異型多腔體巨型鋼柱焊接技術(shù)-中建鋼構(gòu)

1、異形多腔體巨型鋼柱 焊接技術(shù),2016.11,目錄,contents,第一部分,技術(shù)背景,一、技術(shù)背景,（一）技術(shù)依托,天津117大廈 結(jié)構(gòu)體系：鋼筋混凝土核心筒+巨型外框架結(jié)構(gòu)。 巨型外框架傳力路徑： 樓面鋼梁次框架柱 環(huán)帶桁架巨型鋼柱。,巨型鋼柱焊接質(zhì)量意義重大,巨型鋼柱為大樓之基、承載之重,一、技術(shù)背景,（二）焊接體量,最大截面：22.424m 最大板厚：120mm 材質(zhì)：Q345GJC，Q390GJC 焊接量：2200t，所用焊絲可圍 繞地球6圈,地下室截面,地上截面,一、技術(shù)背景,（三）焊接空間,最小施焊空間200mm,一、技術(shù)背景,（四）焊接環(huán)境,60 粉塵,排風(fēng)扇,冷風(fēng)機,冰塊,

2、一、技術(shù)背景,巨型鋼柱的腔體數(shù)量、分段拼接單元、焊縫填充量均為世界之最。 如此復(fù)雜的異形多腔體巨型鋼柱的焊接技術(shù)，國內(nèi)外 尚無研究。,（五）技術(shù)對比,深圳平安巨型柱,廣州東塔巨型柱,第二部分,研究探索,二、研究探索,（一）目標(biāo),焊縫質(zhì)量,焊后精度,焊接應(yīng)力 控制,二、研究探索,（二）深化設(shè)計解決方案,超厚板精密切割技術(shù) 保證巨型鋼柱外形尺寸， 制作源頭控制精度。,1、原材尺寸的限制,二、研究探索,（二）深化設(shè)計解決方案,2、焊接空間的設(shè)計,最優(yōu)空間設(shè)置 坡口方向的選取， 隔板后焊、開預(yù)留洞。,坡口開在空間大側(cè),后焊板,預(yù)留孔,二、研究探索,（二）深化設(shè)計解決方案,3、焊縫填充的優(yōu)化,全熔透半熔

3、透 焊縫余高可保證焊縫強度等強 降低焊縫填充量，控制變形 提高經(jīng)濟效益,T型接頭焊縫,二、研究探索,形式 橫焊縫：單邊V形坡口 立焊縫：雙邊V形坡口 坡口角度：35 優(yōu)勢 減少焊接填充量 保證全熔透焊縫質(zhì)量 是一種平衡了質(zhì)量與經(jīng)濟的坡口形式。,橫焊縫焊接,立焊縫焊接,橫焊縫,立焊縫,（二）深化設(shè)計解決方案,3、焊縫填充的優(yōu)化,對接接頭焊縫,帶有余高的半熔透焊縫可與全熔透焊縫達到等強效果。,全熔透,半熔透,ANSYS 數(shù)值模擬,二、研究探索,（二）深化設(shè)計解決方案,3、焊縫填充的優(yōu)化,二、研究探索,（二）深化設(shè)計解決方案,VS,T型接頭,十字接頭,開口單元,對接接頭,土字接頭,閉口單元,4、分段

4、焊接接口處理,同一截面的焊縫盡量同時焊接避免熱量不均產(chǎn)生變形。,二、研究探索,（三）焊接應(yīng)力、變形控制研究,1、焊接部署-焊接原則,1,2,分步驟焊接時，先焊長度較長、填充量較大的焊縫，后焊長度較短、填充量較短的焊縫減小殘余應(yīng)力。,對稱位置應(yīng)對稱焊接升溫與降溫對稱均勻，控制變形。,3,巨柱單元共性：同時存在同一節(jié)間立焊縫、上下節(jié)間橫焊。,方案一,方案二,原則：對于多腔體多單元組拼焊接，同一節(jié)單元先立焊后橫焊，可有效的降低殘余應(yīng)力。,二、研究探索,（三）焊接應(yīng)力、變形控制研究,1、焊接部署-焊接順序,二、研究探索,焊工二在焊工一收弧位置起弧，開始施焊，同時焊工一開始第二道焊縫的施焊,焊工一開始第

