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摘要：现今超高层建筑多采用巨型截面柱，而巨型柱钢材多为Q345C、Q345GJC或者Q390GJC甚至更高，这类高性能超厚板钢材的焊接工作量很大，更为重要的是对焊接变形提出了更为严格的要求。通过改进焊接节点、优化焊接工艺参数、制定合理的焊接顺序等途径解决焊接变形的技术难题，并能获得较高的焊接质量。
关键词：巨型截面柱、焊接工艺、焊接顺序
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、巨型截面柱焊接重难点
（一）钢柱板厚截面大，焊接工程量大
以某超高层钢结构巨型钢柱相关节点、焊接施工工艺为例，工程中巨型钢柱板厚大多在40mm至80mm，且截面尺寸较大，钢柱截面达到2.6m×3.2m，如图1所示，80mm钢板对接焊缝总长达到11.6米，经计算仅一根钢柱由14名焊工同时作业需12个小时才能完成焊接。同时厚板组成多种异形截面焊接位置困难。
图1钢柱截面示意图
（二）钢柱截面巨大复杂，焊接变形控制困难
钢柱截面大、钢板厚，焊接收缩量较大，在焊接过程中易产生倾斜变形。
（三）冬季特厚板焊接工程质量控制难度大
超高层钢结构施工持续时间较长，一般会经历几个冬季施工，焊接施工跨越整个冬季，冬季特厚板焊接裂纹等缺陷控制也是一个重难点。
二、焊接重难点解决措施
（一）大焊接工程量解决措施
针对现场焊接工程量大的特点，需要配备足够数量的优秀焊工，在开工之前对现场典型厚板接头焊接进行专项培训，进入现场的焊工对典型节点的焊接必须熟练，且焊接水平稳定，焊接质量高。
现场采用CO2气体保护焊接，焊接效率高、焊接变形小。焊前预热和焊后后热保温采用电加热，加热效率高、温度控制准确。电加热采用计算机远程控制，可对复杂截面多点多面同时进行加热，且在加热过程中能自动控制加热温度。
（二）改进节点设计，减小焊接热输入，降低变形
节点设计采用窄间隙小坡口形式，尽可能的减小焊接热输入量；对于复杂异形截面钢柱除了周边翼缘板以外，其余截面均开双面坡口；改进节点设计在提高焊接效率的同时对焊接变形的控制也能起到有效的控制作用。单双面坡口的位置及单双面坡口形式如图2。
说明：图中阴影部分所示为开双面坡口的位置，其余位置为单面坡口；
图2单双面坡口位置及形式示意图
（三）多人同时对称焊接技术
针对异形截面柱焊接量大，焊接变形不易控制的特点，异型截面柱焊接采用多名焊工同时对称的焊接方法，即将钢柱的所有翼缘板和腹板同时进行焊接，对于钢柱对称位置分别安排两名焊工同时作业或由一名焊工轮换作业。为了更好组织多名焊工同时作业的问题，我们给每一名焊工严格规定焊接步骤和焊接方向，保证多名焊工同步协调作业，具体的焊接顺序见图3。
如图3所示，为了防止10、11、12、13号焊工在焊接过程中的焊接弧光影响焊工正常作业以及多名焊工在钢柱一侧焊接引起柱身发生偏斜，要求10-13号焊工对称轮换焊接，即焊工不能同时在钢柱的一侧焊接，焊工需在钢柱的两侧对称轮换焊接，而在钢柱一侧的焊工应相互错开焊接时间。该焊接方法能有效地控制焊接层间温度，又能保证厚板钢柱各个面同时收缩，在减小了各个截面焊接变形收缩差异的同时，也为各个焊接面焊接应力的有效释放提供了条件，减小了焊接应力，从而有效的控制了钢柱焊接变形。
开始焊接时首先焊接各部分最外侧翼缘板，当翼缘板焊接1/3板厚以后每名焊工根据焊接顺序号的规定转至另一个面进行焊接，同样，当每名焊工第2步焊接至1/3板厚以后轉至第3步焊接，如此反复每名焊工完成自己的焊接任务。当双面坡口较深的一侧焊接至t/3之后再进行反面清根打磨，之后再开始进行双面坡口另一面焊接。反面清根后需要进行仔细检查，确认没有可见缺陷后才能正式焊接。为了保证钢柱各个面焊接的同步，焊接量少的焊工应该适当降低焊接速度保持与焊接量多的焊工同步，以确保各个焊接面焊接速度基本相同。
