簡析國家體育場(鳥巢)鋼結(jié)構(gòu)安裝工程質(zhì)量管理及焊接技術(shù)

簡析國家體育場（鳥巢）鋼結(jié)構(gòu)安裝工程質(zhì)量管理及焊接技術(shù)長江精工鋼結(jié)構(gòu)（集團(tuán)）股份有限公司焊接技術(shù)研究所（紹興縣３１２０３０）戴為志高良Ｏ前言國家體育場位于北京市成府路南側(cè)，奧林匹克公園中心區(qū)內(nèi)，是北京２００８年奧運(yùn)會的主體育場。建筑頂面呈馬鞍型，長軸為３３２．３ｍ，短軸為２９７．３ｍ，最高點高度為６８．５ｍ，最低高度為４０．１ｍ。屋蓋中間開洞長度為１８５．３ｍ，寬度為１２７．５ｍ。１國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程概述國家體育場“鳥巢”所用鋼材全部國產(chǎn)化。當(dāng)鋼板６＝３４ｍｍ時采用Ｑ３４５鋼材：、當(dāng)鋼板厚３６ｍｍ≤占≤１００ｍｍ時采用０３４５（ｕＤ鋼材；當(dāng)鋼板厚度６＝１１０ｍｍ時采片ｊＱ４６０Ｅ—Ｚ３５鋼材。主桁架轉(zhuǎn)換部分采用ＧＳ２０Ｍｎ５ｖ鑄鋼節(jié)點。鋼材從８～１４０ｍｍ鑄鋼共有１９個規(guī)格，設(shè)計用鋼２２００８年第７期屋蓋主結(jié)構(gòu)的桿件均為箱型構(gòu)件．其中，主桁架斷面商度為１２ｍ，上壇桿截面為１２００ｍｍ×１２００ｍｍ～１０００ｍｍ×ｌ０００ｍｍ．下弦樸截面為１０００ｍｍｘｌ２００ｍｍ＾，８００ｍｍ×８００ｍｍ．腹桿截面基本為６００ｍ×６００ｍｍ．土桁架沿洞口斜角交叉布置。桁架柱為ｉ角形格構(gòu)柱．每根格構(gòu)柱由兩根１２００ｍｍ×１２００ｍｍ箱型外柱和圖ｌ國家體育場鋼結(jié)構(gòu)剖面施上示意圖及內(nèi)景量為４．２萬噸．實際用鋼５．３萬噸。鳥巢工程存在大量復(fù)雜的焊接節(jié)點．板件的厚度較大。板件之間的相巨約束顯著．大量焊縫集中，焊接應(yīng)力較大，柱腳結(jié)構(gòu)復(fù)雜．內(nèi)部筋板多數(shù)要求全焊透焊接，焊縫縱橫交錯．施工場地狹窄．控制焊接應(yīng)力和焊接變形難度很大。犀蓋主結(jié)構(gòu)屬丁大型大跨度空問結(jié)構(gòu)．其自重產(chǎn)生的內(nèi)力所占比例較大，主結(jié)構(gòu)的施工和焊接順序?qū)Y(jié)構(gòu)在重力載一根１２００ｍｍ×１２００ｍｍ菱形內(nèi)柱組成．腹桿截面為ｌ０００Ｊ１１ｍ×１２００Ｉｍ。桁架柱上端大、下端?。隙伺c主桁架相連，下端埋人鋼筋混凝土承臺內(nèi)，并將屋蓋荷載傳至地基．如圖１所示。國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)安裝Ｔ程從２００５年１０月開始到２００６年１１月結(jié)束．歷時１２個月。荷下的內(nèi)力將產(chǎn)生明顯的影響，而主結(jié)構(gòu)不規(guī)則的走向，很難排定焊接順序和安裝程序。兇此控制其初始應(yīng)力狀態(tài)不是一件容易的Ｔ作。次結(jié)構(gòu)安裝難度大于主結(jié)構(gòu)，焊縫分布無規(guī)則町肓，應(yīng)力狀態(tài)也｝分復(fù)雜。艿＝１１０ｍｍ的０４６０Ｅ—Ｚ３５為國內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)首次使用，Ｑ３４５ＧＪＤ國內(nèi)應(yīng)用單位也小多，對上述鋼材的熱加下技術(shù)。焊接１＝藝無成熟經(jīng)驗可借鑒。Ｑ４６０Ｅ—Ｚ３５萬方數(shù)據(jù)厚板焊接技術(shù)應(yīng)用研究（焊接性研究），目的是為Ｑ４６０Ｅ—Ｚ３５鋼材焊接丁藝的合理選擇與評定提供科學(xué)的依據(jù)．以指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)工程Ｑ４６０Ｅ—Ｚ３５的焊接施上，這項工作存在極大的風(fēng)險和難度。對焊接工程而言存在十大難關(guān)，主要有以下七大難關(guān)：（１）Ｑ４?。牛冢常岛附有栽囼炿y關(guān)。