1、 高强钢材的制作和安装的施工方案1.高强钢材的概况高强钢材的概况本工程高强钢材指屈服强度大于 Q345 的钢材，包括 Q390，最大板厚达 60mm。2.高强钢材的制作高强钢材的制作2.1.高强钢材的采购和加工周期高强钢材的采购和加工周期2.1.1.高强钢材供货周期高强钢材供货周期序号钢材牌号供货时间或周期1Q345（含高建钢）热轧、控轧、热机械轧制 3035 天2Q390（含高建钢）热轧、控轧、热机械轧制 3035 天注：上表不含运输时间2.1.2.高强钢材运输周期高强钢材运输周期高强钢材的运输周期与普通钢类似，在国内大型钢厂运至中建钢构武汉厂和重庆厂，汽车运输 35 天，火车运输、汽车运输2、相结合 712 天，船舶运输、汽车运输相结合 1015 天。2.1.3.原材料的要求及选配原材料的要求及选配2.1.3.1.钢材要求钢材要求（1）化学成分的要求高强钢钢材的化学成分应符合低合金高强度结构钢和建筑结构用钢板标准中关于化学成分含量限制的规定。（2）力学性能的要求根据设计要求，钢材屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于 0.85，钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于 20%，钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击、弯曲性能、厚度方向性能等应符合相关标准规定。（3）钢材的表面质量要求钢板表面不允许有裂纹、气泡、结疤、折叠、夹杂和压入的氧化铁皮，钢板不得有分层。钢板表面允许有不3、妨碍检查表面缺陷的薄层氧化铁皮、铁锈、由压入氧化铁皮脱落所引起的不显著的表面粗糙、划伤、压痕及其他局部缺陷，但其深度不得大于厚度公差之半，并应保证钢板的最小厚度。钢板表面缺陷允许修磨清理，但应保证钢板的最小厚度。修磨清理处应平滑无棱角。需要补焊时，应按 GB/T14977 的规定进行。2.1.3.2.焊材要求焊材要求本工程所用焊材遵照国标钢结构焊接规范（GB506612011）及其他相关现行国家及行业标准的要求，当两种不同钢材相连时，采用与低强度钢材力学性能相适应的焊接材料，由焊接材料及焊接工序所形成的焊缝金属，其机械物理性能应不低于主体金属的等级。本工程焊接材料的选用见下表：典型钢材的焊接材4、料匹配推荐表典型钢材的焊接材料匹配推荐表母材焊接材料GB/T700 和GB/T1591标准钢材GB/T19879标准钢材SMAWGMAWFCAWSAWQ390Q345GJQ390GJGB/T5117:E5015、16GB/T5118：E5015、16XGB/T8110ER50XGB/T17493E50XTXXGB/T12470:F48XXH08MnAF48XXH10Mn2F48XXH10Mn2AQ420Q420GJGB/T5118:E5515、16XGB/T8110ER55XGB/T17493：E55XTXXGB/T12470:F55XXH10Mn2AF55XXH08MnMoA注：焊材的选用将5、由焊接工艺评定最终确定。2.1.4.材料复检要求材料复检要求2.1.4.1.组批规定组批规定GB507552012钢结构施工规范第 5.2.4 条规定，当设计文件无特殊要求时，钢结构工程中常用牌号钢材的抽样复验检验批宜按下列规定执行。（1）牌号为 Q390 的钢材，按同一生产厂家、同一质量等级的钢材组成检验批，每批重量不大于 60t；同一生产厂家的钢材供货重量超过 600t 且全部复验合格时，每批的组批重量可扩大至 200t。（2）有厚度方向要求的钢板，Z15 级钢板每个检验批由同一牌号、同一炉号、同一厚度、同一交货状的钢板组成，每批重量不大于 25t；Z25、Z35 级钢板逐张复验。2.1.6、4.2.试验项目试验项目（1）GB/T198792005建筑结构用钢板要求如下：每批钢板的检验项目、取样数量、取样方法、试验方法应符合以下规定。钢板检测及取样、实验方法建筑结构用钢板序号检验项目取样数量取样方法试验方法1化学分析1 个（每炉号）GB/T222GB/T223GB/T4336 序号检验项目取样数量取样方法试验方法2拉伸1 个GB/T2975GB/T2283冲击3 个GB/T2294弯曲1 个GB/T2325厚度方向性能3 个GB/T5313GB/T53136超声波检验逐张GB/T2970（2）GB/T15912008低合金高强度结构钢要求如下：钢材的各项检验的检验项目、取样数量、取7、样方法和试验方法应符合以下规定。钢板检测及取样、实验方法低合金高强度结构钢序号检验项目取样数量取样方法试验方法1化学成分（熔炼分析）1/炉GB/T20066GB/T223、GB/T4336、GB/T201252拉伸试验1/批GB/T2975GB/T2283弯曲试验1/批GB/T2975GB/T2324冲击试验3/批GB/T2975GB/T2295Z 向钢厚度方向断面收缩率3/批GB/T5313GB/T53136无损检测逐张或逐件按无损检验标准规定协商7表面质量逐张/逐件目视及测量8尺寸、外形逐张/逐件合适的量具2.1.5.生产制作加工周期生产制作加工周期序号制作厂截面形式杆件制作周期桁架制作周8、期制作总周期月供货量总计1中建钢构武汉厂H 型10 天10 天20 天2800 吨5530 吨2箱型14 天12 天26 天2730 吨3中建钢构重庆厂H 型12 天12 天24 天930 吨1630 吨4箱型16 天12 天28 天700 吨2.2.