5、一道焊縫的施焊,焊工三在焊工二收弧位置起弧開始施焊，同時焊工二接焊工一第二道焊縫，焊工一開始第三道焊縫的施焊,（三）焊接應(yīng)力、變形控制研究,1、焊接部署-多層多道焊,二、研究探索,分段焊接頭處的每道焊縫應(yīng)錯開至少50mm的間隙，避免接頭全部留在一個斷面。,焊道分段接頭處理,（三）焊接應(yīng)力、變形控制研究,1、焊接部署-分段接頭處理,先立后橫較比先橫后立的順序殘余應(yīng)力更小而均勻，高應(yīng)力區(qū)域面積會減少40%50%。,焊接部署前,焊接部署后,ANSYS 數(shù)值模擬,二、研究探索,（三）焊接應(yīng)力、變形控制研究,2、焊接應(yīng)力數(shù)值模擬,二、研究探索,“西”字型截面的焊接,（三）焊接應(yīng)力、變形控制研究,3、典型

6、截面焊接,STEP 1,因腔體空間狹小，若內(nèi)外同時焊接，則腔體內(nèi)部的溫度過高，人員無法操作，因此腔體內(nèi)外的的焊縫必須分開焊接。 腔體外圍焊縫長度和填充量較大，所以先焊接外圍焊縫。,STEP 2,二、研究探索,“日”字型截面的焊接,（三）焊接應(yīng)力、變形控制研究,3、典型截面焊接,STEP 1,長度方向的焊縫較長，達到4.5米。為防止由于焊接長度過長，造成焊縫收尾溫度不均，焊接殘余應(yīng)力難以釋放。長度超過2米的焊縫需要進行多人多段焊接。每名焊工的施焊長度不宜大于1.5米,STEP 2,二、研究探索,雙三角截面的焊接,（三）焊接應(yīng)力、變形控制研究,3、典型截面焊接,STEP 1,腔體內(nèi)部隔板橫縱交錯的

7、情況下，人員在焊接過程中，四周的隔板盡量不要同時施焊，以免由于環(huán)境溫度高造成操作人員的不適。,STEP 2,STEP 3,二、研究探索,（三）焊接應(yīng)力、變形控制研究,4、焊接變形控制措施,花籃螺栓微調(diào),焊接約束板,工藝隔板加設(shè),合理拼裝順序,變形控制,二、研究探索,（三）焊接應(yīng)力、變形控制研究,5、焊接應(yīng)力控制措施,焊前預(yù)熱,層間 溫控,電加熱 后熱處理,超聲波應(yīng)力消除,應(yīng)力消除,第三部分,成果價值,三、成果價值,（一）實施效果,焊縫一次合格率 99.5%,巨柱變形 5mm以內(nèi),去處殘余應(yīng)力 80%以上,專利2項 中建總科學(xué)三等獎 科技鑒定：國際領(lǐng)先,論文2篇 省部級工法2項，企業(yè)工法1項 天津市建設(shè)系統(tǒng)QC一等獎,三、成果價值,（二）創(chuàng)優(yōu)成果,巨型鋼結(jié)構(gòu)是近年發(fā)展起來的的超高層建筑體系。其結(jié)構(gòu)形式具有巨大抗側(cè)剛度、充分發(fā)揮材料性能等優(yōu)勢。巨型鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展為本技術(shù)提供了廣闊市場前景。目前本技術(shù)已成功應(yīng)用于北京中國尊項目。,中國尊巨型柱,三、成果價值,（三）推廣應(yīng)用,中國尊,三、成果價值,（四）經(jīng)濟社會效益,社會效益,經(jīng)濟效益,提高焊縫質(zhì)量，降低返修率，節(jié)省焊絲量，節(jié)省人工，縮短工期，綜合效益1014.3萬元,社會關(guān)注度高，