包括同ＣＳ砌ｕｎ５Ｖ，Ｑ３４５，Ｑ３４５ＧＪＤ異種鋼材的焊接。要破這道難關(guān)不僅需要勇氣和膽識，而且需要冷靜的科學(xué)頭腦和扎實的業(yè)務(wù)基本功，敢于承擔(dān)風(fēng)險。（２）組建焊接鐵軍難關(guān)。任何優(yōu)秀的方案、良好的愿望、都要通過焊工去實現(xiàn)、去完成；而當(dāng)年合格焊工“杯水車薪”，焊Ｔ隊伍的組建成為“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程的第一個看似簡單而難度極高難關(guān)。（３）應(yīng)力應(yīng)變控制難關(guān)。由于結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，造成“設(shè)計難、制圖難、制作施工更難”的嚴(yán)峻局面．包括建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂的預(yù)防和處理。尤其是難度極大的柱腳拼裝，主、輔結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變的控制，以及合攏和卸載的高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要術(shù)。應(yīng)力應(yīng)變成為了焊接丁程的第二個攔路虎。（４）焊接工藝評定難關(guān)。“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程涉及六大鋼種、十九個規(guī)格，從８～１１０ｍｍ包含ｉ種異種鋼材的厚板焊接工藝；其工藝評定不僅難度高而且工作量相當(dāng)大，要準(zhǔn)確快速完成焊接工藝評定不足簡而易行的事。（５）低溫焊接難關(guān)。由合攏溫度的要求，“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接必須經(jīng)歷一個冬天．于是涉及到了焊接界最關(guān)心的低溫焊接問題，鋼結(jié)構(gòu)負(fù)溫焊接在焊接界一直沒有定論，均在兩可之間．現(xiàn)行各國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)沒有統(tǒng)一的說法，無經(jīng)驗可以照搬。因此低溫焊接工藝不僅要求在實踐卜有所建樹、而且在標(biāo)準(zhǔn)和理論上應(yīng)該有所突破，其難度顯而易見。（６）大面積推廣仰焊技術(shù)難關(guān)。因為“鳥巢”特殊結(jié)構(gòu)決定了控制結(jié)構(gòu)初始應(yīng)力的難度，２４榀門式鋼架中有２２榀貫通或基本貫通，最大跨度為２５９ｍ左右。如果不采用仰焊技術(shù)，控制焊接庇力應(yīng)變的對稱施焊工藝不能應(yīng)用．上下翼緣受熱不均．必然帶來收縮量的不一致。上下弦桿同時不均勻地變形。使本來就十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系變得更加復(fù)雜。仰焊技術(shù)確實有它的難點，與此相輔相成的也有很多優(yōu)點，這螳優(yōu)點是建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接工程最需要、最重要的技術(shù)指標(biāo)所要求的。不過這些至關(guān)重要的指標(biāo)沒有被人們認(rèn)識．或者沒有完全認(rèn)識，因此推廣仰焊技術(shù)是另一難關(guān)。（７）“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接Ｔ程合攏難關(guān)。在“鳥巢”建筑鋼結(jié)構(gòu)首次提出“合攏”概念．豐富和發(fā)展了建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)用技術(shù)理論，無論是理論和實踐都證明，“合攏”肯定是一場攻堅戰(zhàn)。為了攻克上述難關(guān)．