异型多腔体巨型钢柱焊接技术中建钢构.ppt

1、技术背景1研究探索2成果价值3第一部分技术背景一、技术背景（一）技术依托 天津 117 大厦结构体系：钢筋混凝土核心筒+巨型外框架结构。巨型外框架传力路径：楼面钢梁次框架柱环带桁架巨型钢柱。巨型钢柱焊接质量意义重大巨型钢柱为大楼之基、承载之重一、技术背景（二）焊接体量最大截面：22.424m最大板厚：120mm材质：Q345GJC，Q390GJC焊接量：2200t，所用焊丝可围 绕地球 6 圈地下室截面地上截面一、技术背景（三）焊接空间一、技术背景（四）焊接环境一、技术背景 巨型钢柱的腔体数量、分段拼接单元、焊缝填充量均为世界之最。如此复杂的异形多腔体巨型钢柱的焊接技术，国内外尚无研究。（五）

2、技术对比深圳平安巨型柱广州东塔巨型柱第二部分研究探索二、研究探索（一）目标焊缝质量焊后精度焊接应力控制二、研究探索（二）深化设计解决方案超厚板精密切割技术保证巨型钢柱外形尺寸，制作源头控制精度。1 1、原材尺寸的限制、原材尺寸的限制二、研究探索（二）深化设计解决方案2 2、焊接空间的设计、焊接空间的设计最优空间设置坡口方向的选取，隔板后焊、开预留洞。坡口开在空间大侧后焊板预留孔二、研究探索（二）深化设计解决方案3 3、焊缝填充的优化、焊缝填充的优化 全熔透半熔透焊缝余高可保证焊缝强度等强降低焊缝填充量，控制变形提高经济效益T 型接头焊缝二、研究探索形式横焊缝：单边 V 形坡口立焊缝：双边 V

3、形坡口坡口角度：35优势减少焊接填充量保证全熔透焊缝质量是一种平衡了质量与经济的坡口形式。横焊缝焊接立焊缝焊接横焊缝立焊缝（二）深化设计解决方案3 3、焊缝填充的优化、焊缝填充的优化对接接头焊缝带有余高的半熔透焊缝可与全熔透焊缝达到等强效果。全熔透半熔透二、研究探索（二）深化设计解决方案3 3、焊缝填充的优化、焊缝填充的优化二、研究探索（二）深化设计解决方案T 型接头十字接头开口单元对接接头土字接头闭口单元4 4、分段焊接接口处理、分段焊接接口处理同一截面的焊缝尽量同时焊接避免热量不均产生变形。二、研究探索（三）焊接应力、变形控制研究1 1、焊接部署、焊接部署-焊接原则焊接原则12分步骤焊接时

4、，先焊长度较长、填充量较大的焊缝，后焊长度较短、填充量较短的焊缝减小残余应力。对称位置应对称焊接升温与降温对称均匀，控制变形。3巨柱单元共性：同时存在同一节间立焊缝、上下节间横焊。方案一方案二原则：对于多腔体多单元组拼焊接，同一节单元先立焊后横焊，可有效的降低残余应力。二、研究探索（三）焊接应力、变形控制研究1 1、焊接部署、焊接部署-焊接顺序焊接顺序二、研究探索150015001500焊工一150015001500焊工一焊工二焊工一焊工三焊工二焊工一150015001500焊工一焊工二焊工一焊工二在焊工一收弧位置起弧，开始施焊，同时焊工一开始第二道焊缝的施焊焊工一开始第一道焊缝的施焊焊工三在

5、焊工二收弧位置起弧开始施焊，同时焊工二接焊工一第二道焊缝，焊工一开始第三道焊缝的施焊（三）焊接应力、变形控制研究1 1、焊接部署、焊接部署-多层多道焊多层多道焊二、研究探索分段焊接头处的每道焊缝应错开至少 50mm 的间隙，避免接头全部留在一个断面。焊道分段接头处理（三）焊接应力、变形控制研究1 1、焊接部署、焊接部署-分段接头处理分段接头处理先立后横较比先横后立的顺序残余应力更小而均匀，高应力区域面积会减少40%50%。焊接部署前焊接部署后二、研究探索（三）焊接应力、变形控制研究2 2、焊接应力数值模拟、焊接应力数值模拟二、研究探索“西”字型截面的焊接焊工九焊工四焊工一焊工二焊工三11301

6、8601300焊工六焊工七1820117019001050焊工八焊工五焊工三焊工一焊工二焊工四90082017401820（三）焊接应力、变形控制研究3 3、典型截面焊接、典型截面焊接STEP1因腔体空间狭小，若内外同时焊接，则腔体内部的温度过高，人员无法操作，因此腔体内外的的焊缝必须分开焊接。腔体外围焊缝长度和填充量较大，所以先焊接外围焊缝。STEP2二、研究探索“日”字型截面的焊接（三）焊接应力、变形控制研究3 3、典型截面焊接、典型截面焊接STEP1长度方向的焊缝较长，达到 4.5 米。为防止由于焊接长度过长，造成焊缝收尾温度不均，焊接残余应力难以释放。长度超过 2 米的焊缝需要进行多人

7、多段焊接。每名焊工的施焊长度不宜大于 1.5 米STEP2焊工一焊工二焊工三146014601460焊工八焊工七焊工六133313331333焊工四焊工五90018208201740焊工四焊工三焊工二焊工一二、研究探索 双三角截面的焊接（三）焊接应力、变形控制研究3 3、典型截面焊接、典型截面焊接STEP1腔体内部隔板横纵交错的情况下，人员在焊接过程中，四周的隔板尽量不要同时施焊，以免由于环境温度高造成操作人员的不适。1650165090016501650焊工五焊工六焊工七焊工八焊工九焊工一焊工三90023702290焊工二焊工二焊工一816821STEP2STEP3二、研究探索（三）焊接应力

8、、变形控制研究4 4、焊接变形控制措施、焊接变形控制措施花篮螺栓微调焊接约束板工艺隔板加设合理拼装顺序二、研究探索（三）焊接应力、变形控制研究5 5、焊接应力控制措施、焊接应力控制措施焊前预热层间温控电加热后热处理超声波应力消除第三部分成果价值三、成果价值（一）实施效果焊缝一次合格率99.5%巨柱变形5mm 以内去处残余应力80%以上 专利 2 项 中建总科学三等奖 科技鉴定：国际领先 论文 2 篇 省部级工法 2 项，企业工法 1 项 天津市建设系统 QC 一等奖三、成果价值（二）创优成果巨型钢结构是近年发展起来的的超高层建筑体系。其结构形式具有巨大抗侧刚度、充分发挥材料性能等优势。巨型钢结构的发展为本技术提供了广阔市场前景。目前本技术已成功应用于北京中国尊项目。中国尊巨型柱三、成果价值（三）推广应用中国尊三、成果价值（四）经济社会效益社会效益经济效益提高焊缝质量，降低返修率，节省焊丝量，节省人工，缩短工期，综合效益 1014.3 万元社会关注度高，变形控制效果好，得到业主、监理一直好评，为今后异性多腔体结构设计提供了可行性三、成果价值（五）未来的持续研究方向 自动化焊接基于本技术研究焊接机器人等自动化设备针对异型多腔体结构的焊接克服空间、温度、粉尘等问题易于控制，提高焊接质量