高强钢材加工工艺高强钢材加工工艺根据高强钢材的特性结合以往工程经验，高强钢材加工制作工艺中热切割、热矫正和高强钢材栓接以及焊接与普通钢材制作工艺差别较大，其它工艺类似，在此重点对热切割、热矫正和高强钢材栓接进进行阐述，制作焊接与现场焊接在后续一共表述，其它工艺参见钢结构加工制作章节。2.2.1.钢板热切割钢板热切割2.2.1.1.高强钢材切割工艺9、评定试验高强钢材切割工艺评定试验（1）在产品加工制造前，根据材料的使用情况选用有代表性的试件进行火焰切割工艺评定，对于切割前已经过抛丸处理预处理并涂装底漆的钢材，进行切割工艺评定时，试件也必须涂上同样的底漆和底漆厚度。（2）进行火焰切割工艺评定的试件，当试件厚度为 20mm 时，其工艺评定的结果适用于小于 20mm 的各种厚度的钢材，当试件厚度为 40mm 时，其工艺评定的结果适用于大于 20mm 而小于 40mm 的各种厚度的钢材，当厚度大于 40mm 时，按每增加 20mm 厚分别进行工艺评定。（3）通过火焰切割工艺评定试验，应验证热量控制技术并达到以下切割质量目的和要求：1）切割端面无裂10、纹；2）切割端面局部硬度不超过 350HV；3）不得出现其它危害永久性结构使用性能的缺陷；4）确定不同板厚的熔化宽度。采用氧丙烷作为切割气体，火焰温度 20002850 度。对高强钢材切割后，切割面是否有淬硬现象应进行测试，切割测点如下图所示：切割测点板厚国内工程实践和相关试验数据可知，高强钢材板切割后，靠近火焰一侧，切割面深度 0.5mm处有淬硬层，最高硬度值400HV。采取预热 120150再切割硬度有所下降，但幅度不大。因此，高强钢材热切割后，切割面淬硬层约 0.5mm 需在焊前打磨去除，防止淬硬层对焊缝质量造成影响。2.2.1.2.高强钢材热切割工艺高强钢材热切割工艺根据热切割试验结果11、制定相应的工艺：对于高强度钢材，为保证其焊接质量，必须控制焊接接头的表面硬度，故对高强钢材须按切割试验的要求进行切割，当钢板厚度较厚，80100mm时，即将切割面两侧各 200mm 范围加热至 150左右再进行切割，切割后进行表面打磨处理，高强钢材的切割工艺参数参考值如下。切割参数表割嘴类型割嘴型号氧气压力/MPa燃气种类燃气压力/MPa切割速度/（cm.min1）割嘴与钢板间距/mm扩散型G030.50.6丙烷0.0951318122.2.1.3.高强钢厚板切割的注意点高强钢厚板切割的注意点高强钢钢板厚板较多，最厚厚度达 60mm，高强钢厚板切割需要注意几点：（1）因高强钢钢板最厚厚度达 612、0mm，钢材的上下受热不均匀、操作不当，容易引起不能沿厚度方向割穿，造成切割失败；（2）燃烧反应沿厚度方向需要一定时间，切割氧在下部纯度较小，后拖量增大；（3）熔渣较多，容易造成在切口处堵塞；（4）在切割过程中如果中断，再次切割由于熔融的氧化铁不能及时排出去，厚板重新起割极为困难。2.2.1.4.高强钢厚板切割的主要工艺措施高强钢厚板切割的主要工艺措施（1）实现高强钢厚板切割最主要的保证措施是向气割区供给足够且稳定的氧气，所需切割氧流量 Q 可按下式估算；Q=0.090.14t(t 为板厚)；（2）切割氧压力（割炬进口处压力）要调节适当，保证能及时把氧化物吹排出去。压力宜高不宜过低，否则后拖量13、较大，出现割不透的现象；（3）切割开始后，在切割过程中必须连续切割，严禁中途因氧气或燃气用尽而使切割中断；（4）为了保证有足够的预热温度，最好采用乙炔气体；（5）切割应采用等压式割嘴或外混式割嘴，其中外混式割嘴切割效果较好，割嘴号码为57 号；（6）为了保证切割面的质量，应至少留有 2040mm 切割引线。2.2.2.钢板热矫正钢板热矫正在钢构件的生产、制作、安装过程中，不可避免地要对构件的某一部位进行热矫正，试验的目的是通过试验的方法确定适合实际情况的钢构件热矫正的条件。热矫正后测量钢材屈服强度、抗拉强度、延伸率、Z 向断面收缩率，冲击韧性，Z 向拉伸性能。根据已有试验论证和工程经验，热矫正14、条件为：64020min，并空冷。2.2.3.高强钢材的栓接高强钢材的栓接高强钢材连接件处对于螺栓本身无特殊要求，对摩擦面、螺栓排布及螺栓孔均有要求。摩擦面处理：高强钢材连接节点摩擦面处理采用石英砂喷砂，其次为铸钢砂，确保达到良好的摩擦面处理效果，处理过的高强度螺栓连接摩擦面应立即采取保护措施，避免污染，连接处钢板表面平整、无油污，孔边无飞边、毛刺。高强钢材的高强度螺栓连接处的钢板表面处理方法及除锈等级应符合设计要求，使用前须由有资质的实验检测机构进行配套的高强度螺栓连接副和摩擦面抗滑移系数试验。3.高强钢材安装方案高强钢材安装方案高强钢材安装与普通钢材安装类似，但在具体安装过程，除焊接需特殊15、工艺施工外，还需注意以下问题：（1）高强钢材现场安装、吊装所需的临时连接板，卡码板等措施件，条件允许的情况下尽量不设置临时连接措施，必须需要时，应在工厂内完成，并按以下要求实施。现场禁止在母材上焊接卡码及连接板等临时设施，如必须焊接，在焊前按照正式焊接要求，对母材进行预热，预热温度 150200。在切割临时设施时，必须进行预热（150200），避免伤及母材，如发生该种情况，必须及时进行焊补，后打磨圆滑过渡。（2）在焊接过程中，严禁在母材上出现随意打火或由于拖拉焊把或焊枪对母材造成的电弧擦伤。如发生该种情况，应立即报告技术人员，并采取措施进行焊补和打磨，预热和后热温度同正式焊接。