在焊接應(yīng)用技術(shù)理論的指導(dǎo)卜．采用了１４項焊接技術(shù)，具體如下：①Ｑ４６０—ｚ３５焊接性試驗研究新技術(shù)；②大規(guī)模采用電加熱預(yù)（后）熱技術(shù)；（螢厚板采用ｓＭＡｗ—ＧＭＡｗ—ＦｃＡｗ—Ｇ復(fù)合新上藝技術(shù)；④大面積采用仰焊技術(shù)；（ｐＧＭＡｗ，ＦｃＡｗ—Ｇ大流量防風(fēng)技術(shù)；⑥鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接技術(shù)；（Ｄ鑄鋼及其異種鋼焊接技術(shù)；⑧防止冷、熱裂紋技術(shù)；⑨層狀撕裂防止和處理技術(shù)；⑩特殊焊縫處理技術(shù)；⑥焊接機(jī)器人（ＦＣＡｗ—ＳＳ）焊接技術(shù)的應(yīng)用；⑧鋼筋Ｔ形焊接接頭壓力埋弧焊新工藝；＠復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變控制技術(shù)；⑩特殊鋼結(jié)構(gòu)合攏技術(shù)。工程中首先進(jìn)行了Ｑ４６０Ｅ—Ｚ３５焊接性試驗及焊接技術(shù)的應(yīng)用研究。主要進(jìn)行了ＳＨ—ＣＣＴ網(wǎng)的試驗研究，Ｑ４６０Ｅ－Ｚ３５熱切割試驗，Ｑ４６０Ｅ—Ｚ３５熱矯正試驗，Ｑ４６０Ｅ—Ｚ３５焊接冷裂紋試驗研究，Ｑ４６０Ｅ—Ｚ３５剛性焊接試驗研究，然后進(jìn)行了Ｑ４６０Ｅ＋Ｑ４６０Ｅ（０、Ｈ、Ｖ、６＝１１０ｍｍ）、Ｑ４６０Ｅ＋ＱＢ４５ＧＪＤ（０、Ｈ、Ｖ、掂１１０ｍｍ，１００ｍｍ）、Ｑ４６０Ｅ＋ＣＳ２０Ｍｎ５Ｖ（０、Ｈ、Ｖ、６＝１１０ｍｍ）的焊接工藝評定１３項。其余Ｑ３４５ＧＪＤ、Ｑ３４５、ＧＳ２０Ｍｎ５Ｖ等鋼材，分別進(jìn)行焊接技術(shù)、焊接位置、材料規(guī)格．以及異種鋼材的組合按ＪＧＪ８１—２００２《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行焊接工藝評定１８４項，同時進(jìn)行了ＧＭＡＷ，ＦＣＡＷ—Ｇ大流量防風(fēng)模擬試驗。為了適應(yīng)冬季施工，進(jìn)行了Ｑ４６０Ｅ、Ｑ３４５ｃＪＤ鋼的冬季焊接試驗共２４項，在工程尾聲，還進(jìn)行了特殊焊縫的試驗，所有試驗全部按期完成，試驗結(jié)果準(zhǔn)確可靠，成為了國家體育場（鳥巢）鋼結(jié)構(gòu)工程焊接技術(shù)規(guī)程有力的技術(shù)支持，在技術(shù)路線的制定過程中起到了決定性的作用。經(jīng)過“鳥巢”人的艱苦努力．取得十分優(yōu)異的成績．“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程最終結(jié)果成為了當(dāng)今建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接工程之典范。設(shè)計要求幾乎全部焊縫為全熔透一級焊縫，焊縫的總長超過了３１萬米。現(xiàn)場焊縫超過６萬米（不含角焊縫），１００％超聲波探傷。一次合格率高達(dá)９９．５％以上，質(zhì)量指標(biāo)之好為全國之最。最典型的是不同的三天三夜焊完４００多條合攏焊縫．在高空焊接成功，一次合格率為９９．９％。成為工程焊接界中最輝煌的典范。據(jù)不完全統(tǒng)計。整個“鳥巢”消耗焊接材料２１００ｔ以上，同樣也是國內(nèi)之最。國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量在全國乃至全球的鋼結(jié)構(gòu)工程中都是最好的，完全可以十分自豪地說：鳥巢焊接人成功地破解了“鳥巢”焊接難關(guān)。贏得了工程的最終勝利。２建立鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量保證體系、開展全面質(zhì)量管理工作在“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程中，我們深刻的體會到．沒有有效的管理，再好的技術(shù)也難以實現(xiàn)。沒有技術(shù)，再好的管理也是空談。