1 工程介绍

　　深圳国际会展中心(一期)项目中廊总长1.8km，分为13个单体，为“下部钢框架+树杈柱+单层网壳钢棚”结构;最大跨度27.0m，结构最大标高42.500m。共计4个登录大厅，每个登录大厅面积约2.7万m²，最大跨度27m，最大标高39.500m(见图1)。

　　根据建筑造型要求，该项目中廊和登录厅屋面及拱门结构大量应用箱形弯扭构件。主要截面规格如表1所示。

　　2 弯扭构件焊接分析

　　1)箱形弯扭构件规格多，板厚跨度大(12～80mm)，弯扭成型工艺要求高。

　　图1 深圳国际会展中心项目  

　　2)弯扭构件弧度变化范围大，部分弯扭构件焊接倾斜角度>8°，焊缝外观成型控制难度大。

　　3)部分弯扭构件牛腿焊缝集中，板厚较小，焊接变形和构件形体控制难度大。

　　表1 弯扭构件截面规格  

　　3 弯扭构件复合焊接工艺研究

　　由于弯扭构件的结构特点，传统弯扭构件主焊缝焊接采用CO₂气体保护焊打底、填充，当构件焊接方向无坡度或坡度较小时(<6°)可采用埋弧焊盖面，当坡度较大时必须采用手工气体保护焊盖面。采用气体保护焊填充、盖面，一方面焊接效率低、工人技术水平要求高，劳动强度大;另一方面，人工盖面焊缝外观成型难以保证。同时，该工程部分弯扭构件截面仅300mm，无法采用埋弧焊进行焊接。针对上述情况，根据弯扭构件截面大小、板厚、倾斜角度采取相应的焊接工艺措施。

　　3.1 小截面薄板弯扭构件

　　截面规格为600mm×300mm×10mm×14mm,700mm×300mm×12mm×16mm,600mm×300mm×12mm×20mm,700mm×400mm×14mm×30mm的箱形弯扭构件主体零件板首先通过火烤或三辊卷板机进行弯扭成型，然后在专用胎架上进行组装。

　　焊接整体顺序:箱体内隔板焊接→箱形组立→主焊缝打底、填充→牛腿组装焊接→下胎→主焊缝盖面。应注意:(1)胎架遮挡处焊缝需下胎后进行打底填充;(2)牛腿焊接处主焊缝需先在胎架上焊接完成，经检验合格后焊接牛腿。

　　1)主焊缝打底、填充焊接要求箱形构件拼装完成后，为控制构件加工精度，在胎架上进行打底、填充焊接，填充高度至与坡口表面齐平或低于坡口面1mm以内。打底和填充采用药芯焊丝气体保护焊焊接，焊接位置为横焊位。焊接参数如表2所示。

　　2)主焊缝盖面焊接要求采用加装导向轮的气体保护焊小车进行盖面，中间平缓部分采用气体保护焊小车直接施焊，两端坡度较陡处需采用马凳支撑，减小构件坡度，然后采用气体保护焊小车下坡焊，焊材使用药芯焊丝。焊接参数如表3所示。

　　3.2 大截面厚板弯扭构件

　　截面规格为2 300mm×900mm×80mm×80mm,1 500mm×600mm×30mm×50mm的箱形弯扭构件主体零件首先通过三辊卷板机进行弯扭成型，然后在专用胎架上进行组装。

　　焊接整体顺序:内隔板焊接→箱形组立→主焊缝打底→下胎→主焊缝填充、盖面→牛腿组装→牛腿焊接。

　　1)主焊缝打底、填充焊接要求箱形构件拼装完成后，在胎架上进行打底焊，然后下胎采用气体保护焊进行填充，填充高度至与坡口表面齐平或低于坡口面1mm以内。打底焊采用药芯焊丝气体保护焊，填充焊采用实心焊丝气体保护焊。焊接参数如表4所示。

　　2)主焊缝盖面焊接要求盖面焊接过程中需确保焊接坡度<8°，中间平缓部分采用常规埋弧小车加导向轮施焊，两端坡度较陡处需采用马凳支撑，然后采用下坡埋弧焊焊接，采用改进的埋弧焊设备，即埋弧焊前端加装磁力小车，如图2所示。焊接过程中，磁力小车和埋弧焊小车移动速度保持一致，调整埋弧焊小车焊接参数进行施焊。其原理为通过磁力小车的磁吸力控制埋弧焊焊接速度，避免出现速度过快现象。焊接参数如表5所示。

　　3.3 弯扭构件焊接变形及尺寸控制

　　1)制作过程中，在弯扭构件箱体内部增加工艺隔板，通过刚性约束控制焊接变形。工艺隔板与箱体采用三边角焊缝焊接。

　　表2 小截面薄板弯扭构件打底、填充焊接参数  

　　表3 小截面薄板弯扭构件盖面焊接参数  

　　表4 大截面厚板弯扭构件打底、填充焊接参数  

　　表5 大截面厚板弯扭构件盖面焊接参数  

　　图2 下坡埋弧焊焊接设备  

　　2)焊接过程中，小截面薄板构件在胎架上完成打底、填充焊接，大截面厚板构件在胎架上完成打底焊接。在胎架上首先完成箱体内隔板及工艺隔板的三边焊接，然后盖板完成箱形组立。在胎架上进行主体焊缝打底焊接，焊接过程中采用两边对称分段退焊工艺，如图3所示。

　　图3 弯扭构件分段退焊  

　　3)由于箱体为弯扭形状，呈空间结构，一般的检测方法不能对其进行精确测量。制作过程中，通过放地样+全站仪测量控制各角点坐标精度。首先根据其理论数据建立坐标系，然后对箱体端点和棱线上的布置进行测量。根据采集的坐标值与理论坐标系进行对比分析，完成对弯扭箱体的测量。

　　4 结语

　　针对不同截面、不同倾角弯扭构件，制定不同的焊接工艺。小截面薄板弯扭构件采用人工药芯焊丝CO₂气体保护焊进行打底、填充，盖面采用加装导向轮的气体保护焊小车进行焊接。为控制制作精度，打底和填充焊接在专用胎架上完成;大截面厚板弯扭构件采用人工药芯焊丝CO₂气体保护焊打底、实心焊丝CO₂气体保护焊填充、改进型的埋弧焊设备盖面，其中打底层在专用胎架上完成。由于空间弯扭构件的结构特点，焊接变形造成的尺寸偏差难以进行校正，采用增加工艺隔板、合理的装配顺序及打底焊接时两侧对称分段退焊，可有效控制焊接变形。由于一般的检测方法不能对其进行精确测量，采用放地样+布置测控点+全站仪，完成弯扭构件测量。以上措施有效地保证了深圳国际会展中心项目弯扭构件焊接质量和尺寸精度。