（3）高强钢材对16、吊装的精度要求更高，为保证构件连接处的焊接坡口尺寸，可以采取全尺寸预拼装检查的方法，确保现场拼装质量。（4）采用标准化的焊接操作平台，平台坚实稳固，保证焊接过程中操作人员不受外界干扰，将外界环境对焊接的影响降到最低。4.高强钢材的焊接高强钢材的焊接4.1.高强钢材的焊接特点高强钢材的焊接特点高强钢材的碳当量较高，而现场焊接变形控制和焊接操作难度较大。高级别 III、IV 类钢材的厚板和超厚板的焊接工艺要求十分严格，对焊接变形、焊接应力的控制较难，严防焊缝冷裂纹和母材层状撕裂是焊接的重点。在现场焊接过程中，必须采取针对性的焊接技术措施，加强对焊接过程的控制，以及对焊接操作人员的管理。4.2.高强17、钢材与普通钢焊接区别高强钢材与普通钢焊接区别序号项目普通钢材高强钢材1母材准备切割面打磨出金属光泽。切 割 面 打 磨 去 除 淬 硬 层，打 磨 深度0.5mm。焊前宜对坡口两侧的母材进行无损检测。2焊材焊条烘干后在大气中的放置时间不超过4 小时，重新烘干次数不超过 2 次。焊条烘干后在大气中的放置时间不超过2 小时，重新烘干次数不超过 1 次；焊剂烘干后在大气中的放置时间不超过 4 小时。3接头装配可以根据 GB50661 的规定进行堆焊，以符合焊接间隙的要求。严格按照焊接接头的坡口尺寸要求装配，并符合 GB50661 的验收规范要求。4焊接环境在负温环境下焊接，需按规范要求进行焊接防护和18、母材预热。对焊接环境的要求更高，高强钢材为保证焊接区域金属的韧性，一般不宜在负温环境下焊接。5预热和道间温度控制t2020t4040t606080t2020t4040t6060802060801002080100120150最低预热温度要求相对较低，道间温度不低于预热温度。最低预热温度要求比普通钢高 4050，道间温度不低于预热温度。6焊后消氢热处理一般不做消氢处理。需要进行消氢处理。7引弧板引出板和衬垫坡口组装间隙超过规范允许偏差规定但不大于较薄板厚度 2 倍或 20mm（取其较小值）时，可在坡口单侧或两侧堆焊，使其达到规定的坡口尺寸要求。装配质量要求更高，超出要求公差的坡口角度、钝边大小、19、间隙会影响焊接施工操作，影响焊缝内部焊接质量和接头质量，同时会造成焊接收缩应力过大，易于产生延迟裂缝。8焊道尺寸控制焊 道 厚 度 相 对 较 厚，具 体 按 规 范GB50661 第 7.10.4 和焊接工艺评定的要求执行。严格控制焊道尺寸和焊缝成形系数，有利于焊接熔池内的杂质析出，防止焊接热裂纹。单道焊缝厚度不大于 4mm。9焊件矫正热矫正温度 700800。热矫正温度 64015。10焊缝清根碳弧气刨后的表面应光洁，无夹碳、粘渣等缺陷后方可进行焊接。高强钢材在碳弧气刨后，应使用砂轮打磨刨槽表面，去除渗碳淬硬层及残留熔渣后方可进行焊接。11临时焊缝普通钢厚板大于 60mm 时，临时焊缝清除20、后应采用磁粉或渗透探伤方法对母材进行检测，不允许存在裂纹等缺陷。对于高强钢材，临时焊缝清除后，应采用磁粉或渗透探伤方法对母材进行检测，以确保母材中不残留焊接裂纹或母材出现淬硬裂纹。12引弧和熄弧不应在焊缝区域外的母材上引弧和熄弧。母材的电弧擦伤应打磨光滑。不应在焊缝区域外的母材上引弧和熄弧。母材的电弧擦伤应打磨光滑，高强钢材还应进行磁粉或渗透检测，不允许存在裂纹等缺陷。13无损检测普通钢材产生焊接延迟裂纹的可能性很小，因此规定在焊缝冷却到室温进行外观检测后即可进行无损检测。高强钢材若焊接工艺不当则具有产生焊缝延迟裂纹的可能性，且裂纹延迟时间较长，目前 GB50661 规定在 24 小时后进行检21、测。4.3.焊接性能试验焊接性能试验高强钢材 Q390、Q390GJ 在国内已开始应用，但仍然属于较新的材料，且焊接质量与具体的实施工艺密切相关，因此，对于采购的高强钢材，除按照规范规定进行相关的复检之外，在具体施工前将进行焊接性能试验和焊接工艺评定。由于本工程高强钢厚板交货状态为热轧加正火或 TMCP（Thermal Mechanical ControlProcess）状态交货，其焊接性特别是焊接冷裂纹敏感性的评估就尤为重要。为了制定合理的焊接工艺和流程，确定合适的预热、后热及焊接参数，故从材料焊接性试验（热影响区最高硬度试验、斜 Y 坡口冷裂纹试验和焊接用插销冷裂纹试验）入手，开展本项目的22、高强钢焊接工作。焊接性能试验包括：4.3.1.焊接冷裂纹敏感性试验焊接冷裂纹敏感性试验（1）热影响区最高硬度试验焊接热影响区（HAZ）最高硬度试验主要以测定焊接热影响区的淬硬倾向来评定钢材的冷裂纹敏感性。1）试样制备试验按照焊接热影响区最高硬度试验方法（GB4675.584）的规定进行，将厚度为 60mm的 Q390 材料用机械加工方法加工成厚度为 20mm 的试件，并保留一个原轧制面进行试验。试样形状如图所示：试样形状焊缝检测断面硬度测定试样ILB轧制表面试件的尺寸如下表：施焊条件L（mm）B(mm)I(mm)常温2007512510预热200150125102）试验注意事项焊接前采取适当的23、方法去除试件表面有害于焊接的水、油、铁锈和过厚的氧化皮；如图 3 所示，沿试件轧制表面的中心线焊出长 12510mm 的焊缝；试验焊缝采取平焊位置焊接。3）硬度测定方法焊后至少经过 12h 才能测量试件的硬度，取样后要尽快测试硬度；室温下，如图所示采用机械加工方法垂直切割焊缝的中部，然后在此断面上取硬度的测量试样，切割时，必须边冷却边加工以免焊接热影响区的硬度因断面温度的升高而降低；硬度测量试样的检测面经研磨后，再加以腐蚀。