因此，建筑鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量管理應(yīng)當(dāng)有兩大內(nèi)涵即：管理基礎(chǔ)工作和技術(shù)基礎(chǔ)工作。兩項基礎(chǔ)上作的有機(jī)結(jié)合，才是國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)丁程的真實質(zhì)量管理?！傍B巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接下程一開始就以全面質(zhì)量管理思想為核心，指導(dǎo)整個焊接工程的順利進(jìn)行。在進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備時．首先建立了國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接丁程質(zhì)量保證體系。采用了ＴＱＣ的基本思想，以提高焊縫質(zhì)量、保證厚板焊縫一次合格率１００％為目標(biāo)，運(yùn)用系統(tǒng)管理的概念和方法，把國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程的各個階段、各個環(huán)節(jié)、每個管理人員和焊工的質(zhì)量管理職能和質(zhì)量管理意識以及實際操作Ｔ序有機(jī)、合理地組織起來，形成一個有明確任務(wù)、職責(zé)、權(quán)限，而又瓦相協(xié)調(diào)、互相促進(jìn)的團(tuán)結(jié)的整體，從而順利完成國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接上程的全部焊接工作。２００８年第７期３萬方數(shù)據(jù)３幾項典型焊接應(yīng)用技術(shù)３．１Ｑ４６０Ｅ焊接性試驗焊接性是指鋼材（材料）在限定的施工條件下，焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定運(yùn)營要求的能力。（１）國產(chǎn)Ｑ４６０Ｅ—Ｚ３５鋼在預(yù)熱１５０℃情況下采用焊條電弧焊。其插銷冷裂紋試驗的臨界斷裂應(yīng)力為６２０ＭＰａ。該材料對冷裂紋不敏感．從該材料的力學(xué)性能試驗結(jié)果叮知．屈服應(yīng)力為４００ＭＰａ，抗拉強(qiáng)度為５６０ＭＰａ。因此該材料在此焊接工藝條件下對冷裂紋不敏感，具有良好的抗裂性。（２）國產(chǎn)Ｑ４６０Ｅ—Ｚ３５鋼在預(yù)熱２００℃情況下采用焊條電弧焊。其插銷冷裂紋試驗的臨界斷裂應(yīng)力為８５０ＭＰａ。該材料對冷裂紋不敏感。從該材料的力學(xué)性能試驗結(jié)果可知，屈服應(yīng)力為４００ＭＰａ．抗拉強(qiáng)度為５６０ＭＰａ。兇此該材料在此焊接工藝條件下對冷裂紋不敏感，具有良好的抗裂性。（３）國產(chǎn)Ｑ４６０Ｅ—Ｚ３５鋼在預(yù)熱２５０℃情況下采用焊條電弧焊，其插銷冷裂紋試驗的臨界斷裂應(yīng)力為ｌ０５０ＭＰａ。該材料對冷裂紋不敏感。從該材料的力學(xué)性能試驗結(jié)果可知，屈服應(yīng)力為４００ＭＰａ．抗拉強(qiáng)度為５６０ＭＰａ。因此該材料在此焊接工藝條件下對冷裂紋不敏感，具有良好的抗裂性。（４）國產(chǎn)Ｑ４６０Ｅ鋼的插銷斷裂應(yīng)力隨預(yù)熱溫度的增加呈線性增加．預(yù)熱溫度越高。臨界斷裂應(yīng)力愈大。３．２建筑鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接技術(shù)國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接Ｔ程采用了同原建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接工程不完全一致的組合丁藝，提高了焊接效率，保證了焊接質(zhì)最，為厚板焊接技術(shù)提供了有益的借鑒經(jīng)驗。