说明：
1.图中‘1-1’第一个数字表示焊工编号，第二个数字表示焊接顺序编号；
2.焊接顺序编号相同的位置表示同时进行焊接；
3.图中阴影部分表示开双面坡口的位置；
4.根据焊接顺序的需要，由焊接量少的焊工负责清根工作，要求14名焊工的焊接速度基本保持同步；
5.图中的箭头表示焊工的焊接方向。
图3截面焊接顺序
（四）焊接过程测量监控
为了更有效的监控钢柱焊接变形，在焊接首根钢柱过程中用经纬仪对钢柱进行双向垂直度的实时跟踪测量，如果发现钢柱出现过度偏斜，应随时调整焊接顺序或在变形部位的另一侧增加焊接量予以纠正变形。在实际的焊接过程中，焊后钢柱的垂直度控制在5mm之内，满足设计及规范要求。
（五）冬季厚板焊接工程质量控制措施
冬季焊接需重点加强焊前预热和焊后后热保温措施。首先是搭设带棚顶的双层保温棚，以保证其棚内的焊接环境温度高于5℃。冬季焊接提高预热温度50℃,同时将焊后后热的温度提高50℃，并严格控制焊后保温时间。焊前预热和焊后后热保温采用远程计算机控制，保证温度控制准确，后热后的焊缝缓冷至环境温度。焊前预热及焊后后热温度如表1及表2所示:
表1焊前预热工艺
四、结论：
工程中的巨型截面柱通过上述方法进行焊接工艺控制，最终通过现场实际测量、观测显示达到了很好的变形控制；在无损检测过程中也得到了95%以上的一次通过率。由此验证了我方优化工艺的成功。
通过以上关键节点焊接措施控制从而成功解决了巨型截面柱焊接变形控制的技术难点，获得了较高的焊接质量，为国内同类型的超高层钢结构焊接积累了经验，对于具备条件的位置在焊接过程中积累了部分实验数据，为提高国内同类型超高层钢结构焊接水平提供了帮助。
参考文献：
1.《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ99-98），北京：中国建筑出版社，1998
2.《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ81-2002），北京：中国建筑出版社，2002
关键词：巨型截面柱、焊接工艺、焊接顺序
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、巨型截面柱焊接重难点
（一）钢柱板厚截面大，焊接工程量大
以某超高层钢结构巨型钢柱相关节点、焊接施工工艺为例，工程中巨型钢柱板厚大多在40mm至80mm，且截面尺寸较大，钢柱截面达到2.6m×3.2m，如图1所示，80mm钢板对接焊缝总长达到11.6米，经计算仅一根钢柱由14名焊工同时作业需12个小时才能完成焊接。同时厚板组成多种异形截面焊接位置困难。
图1钢柱截面示意图
（二）钢柱截面巨大复杂，焊接变形控制困难
钢柱截面大、钢板厚，焊接收缩量较大，在焊接过程中易产生倾斜变形。
（三）冬季特厚板焊接工程质量控制难度大
超高层钢结构施工持续时间较长，一般会经历几个冬季施工，焊接施工跨越整个冬季，冬季特厚板焊接裂纹等缺陷控制也是一个重难点。
二、焊接重难点解决措施
（一）大焊接工程量解决措施
针对现场焊接工程量大的特点，需要配备足够数量的优秀焊工，在开工之前对现场典型厚板接头焊接进行专项培训，进入现场的焊工对典型节点的焊接必须熟练，且焊接水平稳定，焊接质量高。
现场采用CO2气体保护焊接，焊接效率高、焊接变形小。焊前预热和焊后后热保温采用电加热，加热效率高、温度控制准确。电加热采用计算机远程控制，可对复杂截面多点多面同时进行加热，且在加热过程中能自动控制加热温度。
（二）改进节点设计，减小焊接热输入，降低变形
节点设计采用窄间隙小坡口形式，尽可能的减小焊接热输入量；对于复杂异形截面钢柱除了周边翼缘板以外，其余截面均开双面坡口；改进节点设计在提高焊接效率的同时对焊接变形的控制也能起到有效的控制作用。单双面坡口的位置及单双面坡口形式如图2。