然后如图所示，划一条既切于熔合线底部切点 O，又平行于试板轧制表面的直线，在此直线上每隔 0.5mm 进行室温下载荷为 10kg 的维氏硬度的测定，切点 O 及其两侧各 724、 个以上的点作为硬度的测定点。硬度的检测位置O切点0.5mm轧制表面焊缝金属熔合线硬度测定线4）试验设计根据实际施工需要，本试验分别采用埋弧焊和 CO2 气体保护焊两种焊接方法，具体焊接参数如表：焊接方法焊材规格（mm）焊接电流（I/A）焊接电压（U/V）焊接速度（V/cm.min1）热输入（E/KJ.cm1）备注埋弧焊4.0570660303535502229CO2 气体保护焊1.2220280283435451220采用电加热对试样进行预热，为了保证试件温度的均匀性，当试件温度达到要求后至少再保温 0.5h。要求后热处理的试件，焊接完成后立即覆盖石棉布保温缓冷，经 12h 以上时间后打开取25、样。根据预热温度的高低来检验焊缝熔合区硬度的大小，以此间接判断钢材冷裂倾向。以 60mm厚 Q390 高强钢为例，设置的试样如下表所示：试件设置试件编号焊接方法试件预热温度 T/备注H390M1埋弧焊常温F5021H10Mn2，4.0mmH390M2100试件设置试件编号焊接方法试件预热温度 T/备注H390M3150H390M4200H390M5250H390M6250+后热H390S1CO2 气体保护焊常温ER506,1.2mmH390S2100H390S3150H390S4200H390S5250H390S6250+后热（2）斜 Y 坡口冷裂纹试验斜 Y 坡口冷裂纹试验主要是评定焊接热影26、响区及焊缝金属产生冷裂纹的倾向性。试验按照GB4975.184斜 Y 坡口冷裂纹试验方法的规定进行。根据本项目需要，本试验分别采用了埋弧焊和 CO2 气体保护焊两种焊接方法，对厚度 60mm的高强钢从不同预热温度进行试验。1）试样制备首先将厚度为 60mm 的 Q390 高强钢用机械加工坡口，如图所示。斜 Y 坡口试验试件形状和尺寸AABB试验焊缝8060拘束焊缝拘束焊缝20015060/22.00.2/26060A-AB-B2）试验注意事项试件的拘束焊缝如下图所示，开 X 型坡口。焊接试验部位用比 2 mm 略大的塞片插入以保 证试件间隙，焊完拘束焊缝后拆除塞片。要严格保证试板两面点固焊的质27、量。把两端各 60mm 范围内先用焊缝固定，首先从背面焊第一层，然后再焊正面侧的第一层，注意不要产生角变形及未焊透，以下各层正面和背面交替焊接，直至焊完。焊缝坡口及试件焊缝坡口塞片在焊接试验焊接之前要把在焊接拘束焊缝时所附着的飞溅物清理干净，并去除水滴，油，锈等。为此，首先可用适当的加热方法清除表面水滴，油脂。待充分冷却之后，用钢丝刷或砂纸打磨坡口除锈，最后用丙酮洗净。试验焊缝采用埋弧焊或 CO2 气体保护焊，但要注意焊接时引弧、熄弧方式并应离开拘束焊缝 23mm。试验焊缝在不同预热温度下施焊，为保证试件温度的均匀性，采用电加热进行预热，达到预热温度后至少保温 2h。试验焊缝的焊法80约76228、约2拘束焊缝拘束焊缝试验焊缝引弧处弧坑3）试验试样设置根据实际施工需要，本试验采用埋弧焊和 CO2 气体保护焊两种焊接方法进行试验。焊后试样需要静止 24h 再检测和解剖，具体焊接参数见下表。焊接方法焊材规格（mm）焊接电流（I/A）焊接电压（U/V）焊接速度（V/cm.min1）热输入（E/KJ.cm1）备注埋弧焊4.0570660303535502229CO2 气体保护焊1.2220280283435451220以高强钢 Q390 为例，设置的试样如表所示：试件编号焊接方法试件预热温度 T/焊材备注X390MY1埋弧焊100F5021H10Mn2，4.0mm第一批（电加热）X390MY2129、50X390MY3200X390MY4200+后热 250*2hX390SY1CO2 气体保护焊100焊丝 ER506，1.2mmX390SY2150X390SY3200X390SY4200+后热 250*2hX390MY5埋弧焊100F5021H10Mn2，4.0mm第二批（火焰加热）X390MY6150X390MY7200X390MY8200+后热 250*2hX390SY5CO2 气体保护焊100ER506,1.2mmX390SY6150X390SY7200X390SY8200+后热 250*2h(3）插销冷裂纹试验采用插销试验方法研究在选用条件下被试钢材的冷裂纹敏感性。试验材料：60m30、m 厚度，Q390，材料 Z 向性能为 Z25；试验标准：焊接用插销冷裂纹试验方法GB944688；试验温度：常温、常温+后热、100、150、200、200+后热；试验准则：断裂准则。1）试样制备本试验采用环形缺口试样。试样为圆柱形，由被试的钢材加工而成，须注明插销相对金属纤维的取向或相对厚度方向的位置。环形缺口插销试样见图所示：环形缺口插销试样的形状和尺寸3.2Ad10alI20:1Rh0.8Ir图中：圆柱直径 A=8mm（也可用 6mm）；缺口深度 h=0.5mm；缺口角度 =40；缺口根部半径 R=0.1mm；测试部分长度 在采用夹头时需大于底板与夹头厚度的总长。