国家体育场(方案)钢结构工程、焊接工艺评定方案

1编号：CJNC－001国家体育场钢结构工程、焊接工艺评定方案批准：审核：编制：北京城建精工钢结构有限公司国家体育场项目部二00五年三月十六日2国家体育场（方案）钢结构工程、焊接工艺评定方案国家体育场钢结构工程现场焊接工艺评定具有技术要求高、复杂、工作量大的特点，是一项典型的系统工程，由于焊接工艺评定的地位特殊，是焊接工程十分重要的技术环节。一、编制依据和基本规定（1）JGJ81－2002《建筑钢结构焊接技术规程》（2）《国家体育场钢结构招标图》（3）《国家体育场钢结构工程施工组织设计》（4）GB50205-2001-建筑钢结构工程施工质量验收规范（5）GB/T1591-94-低合金高强度结构钢（6）YB4104-2000-高层建筑结构用钢板（7）GB/T5315-85-厚度方向性能钢板当以上规范不能函盖地方，参考以下国际规范a.DIN17182-高焊接性能铸钢(德国)（8）绝大多数的钢构件为钢板焊接成的箱型截面，钢板的最大厚度不大于100mm；除特别注明外，钢板厚度≤34mm时，采用Q345钢材；钢板厚度≥36mm时，采用Q345GJ钢材。厚度分布：·组合钢柱除少量棱形柱底部和顶部为90~100mm，其余为50~80mm，另外两根方形斜柱板厚绝大多数为30、25、20mm。·桁架上弦杆个别段为50mm外，其余均在40mm以下，大多数为30、25、20mm。·桁架下弦杆个别段为50、42mm外，其余绝大多数为20mm。·腹杆为20、14、10mm，多数为10mm。·次结构板厚最大36mm，绝大部分为20mm以下。（9）选用钢材性能应满足下例要求:钢材冲击韧性要求钢材厚度方向性能要求3（10）铸钢机械性能符合下表规定钢号厚度或直径（㎜）屈服强度бs(KN/㎡)极限强度бb(KN/㎡)抗拉、抗压或抗弯f(KN/㎡)延伸率δ5%冲击功AK（J）GS－16Mn5（正火）≤50≥260430～660234≥25≥65＞50≤100≥230430～660207≥25≥45GS－20Mn5（正火）≤50≥300500～650270≥22≥55＞50≤100≥280500～650252≥22≥40＞100≤160≥260480～630234≥20≥35＞160≥240450～600216GS－20Mn5（调质）≤50≥360500～650324≥24≥70＞50≤100≥300500～650270≥24≥50＞100≤160≥280500～650252≥22≥40（11）除特别注明外，所有焊接均采用全熔透对接焊缝。（12）除特别注明外，手工焊接所采用焊条的质量标准须符合现行国家规范GB/T5117及GB/T5118的规定，对Q345级钢材须采用E50级焊条，对Q345GJ钢材须采用E55级焊条。（13）除特别注明外，自动或半自动焊接所采用的焊条、焊丝及焊剂须与主体金属强度相适应，其质量标准须符合现行国家规范GB/T14957或GB/T14958的规定。（14）除特别注明外，钢结构焊接程序和施工要求应遵从规程JGJ81-2002：建筑钢结构焊接规程。二、焊接工艺评定的工艺流程根据JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》的有关规定，国内首次用于钢接构工程的钢材（包括钢材的牌号于标准相符但微合金强化元素类别不同和供货状态不同或国外钢号国内生产）的必须进行焊接工艺评定。有部份Q460、S460ML首次使用，因此严格按规程要求进行了全面的焊接工艺评定，并根据工艺评定试验结果，编制了详细的焊接工艺规程，确保了工程施工焊接质量。试验程序如下图。编制焊接工艺评定报告Y编制焊接工艺指导书理化试验焊接加工试件试验结果评定编制工程焊接规程编制焊接工艺评定报告N4三、焊接工艺评定的指导方案所用钢材大部分为Q345D、Q345E，部分采用Q460、S460ML或铸钢件。部分钢柱钢板厚度90mm和100mm。