３．２．１厚板焊接坡口的設(shè)計由于厚板焊接工程蜃大、難度高，技術(shù)界十分重視坡口的設(shè)計。坡口小易形成窄而深的形式，焊縫成形系數(shù)偏小，影響一次結(jié)晶，容易產(chǎn)生區(qū)域偏析，在拘束應(yīng)力大的前提下進(jìn)而導(dǎo)致焊接熱裂紋的產(chǎn)生。坡口加大，不僅僅焊接量大大增加，焊縫的焊接殘余應(yīng)力也大大增加。這對鋼結(jié)構(gòu)體系初始應(yīng)力的控制極其不利，同時也影響工程工期。國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程中．經(jīng)過大量的試驗研究，確定坡口角度為３０ｏ～３５０，間隙為６～１０ｍｍ，工程實踐和工藝評定結(jié)果證明了這一坡口角度的科學(xué)性、合理性。３．２２預(yù)熱、后熱采用遠(yuǎn)紅外電加熱技術(shù)厚板焊接的關(guān)鍵是防止焊接裂紋的產(chǎn)生．準(zhǔn)確的預(yù)熱、層間溫度、后熱溫度是防止裂紋產(chǎn)生的關(guān)鍵．特別是厚板高強(qiáng)鋼的焊接尤為重要。這是因為準(zhǔn)確控制預(yù)熱溫度、層問溫度和后熱溫度將直接影響和控制高強(qiáng)鋼裂紋產(chǎn)生三要素：既擴(kuò)散氫含量，硬淬傾向和拘束應(yīng)力。同火焰預(yù)熱方式相比較．遠(yuǎn)紅外電加熱有：溫度控制準(zhǔn)確可靠，可以控制升、降溫速度的優(yōu)點。最重要的是，所有采用電加熱的焊縫全部受熱均勻，從而避免了火焰加熱的不均勻同焊接過程中的不均勻疊加而產(chǎn)生附加應(yīng)力，有效地防止了焊接裂紋的４２００８年第７期產(chǎn)生。由于采用了遠(yuǎn)紅外電加熱技術(shù)，減少了厚鋼板的溫度差。因此，也減少了不均勻加熱和冷卻所帶來的附加應(yīng)力，對提高厚板焊接質(zhì)量十分有效。同其他技術(shù)一樣。在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接工程中。對中國工程界特別是廣大的建筑鋼結(jié)構(gòu)施上單位而占．采用遠(yuǎn)紅外電加熱技術(shù)有一個認(rèn)識過程，遠(yuǎn)紅外電加熱的突出優(yōu)點將會被人們所認(rèn)識、所接受．并發(fā)楊光大、開花結(jié)果。３．２．３組合焊接新工藝在厚板焊接中，常規(guī)焊接是一種焊接方式從打底、填充、到蓋面全部完成，這種方式由于管理簡便而大面積使用。然而，這種方式有它的局限性。以ＧＭＡＷ為例．在厚板打底焊接中，由于坡口小、焊絲伸出過長、氣體保護(hù)不好而使焊縫金屬產(chǎn)生不應(yīng)有的缺陷造成返工．產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)損失。國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接Ｔ程創(chuàng)造的組合焊接新工藝成功地解決了這一難題。從焊縫成形的角度上看，打底焊和蓋面焊是最重要的步驟。假如在厚板焊接中。缺陷出在打底焊縫．如果在ＢＯＸ結(jié)構(gòu)體系中。那么、返工時問是整條焊縫正常焊接時間的ｉ倍以上。因此，國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程中，提Ｈ｛了厚板焊縫一次合格率為１００％的指標(biāo)，引起了各級管理人員和焊工的高度重視。保證了組合工藝的有效實施，收到ｒ良好的效果。３．２．４多層多道接頭錯位焊接新Ｔ藝在鋼板的焊接中，多層焊的焊縫質(zhì)量比單層焊好，多層多道焊的焊縫質(zhì)量比多層焊好，特別是板厚超過２５ｍｍ時效果最明顯。因此，在厚板焊接時。首選多層多道焊技術(shù)。多層多道焊就是在多層焊的基礎(chǔ)上．焊接手法上不允許擺動，焊接厚度要明確規(guī)定，并限制焊縫的熱輸入量．一般規(guī)定：ＧＭＡＷ，ＦＣＡＷ＿Ｇ每一道不超過５ｍｍ（通常是３～５ｍｍ之間）；ＳＭＡＷ用Ａ，值來確定每一道的厚度（一。