说明：图中阴影部分所示为开双面坡口的位置，其余位置为单面坡口；
图2单双面坡口位置及形式示意图
（三）多人同时对称焊接技术
针对异形截面柱焊接量大，焊接变形不易控制的特点，异型截面柱焊接采用多名焊工同时对称的焊接方法，即将钢柱的所有翼缘板和腹板同时进行焊接，对于钢柱对称位置分别安排两名焊工同时作业或由一名焊工轮换作业。为了更好组织多名焊工同时作业的问题，我们给每一名焊工严格规定焊接步骤和焊接方向，保证多名焊工同步协调作业，具体的焊接顺序见图3。
如图3所示，为了防止10、11、12、13号焊工在焊接过程中的焊接弧光影响焊工正常作业以及多名焊工在钢柱一侧焊接引起柱身发生偏斜，要求10-13号焊工对称轮换焊接，即焊工不能同时在钢柱的一侧焊接，焊工需在钢柱的两侧对称轮换焊接，而在钢柱一侧的焊工应相互错开焊接时间。该焊接方法能有效地控制焊接层间温度，又能保证厚板钢柱各个面同时收缩，在减小了各个截面焊接变形收缩差异的同时，也为各个焊接面焊接应力的有效释放提供了条件，减小了焊接应力，从而有效的控制了钢柱焊接变形。
开始焊接时首先焊接各部分最外侧翼缘板，当翼缘板焊接1/3板厚以后每名焊工根据焊接顺序号的规定转至另一个面进行焊接，同样，当每名焊工第2步焊接至1/3板厚以后轉至第3步焊接，如此反复每名焊工完成自己的焊接任务。当双面坡口较深的一侧焊接至t/3之后再进行反面清根打磨，之后再开始进行双面坡口另一面焊接。反面清根后需要进行仔细检查，确认没有可见缺陷后才能正式焊接。为了保证钢柱各个面焊接的同步，焊接量少的焊工应该适当降低焊接速度保持与焊接量多的焊工同步，以确保各个焊接面焊接速度基本相同。
说明：
1.图中‘1-1’第一个数字表示焊工编号，第二个数字表示焊接顺序编号；
2.焊接顺序编号相同的位置表示同时进行焊接；
3.图中阴影部分表示开双面坡口的位置；
4.根据焊接顺序的需要，由焊接量少的焊工负责清根工作，要求14名焊工的焊接速度基本保持同步；
5.图中的箭头表示焊工的焊接方向。
图3截面焊接顺序
（四）焊接过程测量监控
为了更有效的监控钢柱焊接变形，在焊接首根钢柱过程中用经纬仪对钢柱进行双向垂直度的实时跟踪测量，如果发现钢柱出现过度偏斜，应随时调整焊接顺序或在变形部位的另一侧增加焊接量予以纠正变形。在实际的焊接过程中，焊后钢柱的垂直度控制在5mm之内，满足设计及规范要求。
（五）冬季厚板焊接工程质量控制措施
冬季焊接需重点加强焊前预热和焊后后热保温措施。首先是搭设带棚顶的双层保温棚，以保证其棚内的焊接环境温度高于5℃。冬季焊接提高预热温度50℃,同时将焊后后热的温度提高50℃，并严格控制焊后保温时间。焊前预热和焊后后热保温采用远程计算机控制，保证温度控制准确，后热后的焊缝缓冷至环境温度。焊前预热及焊后后热温度如表1及表2所示:
表1焊前预热工艺
四、结论：
工程中的巨型截面柱通过上述方法进行焊接工艺控制，最终通过现场实际测量、观测显示达到了很好的变形控制；在无损检测过程中也得到了95%以上的一次通过率。由此验证了我方优化工艺的成功。
通过以上关键节点焊接措施控制从而成功解决了巨型截面柱焊接变形控制的技术难点，获得了较高的焊接质量，为国内同类型的超高层钢结构焊接积累了经验，对于具备条件的位置在焊接过程中积累了部分实验数据，为提高国内同类型超高层钢结构焊接水平提供了帮助。
参考文献：
1.《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ99-98），北京：中国建筑出版社，1998
2.《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ81-2002），北京：中国建筑出版社，2002