为受力焊缝，根据设计要求均为一级全熔透焊缝，施工难度大，施工质量要求相当高，政治影响也很大。

“鸟巢”剖面如图2所示，2007年8月“鸟巢”屋顶如图3所示。

图2　"鸟巢"剖面

图32007年8月"鸟巢"屋顶

　　　　首先进行了Q460E-Z35焊接性试验及焊接技术的应用研究。

主要进行了SH-CCT图的试验研究，Q460E-Z35热切割试验；Q460E-Z35热矫正试验；Q460E-Z35焊接冷裂纹试验，Q460E-Z35刚性焊接试验，以及Q460E+Q460EO、H、V、δ＝110mm　、Q460E+Q345GJDO、H、V、δ＝110　mm，100mm　、Q460E+GS-20Mn5VO、H、V、δ＝110mm　的焊接工艺评定13项；其余Q345GJD、Q345、GS-20Mn5V等钢材分别按JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》进行焊接技术、焊接位置、材料规格以及异种钢材的组合等焊接工艺评定184项，同时进行了GMAW、FCAW-G大流量防风模拟试验。

为适应冬季施工，进行了Q460E、Q345GJD钢的低温焊接试验共24项。

所有实验全部按预期目标完成，这些试验的结果准确可靠，成为了国家体育场鸟巢　钢结构工程焊接技术规程有力的技术支持。

在技术路线的制定过程中起到了决定性的作用。

2　钢结构安装工程施工流程

　　　　钢结构安装工程于2005年10月28日开始，2006年11月全部结束，历时12个月。

　　　　工程中采用了以“制作为基础，安装为主线路，拼装、涂装、支撑塔架制作安装等工序齐头并进”的网络计划，目的是在保证工程质量的前提下尽量缩短工期。

工程安装流程如图4所示。

图4国家体育场钢结构工程安装流程

3　建立钢结构焊接质量保证体系、开展全面质量管理工作

　　　　建筑钢结构焊接工程中切实采用全面质量管理。

全面质量管理是技术和管理的有机结合，有时很难分清什么是技术、什么是管理。

在“鸟巢”钢结构焊接工程中，我们深刻地体会到：

没有有效的管理，再好的技术也难以实现；没有技术，再好的管理也是空谈。

因此，建筑钢结构的质量管理应当有两大内涵，即：

管理基础工作，技术基础工作。

两项基础工作的有机结合，才是国家体育场鸟巢　钢结构工程的真实质量管理。

　　　　全面质量管理的核心是：

三全、四个一切、五个管理要素。

　　　　“三全”的管理思想：

全面的质量概念、全过程的质量管理、全员参加的质量管理。

　　　　“四个一切”的观点：

一切为用户服务的观点、一切以预防为主的观点、一切以数据说话的观点、一切以PDCA循环办事的观点。

　　　　“五个管理要素”：

人、机、料、法、环。

　　　　“鸟巢”钢结构焊接工程一开始就以全面质量管理思想为核心，指导整个焊接工程的顺利进行。

在进行技术准备时，首先建立国家体育场鸟巢　钢结构焊接工程质量保证体系，如图5所示。

图5国家体育场钢结构工程焊接质量保证体系

　　　　所谓质量保证体系就是采用了TQC的基本思想，以提高焊缝质量、保证厚板焊缝一次合格率100%为目标，运用系统管理的概念和方法，把国家体育场鸟巢　钢结构焊接工程的各个阶段、各个环节、每个管理人员和焊工的质量管理职能和质量管理意识以及实际操作工序有机、合理地组织起来，形成一个有明确任务、职责、权限、而又相互协调、相互促进的团队，从而顺利地完成国家体育场鸟巢　钢结构焊接工程的全部焊接工作。

图5中的质量保证体系有许多创造点。

组织体系中，由领导、专家、焊接工程师、焊接技师、电加热人员、探伤人员以及质量检查人员组成了有机的管理体系，在工作中取长补短，互相支持，加上各职能部门的出色工作，使焊接工序始终处于受控状态，形成了具有国家体育场钢结构焊接工程特色的管理模式，具备了以下特点：

（1）第一次把焊机、焊材厂家作为质量保证体系中重要闭环控制环节，形成了社会大协作的局面；第一次把现场工程质量管理的内容推向质量管理的上游。

　　本工程通过大量对比性试验，检验了部分国产焊机的性能。

确定了CL-500型CO2气体保护焊机，该焊机能够实现大流量防风技术要求，同时也选择了ZX-400、ZX-500逆变焊条电弧焊机，部分排除了因焊机而产生焊接缺陷的几率。

