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2017我國建筑鋼結構焊接技術發展前景
瀏覽次數:342次發布時間:2017-05-04 10:05:45

焊接技術是建筑鋼結構的靈魂,焊接質量的優劣決定了建筑鋼結構的成敗。建筑鋼結構本身所具有的結構形式多樣性和焊接節點的復雜性,使得建筑鋼結構焊接具有了與船舶、壓力容器等傳統金屬構件焊接不同的技術特點。中國工程建設焊接協會副秘書長張友權結合多年的理論和實踐經驗總結、分析了建筑鋼結構的結構特點,從焊接工藝技術、從業人員資質、焊接工程管理等方面探討了建筑鋼結構焊接技術在我國的發展方向。本報將分3次連載《建筑鋼結構焊接技術在我國的發展》一文,敬請關注。——編者

焊接技術是鋼結構工程建設極為重要的主要技術之一,不僅僅是保證鋼結構工程的質量,從某種意義上來說,是焊接賦予了鋼結構以生命。沒有焊接,鋼結構僅僅是一些零散的、冰涼而毫無生氣的鋼鐵零部件而已。是焊接,讓高爐矗立,吞(礦)石吐(鐵)水、冶煉鋼鐵;是焊接,讓油氣長輸管道暢通,成為經濟大動脈;是焊接,讓“鳥巢”(國家體育場)聳立,給北京2008奧運增輝;是焊接,讓央視新大樓昂首云天,向世界展現嶄新的中國。

隨著我國改革的深入和經濟的飛速發展,鋼結構行業進入高速發展期。2011年我國的鋼產量已超過6.9億噸,鋼結構年產量已達3000萬噸、焊接材料產量約500萬噸。鋼結構的發展促進了焊接新技術、新工藝、新設備、新材料的應用與開發。反過來焊接新技術、新工藝、新設備、新材料的科技進步又為鋼結構行業的快速發展提供了技術支撐和保證。特別是進入21世紀以來,我國國民經濟繼續保持快速平穩發展。在發展沿海、西部大開發和振興東北老工業基地戰略部署的指引下,西氣東輸、西電東送、南水北調、鐵路建設與提速等許多國家重大工程以及北京2008奧運工程和上海世博工程全面展開,新建體育文化場館、會展中心、候機樓、地標性建筑等一大批新、奇、精、特的建筑鋼結構遍布神州大地,我國鋼結構技術出現了嶄新的局面。據不完全統計,2011年末,我國200米以上的超高層建筑當前已超過350棟,排名世界前10位的摩天大樓,中國就占有7座。超高層項目推動區域發展在中國的區域經濟中占據了不可或缺的地位。《2012摩天城市報告》數據顯示,中國在建的摩天大樓總數已經超過200座(僅計算寫字樓與酒店),相當于美國現有摩天大樓的總量。相關數據表明,5年后中國將擁有800座摩天高樓,相當于美國今天的4倍。其中80%將建在經濟不發達的內陸地區。可以毫不夸張地說,我國已經成為世界最大的鋼結構生產、使用大國,一些制作、安裝技術已達世界領先先進水平。

一、建筑鋼結構的基本結構形式及復雜節點

縱觀國內近幾年鋼結構工程,無不體現出“大、特、新”的特點。超高層、大跨度的世界級超大規模建筑屢見不鮮,結構形狀新穎獨特,標新立異,具有強烈的視覺沖擊效果。隨之而來的是鋼結構體系繁多,節點構造復雜,焊接接頭形式多,構件制作和現場安裝中的焊接技術難度越來越大。如國家游泳中心“水立方”的非對稱、不規則球管節點;國家體育場“鳥巢”的空間彎扭構件多分支節點;廣州歌劇院的樹支狀鑄鋼節點;廣州電視塔耐候鋼結構及深圳大運會超大型鑄鋼節點等。

隨著建筑高度的增加、結構跨度的增大,抗震性能設計對主要鋼結構焊接質量要求隨之升高。框架梁與柱的連接焊縫、剪力板與柱的連接焊縫、梁腹板與柱的連接焊縫和柱的拼接焊縫等都是結構的主要部位,基本上都是坡口熔透一級焊縫,100%超聲波探傷,對焊接質量要求非常高。

二、推廣應用高效、優質、低成本、低排放的先進焊接技術

隨著經濟發展的需要和科技的進步,各類鋼結構鋼材強度級別越來越高、尺寸參數越來越大型化;“鳥巢”(國家體育場)、央視新大樓等鋼結構采用了強度級別為Q420、Q460的鋼材,其最大厚度達110毫米。其制作、安裝不斷需求更高效、更自動化、更優質的焊接技術。如埋弧自動焊(單絲、雙絲或多絲)焊接、CO2氣體保護焊(實芯焊絲或藥芯焊絲)焊接,電渣焊、氣電立焊、栓釘焊等;焊接設備大量采用節能、環保且焊接質量優異的逆變焊機。

中冶集團建筑研究總院焊接所長期致力于鋼結構焊接技術的研究開發,并于20世紀70年代在武鋼、20世紀80年代初在中國第二十冶金建設公司分別建立了國內第一條焊接H型鋼、輕型焊接H型鋼生產線。焊接H型鋼生產線采用鋼板矯平、多頭精密切割機下料、氣動組裝、埋弧自動焊或CO2氣體保護焊自動焊接、翼緣矯直機矯形、H型鋼三向精密切割機或圓盤鋸定尺的先進生產工藝,特別在輕型焊接H型鋼生產線研制開發了雙頭CO2氣體保護焊(實芯焊絲或藥芯焊絲)自動焊接,研制生產了雙絲貼角埋弧自動焊機,大大提高了生產效率和產品質量;在中信大廈等超高層鋼結構的工地安裝施工中,研制開發了CO2氣體保護焊(實芯焊絲或藥芯焊絲)自動、半自動焊機及工藝,大大提高了生產效率和產品質量。目前,我國主要的鋼結構生產企業,不論是國有大型企業、還是合資或民營企業,上述先進生產工藝流程已成為鋼結構制作的基本通用模式而被廣泛采用。當然,隨著科技進步,各個生產工藝流程的設備、工藝已有很大的變化:如計算機自動套料下料、雙絲或多絲埋弧自動焊接、雙絲或多絲CO2氣體保護焊接均可提高焊接生產效率。

工地安裝以前主要是用焊條電弧焊,生產效率低,對焊工的技術水平要求也高;從20世紀80年代開始,逐漸推廣采用CO2氣體保護焊(實芯焊絲或藥芯焊絲)半自動焊接,現在已基本成為建筑鋼結構現場安裝的主要焊接方法,大大提高了生產效率和焊接質量。

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