2）注意事项在测试部分31、和夹持部分之间要有圆角，插销在底板孔中的配合尺寸为A；底板材料采用 Q345B，厚度为 20mm，尺寸为：200mm300mm，底板钻孔数为 3 个，位置处于底板纵向中心线上，见图：底板形状和尺寸L3001002004-AH10透孔3.25050100载荷环形缺口试样3）试验过程将带有缺口的试样插入底板的孔中，并使带缺口的一端端面与底板的表面齐平；在底板上熔敷一道焊，尽量使焊道中心线通过插销端面中心。该焊道的熔深应保证缺口位于热影响区的粗晶区；通过热电偶测定焊接接头的热循环，得到焊接接头的冷却时间。插销焊后在完全冷却之前（100150时），在插销试验机上给试样加载，并保持恒定载荷进行试验。室温32、条件下测定时保持 16h 不断的最大应力，预热条件下测定时保持 24h 不断的最大应力，即为临界断裂应力cr。4）试样设置不预热试验时，试件的初始温度为室温；预热试验时，试件（插销及整个底板）的初始温度为预热温度。按照规定的焊接方法，严格控制焊接参数，焊道长 100150mm（同组试验中焊道长相等）。焊道的焊接方向垂直于底板的纵向。根据工程需要本试验采用埋弧焊和 CO2 气体保护焊进行施焊，参数见下表所示：焊接方法焊材规格（mm）焊接电流（I/A）焊接电压（U/V）焊接速度（V/cm.min1）热输入（E/KJ.cm1）备注埋弧焊4.0570660303535502229CO2 气体保护焊1.33、2220280283435451220高强钢 Q390 的试样设置见表：试件编号焊接方法试验条件所用焊材备注C390M1埋弧焊常温F5021H10Mn2，4.0mmC390M2100C390M3150C390M4200C390M5常温+后热 250*2h后热前加载C390M6200+后热 250*2h后热前加载C390S1CO2 气体保护焊常温ER506,1.2mmC390S2100C390S3150C390S4200 C390S5常温+后热 250*2h后热前加载C390S6200+后热 250*2h后热前加载4.3.2.负温环境焊接接头冲击试验负温环境焊接接头冲击试验根据已有的工程案例及试34、验研究，高强钢材负温环境下焊接，熔合线冲击韧性明显下降，因此不允许在负温环境下施焊，当环境温度为负温时，需搭设保温棚，确保焊接环境温度达到0以上。考虑到重庆地区最冷月份的平均温度一般在 58 摄氏度，负温天气极少出现，但为确保工程焊接质量，在正式施工前也将进行此试验。4.3.3.预热层温控制及后热措施预热层温控制及后热措施根据国内施工经验和试验的结果，不同板厚高强钢材焊接，其预热温度都应相对于 II，III类钢材提高，预热温度范围在 150200，层间温度控制在 150200。焊缝后热是为了消氢，防止冷裂纹的产生。后热温度 250300，恒温 2h，保温时间按板厚计，0.5h/25mm，且不短35、于 1h。4.4.焊接工艺评定焊接工艺评定(1)焊接工艺评定根据钢结构工程施工质量验收规范（GB502052001）和钢结构焊接规范（GB506612011）第六章“焊接工艺评定”的具体条文进行。(2)焊接工艺评定要邀请业主、监理参加，施焊过程中应做好各种参数的原始记录工作。(3)焊接完毕后要对试样进行标识、封存运送到检验单位。经检测单位检测合格后根据试验结果出具检测结果作为焊接工艺评定报告的主要附件。(4)根据现场记录参数、检测报告确定出最佳焊接工艺参数，整理编制完整的焊接工艺评定报告并报有关部门审批认可。焊接工艺评定报告批准后，再根据焊接工艺报告结果制定详细的工艺流程、工艺措施、施工要点等36、编制成焊接作业指导书用于指导高强钢焊接作业。(5)正式施焊前还要将焊接作业指导书进行细化，对每个施焊项目进行焊接施工技术专项交底。4.5.高强钢材焊接工艺的实验仪器和检测设备高强钢材焊接工艺的实验仪器和检测设备高频红外碳硫分析仪1000KN 微机控制电液伺服万能试验机冲击试验低温仪金相显微镜洛氏硬度试验机布氏硬度试验机电子天平红外测温仪冲击试样缺口拉床冲击试样缺口投影仪 数控车床电火花数控线切割机床电子引伸计金相试样预磨机300J 指针式金属摆锤冲击试验机卧轴矩台平面磨床超声波探伤仪磁粉探伤仪直读光谱仪数控摇臂铣床4.6.高强钢材焊接高强钢材焊接4.6.1.焊接基本要求焊接基本要求(1)施工前37、，根据焊接形式有针对性地进行焊接工艺评定；(2)焊接前先对焊接坡口两侧的母材进行超声波无损探伤检测，同时用焊缝量规对焊缝的安装组对情况进行仔细的检查；(3)使用电加热技术进行焊接预热、后热加热保温，保证钢柱整体温度同步均匀加热和降温；(4)焊接过程中采用分层、分道、对称、同速退焊的方法进行施焊；(5)在整个焊接过程中，对构件的轴线进行跟踪测量，如轴线有所偏移，应及时通过调整焊接顺序和应用电加热技术对钢柱进行校正；(6)焊接完成 24 小时后采用超声波无损探伤和磁粉探伤检测焊缝的焊接质量，同时在一个月内每隔 7 天对焊缝再次进行检查，防止延迟裂纹的产生。4.6.2.施工要点施工要点4.6.2.138、.焊接工艺参数焊接工艺参数正式焊接前根据工程结构特点、焊接部位、母材的牌号和焊接性能试验制定有针对性的焊接工艺参数，并进行实验，确定最佳的焊接工艺参数。焊接接头的准备焊接前应认真检查母材坡口的间隙是否超标，如有超标应在坡口表面用小热输入、多层、多道堆焊方法减小间隙，使坡口角度和间隙达到标准后方可正常施焊。检查边缘是否光滑，确保无影响焊接的割痕缺口，质量应符合 GB502052001 规范规定的规定，若发现问题应用磨光机认真打磨处理。