1、主要焊接工艺评定项目如下：编号规格接头型式焊接位置焊接方法焊接材料2004-1430X300X8002件板对接V型坡口+背垫平焊GMAWER50-6,7或E502004-1580~100X300X8002件板对接V型坡口+背垫平焊FCAW-GER50-6,7或E502004-1630X300X8002件板对接V型坡口+背垫立焊FCAW-GER50-6,7或E502004-1780~100X300X8002件板对接V型坡口+背垫立焊GMAWER50-6,7或E502004-1830X300X8002件板对接V型坡口+背垫仰焊SMAWE50152004-1980~100X300X8002件板对接V型坡口+背垫仰焊SMAWE50152、焊接参数焊接方法焊接材料焊接工艺参数备注标准型号规格(mm)电流(A)电压(V)气流量(L/min)GMAW实心焊丝ER50-6,7ER55-6,7φ1.2260～32030～3450～80FCAW药性焊丝E50E55φ1.2260～30030～3450～80SMAWE5015，E5515φ3.290～12022～26/φ4160～18024～26/φ5200～24026～28/53、焊材匹配与选用焊材的选用遵循“等强匹配”原则。·母材设计采用Q345D或Q345GJD结构钢(局部采用Q460、S460ML钢)，其厚度方向性能须符合设计及GB5313-85中规定的Z向性能的要求。根据以往工程经验，铸钢件建议使用GS－20Mn5V（DIN17182）。铸钢GS－20Mn5V的化学成分与Q345D相近，其碳当量极限值为0.42，与Q345D钢材的可焊性较好。·焊材根据母材及焊缝性能，钢结构安装焊接主要采用半自动二氧化碳气体保护焊（GMAW），焊接位置困难之处如仰焊采用手工电弧焊（SMAW）。焊材选用见表一。焊材选用序号母材焊接材料GMAW或FCAW-GSMAW标准型号标准强度保证值标准型号标准强度保证值σsσbσsσb1Q345DER50-6,7420500E5015390490E504004802Q345GJDER50-6,7420500E5015390490E504004803GS－20Mn5V+Q345D、Q345GJDER50-6,7420500E5015390490E504004804S460ML－S460MLER55-6,7470550E5515440540E554705505S460ML－Q345DER50-6,7420500E5015390490E504004806现场的焊接工艺评定必须严格遵守JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》的有关规定。国内首次用于钢结构工程的钢材（包括钢材的牌号与标准相符但微合金强化元素类别不同和供货状态不同或国外钢号国内生产）的必须进行焊接工艺评定。国内首次用于钢结构的焊接材料必须进行焊接工艺评定。设计规定的钢材类别、焊接材料、焊接方法接头形式、焊接位置、焊后热处理制度以及施工单位所采用的焊接工艺参数为施工企业首次采用的，必须进行焊接工艺评定。安装单位根据所承担钢结构的设计节点形式、钢材级别、规格，采用的焊接方法、焊接位置等制定焊接工艺评定方案，拟定相应的焊接工艺评定指导书、施焊试件、切取试样，并由具有国家技术质量监督部门的认证资质的检测单位进行检测试验。焊接工艺评定试验完成后，由评定单位根据检测机构签发的检测报告做出焊接工艺评定报告，连同焊接工艺评定指导书、评定记录，评定试样检查结果一起报工程质量监督部门和有关单位审查备案。焊接工艺评定结束后现场的焊接作业指导书如发生改变，应按JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》的有关内容进行判定，重新进行焊接工艺评定。四、国家体育场钢结构工程现场具体常规焊接工艺评定1、评定的钢材：Q345、Q345GJ、Q345DGJ2、实际工程板厚规格有（㎜）：8，10，12，14，16，18，20，25，30，36，42，50，60，70，90，100，共16种。