＝一根焊條所焊焊縫的長度／一根焊條除焊條頭外的長度），通常Ａ?！荩希叮辉诹⒑肝恢迷试S擺動，但限制擺幅。ＳＭＡＷ允許寬度為焊條直徑的３倍，ＧＭＡＷ．ＦＣＡＷ—Ｇ允許擺動１５～２０ｍｍ。多層多道錯位焊接技術(shù)就是在多層多道焊接技術(shù)的基礎(chǔ)上，加入焊接接頭每一道次錯位連接。即接頭不在一個平面內(nèi)，通常錯位５０呦以上。這種技術(shù)特別適合于高強(qiáng)鋼厚板的焊接。多層多道錯位焊接技術(shù)的顯著優(yōu)點就是上一層焊道對下一層焊道進(jìn)行了有效的熱處理，見圖２。在焊后冷卻過程中，焊縫從靠近母材處開始凝固，單道焊的組織為典型的柱狀結(jié)晶，且共晶粒通常是與等溫曲線法向方向（即最大溫度梯度方向）長大。由于凝固是從純度較高的高熔點物質(zhì)開始。所以在最后凝固部分及柱狀晶的間隙處，便會留下低熔點夾雜物。在多層多道焊時．對前一道焊縫重新加熱，加熱超過９００ｑＣ的部分可以消除柱狀晶并使晶粒細(xì)化。因此多層焊比單層焊的力學(xué)性能要好。特別是沖擊韌度有顯著提高。國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接Ｔ程高強(qiáng)厚鋼板全部采用了多層多道錯位焊接技術(shù)。因此，焊接質(zhì)量良好，證明這項技術(shù)有萬方數(shù)據(jù)圖２多層多道鍺位焊剖面圖強(qiáng)大的生命力。值得推廣應(yīng)用。３．３低溫焊接試驗成果的應(yīng)用根據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接丁程冬季施工極限溫度的確定，國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程冬季施Ｔ的最低溫度為一１５℃。美國ＡＷＳＤｌ．１中，對鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接溫度限制為一２０℃，并說明只要采取措施還可以在更低的溫度下施焊。這說明鋼材和美國的焊接材料抵抗低溫的能力是足夠的．在低溫試驗的過程中發(fā)現(xiàn)．氣溫對焊接上藝的正確實施影響不大。但是，在一１５℃的環(huán)境中丁作時間稍長，工人的操作技術(shù)便走形，保證不了焊縫成形質(zhì)量。同時測溫儀、送絲機(jī)Ｔ作也不正常。低溫環(huán)境對焊接接頭綜合性能的影響是肯定的。從試驗研究的分析可知，抗拉強(qiáng)度在低溫環(huán)境ｔ｛，降低是肯定的，控制不好很可能低丁鋼材本身的抗托強(qiáng)度而使焊接接頭不合格。準(zhǔn)確均勻的預(yù)熱溫度、良好的施Ｔ環(huán)境。是國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接試驗成功的關(guān)鍵，緊急后熱措施是低溫焊接試驗成功的保證。工藝試驗和正式工程相比，焊縫所處的工況完全不同，照搬丁藝試驗的結(jié)果很可能適得其反，甚至造成后果。因為在工程實踐中．低溫焊接防治冷裂紋的同時，還須防范由于結(jié)構(gòu)拘束度大。在冷卻速度加大的前提下，焊縫中心產(chǎn)生偏析，在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的熱裂紋。因此．在Ｔ程中廊注意以下幾條原則：（１）根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，合理編排焊接順序，減少和盡可能均布焊接殘余麻力。（２）鋼材本身應(yīng)實現(xiàn)正溫即要采用各種不同的預(yù)熱方式提高焊縫周同小環(huán)境溫度．以此來保證焊縫綜合指標(biāo)。（３）正確選擇預(yù)熱方式。在預(yù)熱溫度和預(yù)熱規(guī)范確定的前提下．正確選擇預(yù)熱方式對控制裂紋的產(chǎn)牛有重要的意義。電加熱與火焰加熱相比具有明顯的優(yōu)勢：預(yù)熱Ⅸ域受熱均勻．有效防止局部受熱造成接頭附加應(yīng)力；升溫速度均勻、可控，防止造成母材過熱等現(xiàn)象，可達(dá)到母材充分均勻預(yù)熱；對于整體結(jié)構(gòu)焊縫而言，防止受熱不均造成構(gòu)件變形。