焊接前对焊接坡口区域的母材进行超声波检查，确认母材内没有缺陷，合格后方可进行焊接。4.6.2.2.焊接工艺技术要求焊接工艺技术要求（1）焊接接头的装配要求1）焊接坡39、口应按照焊接工艺评定结果进行开设，组装后坡口尺寸允许偏差应符合下表规定：序 号项 目背面不清根背面清根1接头钝边2mm2无衬垫接头根部间隙2mm+2mm3mm3带衬垫接头根部间隙+6mm2mm4接头坡口角度+55+552）接头间隙中严禁填塞焊条头、铁块等杂物；3）坡口组装间隙偏差超过本表规定，但不大于较薄板厚度 2 倍或 20mm（取其较小值）时，可在坡口单侧或两侧板端堆焊并修磨平整或在间隙内堆焊填补后施焊；4）对接接头的错边量不应超过规范的规定。当不等厚部件对接接头的错边量超过 3mm 时，较厚部件应按不大于 1：2.5 坡度平缓过渡；5）采用角焊缝及部分焊透焊缝连接的 T 型接头，两部件应40、密贴，根部间隙不应超过 5mm；当间隙超过 5mm 时，应在待焊板端表面堆焊并修磨平整使其间隙符合要求；6）T 型接头的角焊缝连接部件的根部间隙大于 1.5mm 且小于 5mm 时，角焊缝的焊脚尺寸应按根部间隙值而增加；7）钢衬垫应与接头母材金属的接触面紧贴，实际装配时控制间隙1.5mm，厂内坡口开设实景图如下：焊接接头端部引、熄弧板（2）引、熄弧板及衬垫焊条电弧焊和气体保护电弧焊焊缝引弧板、熄弧板长度应大于 25mm，埋弧焊引弧板、熄弧板长度应大于 80mm。开设坡口为了确保完全熔透，单面焊接时在焊接坡口的反面加设衬垫。衬垫可采用金属、焊剂、纤维、陶瓷等。用于焊条电弧焊、气体保护电弧焊和药芯41、焊丝电弧焊焊接方法，衬垫板厚度不应小于 4mm；用于埋弧焊方法的衬垫板厚度不应小于 6mm。（3）定位焊1）定位焊焊缝要求应与正式焊缝的要求相同。2）定位焊缝厚度不应小于 3mm，长度不应小于 40mm，其间距宜为 300600mm。定位焊焊缝的焊接应避免在焊缝的起始、结束和拐角处施焊，弧坑应填满，严禁在焊接区以外的母材上引弧和熄弧。定位焊尺寸参见下表要求执行：母材厚度(mm)定位焊焊缝长度（mm）焊缝间距(mm)手工焊自动、半自动t204050506030060020t6050605070300600t605060701003006003）采用钢衬垫的焊接接头，定位焊宜在接头坡口内进行；对于42、双面坡口焊缝，定位焊缝尽可能定在清根侧，避免在焊接起始侧坡口点焊。定位焊缝与正式焊缝应具有相同的焊接工艺和焊接质量要求；定位焊焊缝存在裂纹、气孔等缺陷时，应完全清除。定位焊实景图如下：定位焊实景图如下：构件组装点焊（4）引弧与熄弧当采用手工电弧焊和 CO2 气保焊时焊缝两端的引弧、熄弧长度应大于 25mm，当板厚20mm 时，引弧、熄弧长度还应不小于板厚的 1.5 倍。当采用埋弧焊时焊缝两端的引弧、熄弧长度应大于 60mm，若钢板为超厚板时，则应根据焊接工艺评定确定的具体要求执行。（5）预热和层间温度1）预热温度和道间温度应根据钢材的化学成分、接头的拘束状态、热输入大小、熔敷金属含氢量水平及所43、采用的焊接方法等综合因素确定或进行焊接试验确定；2）本工程为 Q390 材，钢材类别属类钢材，钢材采用中等热输入焊接时，最低预热温度宜符合下表的规定；钢材类别接头最厚部件的板厚 t（mm）t2020t4040t6060t80t802060801001203）焊接过程中，最低道间温度不应低于预热温度，焊接过程中的最大道间温度不宜超过250；4）当环境温度低于 0时，应提高预热温度 1525；5）预热及道间温度控制应符合下列规定：焊前预热及道间温度的保持宜采用电加热法和火焰加热法；预热的加热区域应在焊缝坡口两侧，宽度应为焊件施焊处板厚的 1.5 倍以上，且不应小于100mm；预热温度测量点应在焊接44、点各方向不小于 75mm 处；加热及层间温度控制实景图如下：加热及温控操作（6）后热保温控制1）对于板厚40mm 的对接接头焊后立即进行后热处理，后热处理采用电加热，加热温度应达到 250300，保温时间为 1.52.0min/mm，且1h，然后缓冷至常温。2）对于厚板接头，结构形状不适用电加热时，应对焊缝进行必要的火焰加热，火焰加热应均匀，同时作好温度监测，控制温度 250300，并用保温棉覆盖予以缓冷；后热保温控制实景图如下：后热保温（7）返修焊1）焊缝金属和母材的缺欠超过相应的质量验收标准时，可采用砂轮打磨、碳弧气刨、铲凿或机械等方法彻底清除。对焊缝进行返修，应按下列要求进行：返修前，应45、清洁修复区域的表面；焊瘤、凸起或余高过大，采用砂轮或碳弧气刨清除过量的焊缝金属；焊缝凹陷或弧坑、咬边、未熔合、焊缝气孔或夹渣等应在完全清除缺陷后进行焊补；焊缝或母材的裂纹应采用磁粉、渗透或其它无损检测方法确定裂纹的范围及深度，用砂轮打磨或碳弧气刨清除裂纹及其两端各 50mm 长的完好焊缝或母材，修整表面或磨除气刨渗碳层后，并用渗透或磁粉探伤方法确定裂纹是否彻底清除，再重新进行焊补。对于拘束度较大的焊接接头的裂纹用碳弧气刨清除前，宜在裂纹两端钻止裂孔；焊接返修的预热温度应比相同条件下正常焊接的预热温度提高 3050，并采用低氢焊接方法和焊接材料进行焊接；返修部位应连续焊成。如中断焊接时，应采取后46、热、保温措施，防止产生裂纹。厚板返修焊宜采用消氢处理；焊接裂纹的返修，应由焊接技术人员对裂纹产生的原因进行调查和分析，制定专门的返修工艺方案后进行；2）返修焊的焊缝应按原检测方法和质量标准进行检测验收，填报返修施工记录及返修前后的无损检测报告，作为工程验收及存档资料。