　　通过选择焊接材料，满足了焊缝金属强韧性的要求。

主要通过对焊接材料的选择，调整了焊缝金属的微合金化程度，与焊接规范相配合使焊缝金属产生针状铁素体而获得理想的焊缝强韧性指标。

国家体育场钢结构安装工程焊材选择如表1所示。

（2）所有焊工必须持有“冶金、化工、造船、电力、压力容器省级以上　”焊工合格证之一，才能进入“鸟巢”工程验证考试。

本工程一共验证考试焊工911名，通过了832名B证　。

在此基础上针对现场特点，强化培训265人A证　，参加现场拼装、安装工作，完成特殊焊接位置和特殊焊缝的焊接任务，由此极大地提高了整个团队的作战能力。

满足了厚板焊接的需要，确保了焊缝质量，有效地保证了焊缝的一次合格率。

　　集中人力、物力在短期内采取针对性很强的方式对焊工进行强化培训，在“鸟巢”获得了极大的成功。

焊工接受培训考试大纲的训练，不仅进行超常的理论学习，还要进行职业道德和体能方面的半军事化训练。

　　通过强化培训，焊工的思想觉悟、体能、焊接技术得到了很大的提高。

但由于国家体育场鸟巢　钢结构过于复杂，刚刚培训的焊工尚不具备独立完成整条焊缝的能力，必须发挥整个团队的优势。

因此，在第一个13号　立柱柱脚的拼装焊接的工程中，打破了常规的管理模式，把焊工按其特长分为三个班组：

a．专门进行打底焊接的班组；b．专门进行填充焊接的班组；c．专门进行盖面焊接的班组。

三个班组各施其能、各尽其责，工程忙而不乱，有条不紊。

由于管理思想正确，焊工工作努力，国家体育场鸟巢　钢结构焊接工程的第一个柱脚13号柱脚　经过64h的连续施焊，耗尽近6t焊材主要是实芯焊丝　，取得了厚板焊接一次合格率100%的突出成绩，为国家体育场鸟巢　钢结构焊接工程的开始做了一个榜样。

　　（3）采用了远红外电加热技术，对δ≥36mm的焊缝和重要焊接节点全部采用电加热，由此保证了焊缝预热后热　温度的均匀和准确性，对防止焊接裂纹的产生和控制应力应变起到积极的作用，特别在冬季施工中电加热起到了不可替代的作用。

　　预热可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响区中淬硬马氏体的产生，降低热影响区硬度，同时预热还可以降低焊接应力，有助于氢的逸出。

因此，预热是防止焊接低合金高强度钢产生低氢裂纹的有效措施。

但预热使生产工艺复杂，增加焊接成本，过高的预热和道间温度还会损害焊接接头的性能。

因此，焊前预热及合理的预热温度，都需要认真选择或通过试验确定。

　　焊后消氢处理是指焊接结束或焊完一条焊缝后，在250　℃~300　℃加热温度范围内保温一段时间。

处理的目的是加速焊接接头中氢的扩散逸出，防止焊接冷裂纹的产生。

消氢处理效果比低温后热更好。

　　焊后及时后热和消氢处理是防止焊接冷裂纹的有效措施之一，特别是对于氢致裂纹敏感性较强的厚板焊接接头，采用这一工艺不仅可以降低预热温度，减轻焊工劳动强度，而且还可以采用较低的焊接热输入使焊接接头获得良好的综合力学性能。

　　JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》规定，热处理操作人员应经过培训上岗，这从侧面反映了预热、后热的重要性。

远红外电加热与火焰预热相比有不可替代的优越性，特别是在焊接Q345GJD、Q460E-Z35钢材时，远红外电加热能够使整条焊缝受热均匀，而且温度可控，减少了不均匀加热和冷却产生的附加应力，对防止冷、热裂纹起到了十分重要的作用。

　　在国家体育场钢结构焊接工程中，对焊接预热、后热的管理十分严格。

当焊接工作开始前要进行严格的技术交底，根据试验结果确定预热参数，从而准确地执行《国家体育场钢结构焊接管理规程》，对保证焊接质量起到了有效的作用。

　　（4）第一次由施工单位牵头进行了大规模高强钢的焊接性试验Q460E-Z35　，积累了焊接性实验经验，开发了焊接性试验方法，为Q460E-Z35钢的焊接规范提供了技术支持，使焊接工程获得了成功。

