1、异形多腔体巨型钢柱焊接技术,2016.11,目录,contents,第一部分,技术背景,一、技术背景,（一）技术依托,天津117大厦结构体系：钢筋混凝土核心筒+巨型外框架结构。巨型外框架传力路径：楼面钢梁次框架柱环带桁架巨型钢柱。,巨型钢柱焊接质量意义重大,巨型钢柱为大楼之基、承载之重,一、技术背景,（二）焊接体量,最大截面：22.424m最大板厚：120mm材质：Q345GJC，Q390GJC焊接量：2200t，所用焊丝可围 绕地球6圈,地下室截面,地上截面,一、技术背景,（三）焊接空间,最小施焊空间200mm,一、技术背景,（四）焊接环境,60粉尘,排风扇,冷风机,冰块,一、技术背景,巨型
2、钢柱的腔体数量、分段拼接单元、焊缝填充量均为世界之最。如此复杂的异形多腔体巨型钢柱的焊接技术，国内外尚无研究。,（五）技术对比,深圳平安巨型柱,广州东塔巨型柱,第二部分,研究探索,二、研究探索,（一）目标,焊缝质量,焊后精度,焊接应力控制,二、研究探索,（二）深化设计解决方案,超厚板精密切割技术保证巨型钢柱外形尺寸，制作源头控制精度。,1、原材尺寸的限制,二、研究探索,（二）深化设计解决方案,2、焊接空间的设计,最优空间设置坡口方向的选取，隔板后焊、开预留洞。,坡口开在空间大侧,后焊板,预留孔,二、研究探索,（二）深化设计解决方案,3、焊缝填充的优化,全熔透半熔透焊缝余高可保证焊缝强度等强降低
3、焊缝填充量，控制变形提高经济效益,T型接头焊缝,二、研究探索,形式横焊缝：单边V形坡口立焊缝：双边V形坡口坡口角度：35优势减少焊接填充量保证全熔透焊缝质量是一种平衡了质量与经济的坡口形式。,横焊缝焊接,立焊缝焊接,横焊缝,立焊缝,（二）深化设计解决方案,3、焊缝填充的优化,对接接头焊缝,带有余高的半熔透焊缝可与全熔透焊缝达到等强效果。,全熔透,半熔透,ANSYS数值模拟,二、研究探索,（二）深化设计解决方案,3、焊缝填充的优化,二、研究探索,（二）深化设计解决方案,VS,T型接头,十字接头,开口单元,对接接头,土字接头,闭口单元,4、分段焊接接口处理,同一截面的焊缝尽量同时焊接避免热量不均产
4、生变形。,二、研究探索,（三）焊接应力、变形控制研究,1、焊接部署-焊接原则,1,2,分步骤焊接时，先焊长度较长、填充量较大的焊缝，后焊长度较短、填充量较短的焊缝减小残余应力。,对称位置应对称焊接升温与降温对称均匀，控制变形。,3,巨柱单元共性：同时存在同一节间立焊缝、上下节间横焊。,方案一,方案二,原则：对于多腔体多单元组拼焊接，同一节单元先立焊后横焊，可有效的降低残余应力。,二、研究探索,（三）焊接应力、变形控制研究,1、焊接部署-焊接顺序,二、研究探索,焊工二在焊工一收弧位置起弧，开始施焊，同时焊工一开始第二道焊缝的施焊,焊工一开始第一道焊缝的施焊,焊工三在焊工二收弧位置起弧开始施焊，同
5、时焊工二接焊工一第二道焊缝，焊工一开始第三道焊缝的施焊,（三）焊接应力、变形控制研究,1、焊接部署-多层多道焊,二、研究探索,分段焊接头处的每道焊缝应错开至少50mm的间隙，避免接头全部留在一个断面。,焊道分段接头处理,（三）焊接应力、变形控制研究,1、焊接部署-分段接头处理,先立后横较比先横后立的顺序残余应力更小而均匀，高应力区域面积会减少40%50%。,焊接部署前,焊接部署后,ANSYS数值模拟,二、研究探索,（三）焊接应力、变形控制研究,2、焊接应力数值模拟,二、研究探索,“西”字型截面的焊接,（三）焊接应力、变形控制研究,3、典型截面焊接,STEP1,因腔体空间狭小，若内外同时焊接，则
6、腔体内部的温度过高，人员无法操作，因此腔体内外的的焊缝必须分开焊接。腔体外围焊缝长度和填充量较大，所以先焊接外围焊缝。,STEP2,二、研究探索,“日”字型截面的焊接,（三）焊接应力、变形控制研究,3、典型截面焊接,STEP1,长度方向的焊缝较长，达到4.5米。为防止由于焊接长度过长，造成焊缝收尾温度不均，焊接残余应力难以释放。长度超过2米的焊缝需要进行多人多段焊接。每名焊工的施焊长度不宜大于1.5米,STEP2,二、研究探索,双三角截面的焊接,（三）焊接应力、变形控制研究,3、典型截面焊接,STEP1,腔体内部隔板横纵交错的情况下，人员在焊接过程中，四周的隔板尽量不要同时施焊，以免由于环境温度高造成操作人员的不适。,STEP2,STEP3,二、研究探索,（三）焊接应力、变形控制研究,4、焊接变形控制措施,花篮螺栓微调,焊接约束板,工艺隔板加设,合理拼装顺序,变形控制,二、研究探索,（三）焊接应力、变形控制研究,5、焊接应力控制措施,焊前预热,层间温控,电加热后热处理,超声波应力消除,应力消除,第三部分,成果价值,三、成果价值,（一）实施效果,焊缝一次合格率99.5%,巨柱变形5mm以
安全达人 