焊后探伤（UT/MT）4.7.焊接和焊接顺序焊接和焊接顺序4.7.1.焊接方法焊接方法采用薄层多道窄摆幅焊接，单条焊缝长度大于 500mm 时需采取分段退焊法。每层、每道焊缝的焊道接头应错开 50mm，避免焊缝中焊道搭接集中。严格控制单道焊缝的厚度和宽度，单道焊缝厚度应不大于 4mm，摆动宽度不大于 20mm。4.7.2.焊接接头47、的处理焊接接头的处理在分段退焊前一段焊缝时，每一层焊接至前一区域分段处止焊，再退至下段与后一区域分段处起焊，焊接至前一段起焊处止。在某一段焊接前，需将前段焊缝起焊处和后一区域止焊处的焊接缺陷需用碳弧气刨和砂轮清除干净，并将接头处处理成缓坡形状，达到焊接要求，每一层的焊缝接头必须错开不小于 50mm，以避免焊接缺陷的集中。4.7.3.焊接顺序焊接顺序焊接前，制定合理的节点焊接顺序和整体焊接顺序，减小焊接变形和焊缝的残余应力。现场安装焊接一般根据结构平面图形的特点，以对称轴为界或以不同体形结合处为界分区，配合吊装顺序进行安装焊接。（1）在吊装、校正和栓焊混合节点的高强螺栓终拧完成若干节间以后开始焊48、接，以利于形成稳定框架。（2）焊接时根据结构形体特点选择若干基准柱或基准节间，由此开始焊接主梁与柱之间的焊缝，然后向四周扩展施焊，以避免收缩变形向下一个方向累积。（3）一节柱各层梁安装好后应先焊上层梁后焊下层梁，以使框架稳固，便于施工。（4）栓焊混合节点中，应先栓后焊，以避免焊接收缩引起栓孔间位移。（5）柱梁节点两侧对称的两根梁端应同时与柱相焊，既可减小焊接拘束度，避免焊接裂纹产生，又可防止柱的偏斜。（6）柱柱节点焊接是由下层往上层顺序焊接，由于焊缝横向收缩，再加上重力引起的沉降，有可能使标高误差累积，在安装焊接若干柱节后应视实际偏差情况及时要求构件制作厂调整柱长，以保证高度方向的安装精度达到49、设计和规范要求。（7）各种节点的焊接顺序，如 H 型柱，十字柱，矩形截面柱，圆管柱，H 型钢梁等，其焊接顺序较为常见，不再赘述。4.8.高强钢材焊接施工操作要点高强钢材焊接施工操作要点4.8.1.原材复验原材复验焊接前，应对高强钢材板逐张进行超声波检查，并按炉号进行化学成分和力学性能试验；对焊材按生产批号进行化学成分和力学性能试验。母材及焊材复验合格后方可进行焊接工作。4.8.2.焊前清理焊前清理焊接前，对高强钢材的热切割面用角向磨光机打磨处理，打磨厚度不小于 0.5mm，至露出原始金属光泽。母材的焊接坡口及两侧 3050mm 范围内，在焊前必须彻底清除气割氧化皮、熔渣、锈、油、涂料、结露等影50、响焊接质量的杂质。4.8.3.坡口形状控制坡口形状控制设计文件有明确要求的按设计要求进行，没有明确要求时按坡口角度 35 度，间隙 8mm 处理。焊前坡口尺寸检查，检查项目为间隙、错边、焊缝原始宽度 3 项，并作好原始记录。4.8.4.预热、层间温度及后热温度控制预热、层间温度及后热温度控制通过焊缝热影响区最高硬度试验、斜 Y 坡口焊接裂纹试验和焊接冷裂纹插销试验等试验确定了最低预热温度；为保证焊接的质量，减小焊接产生的应力，焊前预热非常重要。为达到所需要的温度，焊前预热的预热方式主要以电加热为主，对局部电加热无法加热到的地方采用火焰加热的方式进行。4.8.5.预热范围预热范围应在焊缝两侧，加51、热宽度应各为焊件待焊处厚度的 1.5 倍以上，且不小于 100mm；返修焊缝预热区域应适当加宽，以防止发生焊接裂纹。4.8.6.测温测温测温采用红外测温仪和接触式测温仪两种，测温点设置在距离焊缝两侧各 75mm 处。使用红外测温仪时，应注意测温仪须垂直于测温表面，距离不得大于 20cm。层间温度测温点应在焊道起点，距离焊道熄弧端 300mm 以上。后热温度测温点应在焊道表面。4.8.7.焊接环境焊接环境要求正温焊接，当环境温度为负温时，需搭设保温棚，确保焊接环境温度达到 0以上；当手工电弧焊超过 8ms，CO2 气体保护焊超过 2ms 时应设防风棚等防风措施。4.8.8.多层多道、窄焊道薄焊层52、的焊接方法多层多道、窄焊道薄焊层的焊接方法焊接过程严格执行多层多道、窄焊道薄焊层的焊接方法，单条焊缝长度超过 500mm 时需采取分段退焊法。每层每道焊缝的焊接接头应错开 50mm，避免焊缝中焊道搭接集中。平、横、仰焊位禁止摆动焊接，单道焊缝厚度要求不大于 4mm，以保证焊缝和热影响区的冷弯和冲击性能；立焊位时应严格控制焊枪摆动幅度，CO2 焊控制在 20mm 范围内，手工电弧焊控制在 3d(d为焊条直径)范围内，焊枪的倾角限制为30；层间清理采用风动打渣机清除焊渣及飞溅物。4.8.9.层温控制层温控制焊接时焊缝分段焊接的长度，应控制在长度 1m 左右，需随时对焊接焊缝进行测温监控，层间温度应53、控制在不低于预热时的温度，但不得高于 200；发现层温过低时，必须立即进行加热补偿，待达到温度后再进行焊接。同一焊缝应连续施焊一次完成，特殊情况下不能一次完成时应进行焊后的缓冷，再次焊接前必须重新预热。焊接完成 48h 后进行无损检测。4.8.10.后热及保温后热及保温当整条焊缝全部焊接完成后，应立即放置电加热设备，在放置电加热设备的过程中，为了防止焊缝温度的降低应先用火焰加热法对焊缝进行补偿加热，保证整个焊缝的温度不低于焊接过程中的最高层间温度。当电加热器的温度升高到 150以上时，停止火焰加热换为电加热对整个焊缝整体加热，从而保证焊缝的均匀收缩，减少焊缝分段焊接的收缩产生的应力。