本工程为今后我国选用高强钢钢结构工程提供了有益的借鉴。

　　严格地讲，焊接性试验应由钢铁公司或者大专院校、科研机构承担，然而，在我国不完全是这样。

客观上，新钢种发展很快，钢铁公司、科研机构以及大专院校的试验设施和思想准备不充分，以至于形不成研究能力。

主观上，他们没有认识到新钢种焊接性试验的责任，以至错失良机，影响了企业的发展。

因此，在相当长的时间内，新钢种试验是施工单位义不容辞的责任。

　　在Q460E-Z35可焊性研究中，采用了等强配比的原则，对焊材的选择和焊接热输入量的控制作了深入的研究。

　　热输入对焊接热影响区的抗裂性和韧性也有显著的影响。

低合金高强度钢热影响区组织的脆化或软化都与焊接冷却速度有关。

为保证焊接热影响区具有良好的韧性，同时防止焊接冷裂纹的产生，应该适当控制焊接热输入量。

　　焊接热输入变化将改变焊接冷却速度，从而影响焊缝金属组织组成，并最终影响焊接接头的力学性能。

为了确保焊缝金属的韧性，不宜采用过大的焊接热输入量。

焊接操作上尽量不用横向摆动和跳弧焊接，低合金高强钢焊接推荐采用多层窄焊道焊接。

　　由于低合金高强度钢的强度高，板厚范围较宽，合金体系及合金含量差别较大，同时采用的焊接材料的焊接冶金特性也各不相同，很难对焊接热输入作出统一的规定。

各种低合金高强度钢焊接时应根据其自身的焊接性特点，结合具体的结构形式和板厚，通过工艺试验选择合适的焊接热输入量。

　　（5）制定了国家体育场焊接管理规程并认真贯彻执行。

　　在国家体育场钢结构焊接工程中，焊接是最正规的工序之一，在专家的带领下，编制了《国家体育场钢结构现场焊接管理规程》。

　　《国家体育场钢结构现场焊接管理规程》是国家体育场钢结构焊接工程质量保证体系中的重要指导性文件，在焊接工程中起到了十分重要的作用，是“鸟巢”钢结构焊接技术和管理的集中体现。

（6）在专家和领导共同指挥下，根据《国家体育场钢结构焊接管理规程》配备了焊接工程师、焊接技师。

对贯彻焊接专项方案、作业计划、信息反馈起到了决定性的作用。

　　质量管理的核心是形成了专家顾问、焊接工程师、焊接技师以及相关专业人员相结合的技术组织形态。

以焊工培训、焊材、焊机的选择为基础，以控制焊接裂纹为主导的焊接技术路线，从方案编制、无损检测、预热后热等质量控制环节上形成了一条科学严密的质量保证体系。

　　焊接工程师、焊接技师参加全过程的质量管理工作。

其中，对焊接缺陷与工程技术人员的关系、缺陷与施工工艺的关系进行详细的分析，为制定技术路线提供依据。

　　从全面质量管理的理念出发，分析了技术人员与焊接缺陷的关系，见表2；焊接缺陷与施焊工艺的关系，见表3；同时找出防止焊接缺陷的产生的具体方法，采取了相应对策，见表4。

　　焊接工程师、焊接技师对施工单位进行了严格的技术交底，使焊接工艺在工程一开始就处于受控状态。

　　（7）无损检测质检单位是经过考核、研究确定的，自检和第三方所采用的仪器、规范、方法以及焊缝探伤标准完全一致，使探伤结果百分之百吻合。

　　此外，图5所示的焊接工艺评定作为本工程具有否决权的工序之一得到了广泛重视，各个环节都担负了相应的质量保证目标，在实际运用过程中正常和有效，焊接质量保证体系是“鸟巢”工程中的亮点。

4　作好充分的技术和思想准备

　　管理是基础、技术是保证，只有作好充分的技术准备，在严谨的管理模式下，才能立于不败之地。

4．1　焊接结构安全运营定性分析及焊接缺陷对钢结构工程的影响

　　焊接结构的失效与设计、施工、材料等17个因素密切相关，如表5所示。

　　从表5可知，焊工技术不良、焊接工艺错误、拘束过大、材料加工不当都有可能在钢结构体系中产生裂纹。

对复杂的“鸟巢”钢结构焊接工程而言，脆性断裂、延迟裂纹是首先防范的重要缺陷，减少焊接接头的应力集中是我们研究的第一对象。

4．2　焊接缺陷对焊缝性能的影响及相关分析

　　由表6可知，焊缝的形状缺陷、表面缺陷、内部缺陷、性能缺陷对焊缝的延性、静载、疲劳、脆断都会造成影响，这一重要理念对“鸟巢”钢结构焊接工程起到了十分重要的指导意义。