因此，低溫焊接特別是厚板焊接優(yōu)先采用電加熱方式。（４）由于在正式結(jié)構(gòu)焊接中采取剛性固定的方式，為防止由于氫和應(yīng)力共同作用在焊縫根部產(chǎn)生延遲裂紋，對于板厚ｔ≥４０咖采取焊后緊急后熱及保溫緩冷措施，后熱溫度２５０～３００℃：對于ｆ＜４０姍采取焊后緊急保溫緩冷措施。該措施町以減緩焊縫的冷卻速度，有助于擴(kuò)散氫的逸出。（５）由于氫在焊接熔合區(qū)附近的濃度值按馬氏體、貝氏體、鐵素體組織的變化依次降低．在異種鋼焊接時由于熱影響區(qū)組織形態(tài)的不同造成了氫在熔合區(qū)附近的濃度值分布不勻．當(dāng)焊縫中存在應(yīng)力集中點時．含氫量大的焊縫易出現(xiàn)延遲裂紋。因此在異種鋼焊接時應(yīng)特別注意預(yù)熱和后熱，這是繼焊接材料選定之后決定成敗的關(guān)鍵因素。（６）控制熱輸入是防止焊接裂紋的有效途徑。在低溫施工中，ＳＭＡＷ采用Ａ。值控制熱輸入容易成功。在控制Ａ。≥０．６的前提下，采用控制不同焊接位置的Ａ。，實現(xiàn)大電流、薄焊道、多層多道的焊接技術(shù)，以提高焊縫熱量，防止淬硬組織的產(chǎn)生。實踐證明．低溫焊接試驗是成功的，一１５℃停止施焊的溫度確定是科學(xué)的，國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程冬季施工取得了十分突出的成績．充分證實了建筑鋼結(jié)構(gòu)冬季施焊的可行性、安全性。建筑鋼結(jié)構(gòu)冬季施焊。必然為項目帶來巨大的直接經(jīng)濟(jì)效益，為搶奪丁期贏得ｆ分寶貴的時間。兇此，國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程中的低溫焊接技術(shù)、規(guī)程、經(jīng)驗。必然被廣大工程界所接受．必將得到大面積的推廣應(yīng)用。３．斗“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)合攏技術(shù)國家體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程專業(yè)排序為“一焊、二吊、三卸載”?！昂蠑n”是焊接工序的收關(guān)之作，是鋼結(jié)構(gòu)支撐塔架卸載的前提條件．合攏焊縫在一定程度卜決定整體鋼結(jié)構(gòu)體系的初始應(yīng)力狀態(tài)。從嚴(yán)格意義上講，合攏焊縫屬于帶載焊接的范疇．具有很高的難度。同時合攏焊縫也具有極大的焊接殘余應(yīng)力，容易形成焊接殘余應(yīng)力集中的焊縫，因此存在一定的風(fēng)險。合攏時，構(gòu)件平均溫度即為合攏溫度，合攏溫度就是鋼結(jié)構(gòu)在合攏過程中的初始平均溫度，Ｉ）（別于大氣溫度，是結(jié)構(gòu)使用中溫度的基準(zhǔn)點。也稱安裝校準(zhǔn)溫度，其確定原則如下：（１）確定結(jié)構(gòu)合攏溫度時，首先考慮當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，應(yīng)使合攏溫度接近于平均氣溫，也就是可進(jìn)行施工的天數(shù)所占的比例最大氣溫。（２）合攏溫度應(yīng)盡量設(shè)置在結(jié)構(gòu)可能達(dá)到極限最高最低溫度之間．使結(jié)構(gòu)受溫度影響最合理。使日照形成的溫差應(yīng)力始終處于安全的受控狀態(tài)。（３）確定合攏溫度應(yīng)充分考慮施工中的不確定因素。預(yù)留一定溫度的允許偏差作調(diào)整用。合攏Ｔ程必須在夜間進(jìn)行。國家體育場“鳥巢”屋蓋鋼結(jié)構(gòu)屬于特大型大跨度鋼結(jié)構(gòu)．雙榀主桁架貫通最大跨度２５８．３６５ｍ。由于“鳥巢”結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件直接暴露于室外，夏季時，室外氣溫最高，同時太陽照射強(qiáng)度也最大．