后热温度应54、控制在不底于 250，加热到所需温度后衡温 120 分钟，后热完成立即用岩棉被保温缓冷。4.8.11.其它注意事项其它注意事项（1）在开始施焊前，应对参焊人员进行详细的交底，并对焊接人员明确其所在的焊接部位；（2）在焊接过程中，应准备至少两台备用焊机，以防止某台焊机出现故障后立即有焊机投入使用而不至于某一焊接部位停焊；（3）在焊接过程中，每一个班组应准备至少一名焊工，以防止某焊工发生不可预见的紧急情况后，立即有人投入焊接而不至于某一焊接部位停焊；（4）在整个焊接过程中，安排专人全程进行监护，一来对焊接质量进行监督，二来对焊接工人进行防护，以免发生意外。同时，监护人员还要认真、详细地做好焊接过程55、中各项参数的记录。（5）若在夏季焊接，由于天气炎热，焊接时焊工都在封闭的环境中施焊，在焊接过程中应对焊接工人做好防暑降温的后勤保障。4.9.质量控制质量控制4.9.1.防止焊接变形及应力的措施防止焊接变形及应力的措施（1）采用分层、分道退焊的方法进行施焊。（2）分区域多机对称焊接。在焊接过程中首先选用技能优秀的焊工，在对称位置的两名焊工，应尽量保持同时、同速施焊，并选择相同的焊接电流参数及每层的焊接厚度，保证相同的焊接热输入，使收缩趋于同步。（3）使用电加热设备进行焊接预热、后热处理，保证钢柱整体温度同步均匀加热和降温。（4）在焊接过程中应严格控制层间温度，同一区域在焊接过程中，焊接操作人员及56、监护人员应随时对施焊区域的温度进行检测，当层间温度低于预热温度时，应及时用火焰加热法进行补热，当层间温度高于 200时，应立即停焊，待温度自然降低后，再进行焊接。4.9.2.防止冷裂纹及层状撕裂措施防止冷裂纹及层状撕裂措施（1）采取多人分段分层退焊焊接，即由多名焊接技工，同热输入量、匀速焊接，并保持连续施焊，使焊接应力分散，有效的减小峰值应力，减少焊接冷裂纹及层状撕裂的产生倾向。并且采取对称、同时焊接措施。（2）使用优秀焊工，减少焊缝缺陷及碳弧气刨的使用。碳弧气刨使用后应采用角向磨光机磨去刨削部位表面附着的高碳晶粒，以及淬硬层，避免焊缝裂纹的产生。（3）控制坡口尺寸和焊缝截面积，防止过量熔敷金57、属导致收缩和应力增大。尽量控制焊缝表面的余高，并使之平缓过渡，以减少焊趾部位的应力集中。焊缝余高应控制在 0.53mm 以内。（4）焊前预热和层间温度的控制。预热主要采用电加热器进行加热,加热区域为被焊接头中较厚板的 1.5 倍板厚范围，但不得小于 100mm 区域，加热温度应不低于 150，焊接前应认真检测焊接区的加热温度,确保加热温度满足要求；（5）焊后热处理及后热保温是防止层状撕裂的关键所在，在焊接完毕后确认外观检查合格后，立即进行消氢后热和长时间保温处理，有效的消除焊接应力及扩散氢的及时逸出，从根本上解决由于焊接应力集中及扩散氢积累含量过高而发生层状撕裂的难题。（6）使用高纯度的二氧化58、碳气体进行焊接，其纯度应保证：CO2 含量99.9，水蒸气与乙醇总含量（V/V）不得高于 0.005，并不得检出液态水。药芯焊丝开盘后应连续用完避免受潮。（7）采用的焊丝与母材等强匹配，避免超强匹配。这是防止母材产生层状撕裂的重要措施之一。4.9.3.焊后质量检测焊后质量检测整条焊缝焊接完毕并经后热保温处理、待冷却 24 小时后，按设计要求对焊缝进行超声波探伤和磁粉探伤检测。为保证焊接质量、防止冷裂纹的发生，在焊接完毕后的一个月内，每隔一周应对焊缝进行一次检测，以确保整个焊缝的焊接质量。5.高强钢材的施工经验高强钢材的施工经验结合以前项目，我单位具有丰富的高强钢材施工经验。序号项目名称项目施工59、时间供应尺寸（）供应量（t）钢材等级1厦门禹州广场201230、36、40、50、60139.77Q420C2厦门杏林湾营运中心201225、50、1001473Q420GJ3北京奥南2012100、80、75、50、4012000Q390GJ4大连恒力201265、60、5020000Q390GJB、Q390D、Q345GJB5天津现代城201280、60、55、3527000Q390GJD、Q345GJ、6重庆瑞安二期20121030、40、45、50、55、60、65、70、80、90、100、110、120、13045872Q390GJ、Q345GJB7青岛北火车站2012100、9560、90、80、70、55、50、45、4020000Q420GJ、Q345GJ8天津 1172012120、100、90、80、60、50、40130000Q390GJD、Q345GJ9深圳平安金融中心201250、60、75、90、100、30、40、80、70、65、85、20、120、1501450/25850Q460GJ/Q420GJ、Q390GJ10中国尊2013150、100、75、60、50、3512000Q390GJ、Q345GJB11北京嘉德2013100、80、60、50、4400Q420GJ12央视新台址2004100、90、80、60、502673/76153Q460E/Q420D、Q390D、13深圳湾体育中心200980、60、50、40、35600Q460D其中，中央电视台新台址工程 A 标段主塔楼外框钢柱（Q390D 和 Q420D）分体后单条焊缝最大长度为 14880mm，钢板厚度为 100mm，填充金属量约 0.75T，焊接位置全部为立向位置、如此超长焊缝和超厚板高强钢材的焊接国内尚属首例。央视新台址复杂桁架安装央视高强钢材超长超厚斜立焊现场焊接技术论文