在长期的实践中，我们对表面缺陷、内部缺陷认识很深，相对而言，对性能缺陷和形状缺陷认识的程度显然不够。

“鸟巢”钢结构焊接工程不仅钢种多，而且板厚、焊缝长、要求高，应特别注意形状缺陷。

（1）余高过大影响疲劳强度。

　　余高就是原来焊缝的加强高，现在是多余高度的意思。

　　焊缝余高不是加强高，焊缝余高对焊缝应力集中系数影响很大，应尽量减少余高，焊缝要求严格时应加工成与板面齐平。

“鸟巢”钢结构焊接工程，可视焊缝全部磨平，虽然其初衷不是完全考虑降低应力集中系数，但是客观上减少了钢结构体系的应力集中。

焊缝余高与应力集中系数Kt的关系如图6所示。

图6　焊缝余高与Ｋt间的关系

　　θc增大，ρ变小，应力集中系数Kt增大，但当Kt增加到一定程度后逐渐趋于稳定。

h增大，θc增大，所以焊缝不能有很高的凸出，应有所限制。

Kt＝σmax／σn，

式中　σmax为最大应力；σn为平均应力标称应力　。

（2）焊缝尺寸过小影响焊缝的综合指标。

　　在建筑钢结构行业，无论是钢结构制作还是钢结构安装工程，都对焊接坡口尺寸给予了极大关注。

这是因为坡口尺寸的大小与工程的成本、效率、安全密切相关。

特别是窄间隙焊接技术的出现，更加大了对窄间隙的关注。

然而，此举有很大的风险，坡口越小，区域偏析产生的可能性越大，根部稀释率也就越大。

带来的后果是焊缝综合指标降低。

对此进行以下分析。

　　在焊接过程中，一次结晶对焊缝金属组织有较大影响，关键因素有焊接气孔、裂纹、夹渣和偏析等缺陷，以偏析影响最大。

一次结晶过程包括晶核的形成和晶核的长大两个过程；特点是：

熔池体积小，冷却速度快。

这样使得含碳量高、合金元素较多的钢种和铸铁等易产生硬化组织和结晶裂纹柱状晶　。

一次结晶过程中的偏析主要有：

　　a．显微偏析。

　　最先结晶的中心最纯；后结晶的部分含合金元素和杂质略高；最后结晶的部分，即结晶的外端和前缘含合金元素和杂质最高，因此晶粒内部和晶粒之间的化学成分不均匀，这种现象称为显微偏析，易发生在高合金钢和含碳量较高的钢中。

低碳钢因结晶区间不大，显微偏析不严重；而高碳钢、合金钢由于合金元素较多，结晶区间增大，显微偏析比较严重，严重时会引起热裂纹，所以焊后需要进行扩散和细化晶粒的热处理。

　　b．区域偏析。

　　熔池结晶时，由于柱状晶不断的长大和推移，会把杂质推向中心，使熔池中心的杂质比其他部分高，这种现象叫区域偏析，在低温环境下焊接时更为严重，极易产生热裂纹。

　　窄而深的焊缝，偏析在柱状晶的交界和焊缝中心；焊缝较宽时杂质堆积在焊缝上层，对焊缝的受力影响不大。

因此，坡口设计时并不是越小越好。

排列式焊法多层多道焊和准确的预热和后热是防止区域偏析的最好方法。

　　c．层状偏析。

　　焊缝断面上不同分层的化学成分分布不均匀的现象叫层状偏析。

焊缝在凝固过程中，晶粒的成长速度发生周期性变化，形成周期性偏析。

使焊缝的力学性能不一致，耐腐蚀性能也不一致。

这种情况的直接表征是层状气孔特别高，易在焊缝一次成形工艺中出现，因此多层多道焊同样是防止层状偏析的有效手段。

　　d．焊缝中的夹杂物。

　　由焊缝冶金反应产生的焊后残留在焊缝金属中的微观金属杂质如硫化物、其他元素的氧化物　称为夹杂物，是引起焊缝夹渣和热裂纹的主要原因。

防止的方法是正确选择焊材和执行工艺，层层清渣。

　　一次结晶结束后，熔池变为固体焊缝，高温的焊缝金属冷却至室温时要经过一系列的相变过程，这种相变过程被称为焊缝金属的二次结晶。

主要影响参数有t8／5、t8／3、t／100等。

改善一、二次结晶的主要方法是正确合理地选用焊材，通过焊材向熔池中加入V、Mo、Ti、Nb、Al、B、N等元素来细化晶粒即微合金化，使焊缝金属得到针状铁素体，从而提高强韧性，改善二次结晶；控制t8／5t0、E　即控制预热温度和控制线能量。