太陽照射將引起構(gòu)件溫度顯著升高。結(jié)構(gòu)在迎光面與背光面的溫差，以及屋面、立面鋼構(gòu)件的溫２００８年第７期５萬方數(shù)據(jù)差將形成梯度較大的溫度場分布。溫度變化將在結(jié)構(gòu)中引起很大的內(nèi)力和變形，對結(jié)構(gòu)合攏的安全性將產(chǎn)生顯著的影響，由于合攏溫度是以鋼結(jié)構(gòu)桿件的平均溫度為準(zhǔn)，因此，合攏工程必須在構(gòu)件受熱均勻的環(huán)境中進(jìn)行。也就是說，合攏工程必須在沒有日照的夜間并且在構(gòu)件溫度均勻時進(jìn)行，這就是合攏工程對環(huán)境溫度的具體要求。３．４．１合攏焊接要同時進(jìn)行的兩個主要原因其一，合攏溫度的限制，只有在相同的構(gòu)件和環(huán)境溫度條件下，所形成的焊縫的差別受溫度的影響最小。環(huán)境溫度隨時問的推移會發(fā)生變化，時間一長很有呵能超出合攏溫度的范疇，使合攏焊接不能進(jìn)行。所以要同時焊接。其二，從嚴(yán)格的意義上講，合攏焊接屬于帶截焊接范疇．如果兩條或兩條以上的焊縫不同焊接，那么，先焊的焊縫負(fù)載要小。網(wǎng)而焊接的殘余應(yīng)力?。蠛傅暮缚p則剛好相反，負(fù)載比先焊的焊縫大得多，容易形成應(yīng)力集巾，焊縫的中心也容易出現(xiàn)熱裂紋。這種情況在“負(fù)載轉(zhuǎn)移”的卡馬焊接時要特別小心．一個斷面上的所有卡馬。必須在同一段時間內(nèi)完成。也就是說，不能一個卡馬焊好后再焊另一個卡馬，而是所有卡馬都同時焊接。如果卡馬太多，要采取巡同焊接的技術(shù)。使所有卡馬完成焊接時間大致相同：ＧＭＡＷ．ＦＣＡＷ—Ｇ非常適合合攏焊縫和卡馬的焊接。這樣，能夠使一個斷面的卡馬負(fù)載基本均勻，這種應(yīng)力狀態(tài)的形成對正式焊接主焊縫十分有利。所以，只有同時焊接所有的合攏焊縫，合攏焊縫才能獲得基本相同的負(fù)載。從而使鋼結(jié)構(gòu)體系形成所希望的基本均勻的一次初始應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到封閉、穩(wěn)定的目的，為卸載的成功提供有力的技術(shù)支持。３．４．２合攏焊縫負(fù)載轉(zhuǎn)移技術(shù)從焊接的本質(zhì)上講，合攏焊縫屬于帶載焊接類型。因為一旦形成封閉穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，就形成了系統(tǒng)的一次應(yīng)力。而合攏焊縫便是應(yīng)力最大的焊縫。隨著溫度的變化，應(yīng)力隨之變化，不儀在大小上變化。而且在方向上變化，這就給合攏焊縫的焊接帶來很多困難，特別是在拉應(yīng)力強(qiáng)大時焊接過程中極易形成熱裂紋。所謂負(fù)載轉(zhuǎn)移就是讓焊縫和ＨＡＺ在施焊時沒有負(fù)載．焊縫完成后再承受負(fù)載。根據(jù)焊接應(yīng)用技術(shù)理論和經(jīng)驗，最有效的方法是用卡馬轉(zhuǎn)移負(fù)載，待焊縫形成后，割除卡馬。使一次應(yīng)力全部轉(zhuǎn)移在卡馬上，然后再轉(zhuǎn)移在焊縫上，確保焊縫的安全。南于合攏口數(shù)量眾多，且合攏段的安裝隨著工程的總體安裝進(jìn)程在不間時間里進(jìn)行，合攏段的安裝質(zhì)量不僅影響結(jié)構(gòu)安裝過程中的安全。而且影響最終的合攏和結(jié)構(gòu)的總體施工質(zhì)量及結(jié)構(gòu)使用過程中的安全。因此．必須采取合理的安裝丁藝措施，確保合攏段與相關(guān)構(gòu)件的安裝及結(jié)構(gòu)的順利合攏。為了獲得合攏焊縫的成功．必須按照以下程序進(jìn)行：（１）為控制合攏時合攏口的間隙大小，減少合攏口的焊接量和焊接殘余應(yīng)力，確保合攏口的焊接質(zhì)量，在進(jìn)行合攏段的安裝時，要盡量控制合攏段安裝時合攏口的間隙大小，該間隙大小要考慮溫度變形計算結(jié)果和焊接收縮變形。如達(dá)不到預(yù)定的要求．可調(diào)整合攏焊縫的