3、评定合格的试件厚度与工程适用厚度范围焊接方法类别号评定合格试件厚度工程适用厚度范围板厚最小值板厚最大值1、2、3、4、5、8≤250.75t2t250.75t1.5t6、7不限0.5t1.1t9≥120.5t2t4、焊接工艺评定板厚：（1）70㎜覆盖板厚105㎜～52.5㎜（2）36㎜覆盖板厚54㎜～27㎜（3）10㎜覆盖板厚20㎜～全部板厚5、采用焊接技术编制焊接工艺评定报告7（1）CO2GMAW（2～1）（2）CO2FCAW－G（2～2）（3）SMAW（1）（4）科技攻关EGW（7.1），SAW（H）（5～1）6、钢板的组合：（1）Q345＋Q345（2）Q345＋Q345DGJ（3）Q345DGJ＋Q345DGJ7、常规工艺评定按下表进行序号钢材组合试件板厚（㎜）焊接技术科技攻关备注CO2GMAW（项）CO2GMAW－G（项）SMAW（项）EGW（项）SAW（H）（项）1Q345＋Q34570，36，10F、H、VF、H、V0坡仰0H陶瓷衬垫993222Q345＋Q345DGJ70，36F、H、VF、H、V0坡仰0H陶瓷衬垫662223Q345DGJ＋Q345DGJ70，36F、H、VF、H、V0坡仰0H陶瓷衬垫66222合计61项21217668、焊接工艺评定坡口形式t35°+5°8小角度V型坡口焊接坡口采用小角度V型坡口形式，如上图。主要考虑在保证焊透的前提下采用小角度、窄间隙单面焊接坡口，可减少收缩量。8或柱与柱的现场吊装对接坡口五、国家体育场钢结构工程现场具体特殊焊接工艺评定1、Q460，S460ML钢的焊接工艺评定（1）Q460，S460ML焊接性试验及工艺评定工作流程框图9（2）、工程构件的实际板厚：δ＝50～100㎜（3）、焊接工艺评定的板厚：δ＝70㎜（4）、采用焊接技术：CO2GMAW、SMAW序号材质板厚CO2GMAWSMAW备注1Q46070F、H、V0312S460ML70F、H、V031合计共8项622、Q460，S460ML同铸钢GS16Mn5、GS20Mn5、GS20Mn5（调质），焊接工艺评定铸钢件与柱的对接焊缝坡口序号材质板厚SMAW备注1Q460＋GS16Mn5(S460ML)70F、H、V、O42Q460＋GS20Mn5(S460ML)70F、H、V、O4Q460＋GS20Mn5(S460ML)70F、H、V、O4合计共12项12铸钢件3°35°+5°8t10六、Q460、S460ML＋Q345DGJ焊接工艺评定序号材质板厚CO2GMAWSMAW备注1Q460＋Q345DGJ(S460ML)70F、H、V031合计共4项31七、Q345DGJ＋GS16Mn5、GS20Mn5、GS20Mn5（调质），焊接工艺评定序号材质板厚CO2GMAWSMAW备注1Q345DGJ＋GS16Mn570F、H、V0312Q345DGJ＋GS20Mn570F、H、V031Q345DGJ＋GS20Mn5（调质）70F、H、V031合计共12项93八、国家体育场钢结构工程现场具体焊接工艺评定必须遵守的规则1、不同焊接方法的评定结果不得互相代替2、不同钢材的焊接工艺评定应符合下列规定：（1）不同类别钢材的焊接工艺评定结果不得互相代替；（2）Ⅰ、Ⅱ类同别钢材中当强度和冲击韧性级别发生变化时，高级别钢材的焊接工艺评定结果可代替低级别钢材；Ⅲ、Ⅳ类同类别钢材中的焊接工艺评定结果不可相互代替；不同类别的钢材组合焊接时应重新评定，不得用单类钢材的评定结果代替。3、评定试件的焊后热处理条件应与钢结构制造、安装焊接中实际采用的焊后热处理条件基本相同。4、焊接工艺参数变化不超过JGJ81－2002《建筑钢结构焊接规程：5.3重新进行工艺评定的规定》时，可不需重新进行工艺评定。5、焊接工艺评定结果不合格时，应分析原因，制订新的评定方案，按原步骤重新评定，直到合格为止。6、施工企业应优选焊接工艺评定方案，在满足规程和设计要求的前提下，尽量11减少焊接工艺评定的项目。已具有同等条件焊接工艺评定资料时，可不必重新进行相应项目的焊接工艺评定试验。7、焊接工艺评定按附表规格格式