多层多道焊排列式　F、H、O焊缝基本不摆动，V焊条的摆幅不大于焊条的3倍直径。

这些都是改善二次结晶的重要方法。

　　过于狭窄的坡口对焊缝的一次结晶极为不利，不仅理论分析如此，在工程实践中也得到证实。

窄而深的坡口焊缝成形系数小于1　，在拘束度很大的场合，极易出现热裂纹。

然而，窄间隙应为窄坡口　焊接技术是有吸引力的技术，采用窄间隙应为窄坡口　坡口不仅能提高效率、降低成本，而且能减少钢结构系统的应力应变。

　　　　坡口尺寸小到什么程度才算安全呢？

这个问题始终没有得到很好的解决，特别对施工现场而言十分困难，这是因为施工现场没有加工U型坡口的设备，只能进行V型、X型坡口的加工，从严格意义上讲：

这种坡口只能叫小尺寸坡口，而不能称为“窄间隙焊”。

在“鸟巢”钢结构焊接工程中，对坡口尺寸进行了大胆的改革，大量试验结果和工程实践证明，“鸟巢”钢结构焊接工程采用的坡口尺寸是科学合理的，从而有效地避免了区域偏析的发生，提高了焊缝的一次合格率。

3）基本金属的稀释率对焊缝强度的影响。

　　　　在焊接接头的设计中，首先是焊材的选择，以保证焊缝金属所要求的强度，但是由于基本金属也要参加冶金反应进而对焊接材料进行稀释，其结果是基本金属对焊缝金属性能产生一定的影响，即焊缝金属是熔敷金属和熔融的基本金属的混合物。

其性能与基本金属、熔敷金属有所区别。

　　　　在焊缝金属中，基本金属所占的比例取决于焊缝类型和焊接规范。

　　　　在对接接头中，不开坡口的单道焊缝稀释率最高，特别是采用热输入能量大的焊接工艺时更是如此。

应当指出的是：

多层焊时各层焊道的稀释率是不一样的，最大的稀释发生在缺口的根部处，熔合区次之，而在焊缝中心靠近表面处可认为稀释率为零。

　　　　对接焊缝中基本金属成分比例与焊道次序的关系：

坡口角度较大时，它与表面堆焊时的变化规律相似，此时基本金属所占份额略高于堆焊的情况；坡口较窄时，每层的基本金属成分的比例均较大，同时也可以看出堆焊焊道上、下部分化学成分不均匀性很大，而对接焊缝中不均匀性的差别相对较小，这给焊接接头的设计带来不可低估的影响，焊接坡口焊道与稀释率的关系如图7所示。

　　图7　焊接坡口、焊道与稀释率的关系

　　　　建筑钢结构厚板焊缝大多采用单V型带衬板的坡口，这是由BOX结构特点所确定的。

V型坡口的根部肯定是稀释率最大的地方，同时也是应力最集中的地方，在打底焊结束后，每一层的焊肉全都对焊缝根部加载，导致根部质量极不稳定。

所以降低稀释率是保证厚板焊缝质量的重要措施。

　　　　比较SMAW、GMAW、FCAW-G方法之后，确认SMAW稀释率为最小。

因此，在“鸟巢”钢结构焊接工程中，采用了SMAW打底、GMAW填充、FCAW-G盖面的工艺。

该方法还解决了CO2焊厚板打底困难的难题，发挥了三项技术各自的优点，焊缝不仅成形良好，且一次合格率相当高。

　　　　在焊接低合金钢时，要充分注意由于基本金属对焊缝的稀释率所造成的焊缝金属性能变化，这种变化与所焊材料的厚度成正比，只有在焊接大厚度材料时才显现出这种性能的不均匀变化。

　　　　设计焊接接头时，在选用坡口形式、填充材料、焊接方法或焊接参数时也要充分考虑基本金属的稀释作用。

例如，在某些接头中，如果焊缝中的wS　、wP　已达到一定数量便会发生结晶裂纹热裂纹　，此时应采用高稀释率如深V型坡口窄而深、成型系数小于1　、高输入能量的焊接方法。

随着焊接热输入量的增加，基本金属的熔深也增加，增大了熔合比，极易出现热裂纹。

　　　　在异种材料的焊接中“鸟巢”