国家体育场(方案)钢结构工程、焊接工艺评定方案.doc

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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

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）GB 50205-2001 - 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）YB 4104-2000 - 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

（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
≥260
430～660
234
≥25
≥65
＞50≤100
≥230
430～660
207
≥25
≥45
GS－20Mn5（正火）
≤50
≥300
500～650
270
≥22
≥55
＞50≤100
≥280
500～650
252
≥22
≥40
＞100≤160
≥260
480～630
234
≥20
≥35
＞160
≥240
450～600
216

GS－20Mn5（调质）
≤50
≥360
500～650
324
≥24
≥70
＞50≤100
≥300
500～650
270
≥24
≥50
＞100≤160
≥280
500～650
252
≥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。
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
N
编制焊接工艺评定报告

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
2004-14
30X300X800
2件
板对接
V型坡口+背垫
平焊
GMAW
ER50-6,7或E50
2004-15
80~100X300X800
2件
板对接
V型坡口+背垫
平焊
FCAW-G
ER50-6,7或E50
2004-16
30X300X800
2件
板对接
V型坡口+背垫
立焊
FCAW-G
ER50-6,7或E50
2004-17
80~100X300X800
2件
板对接
V型坡口+背垫
立焊
GMAW
ER50-6,7或E50
2004-18
30X300X800
2件
板对接
V型坡口+背垫
仰焊
SMAW
E5015
2004-19
80~100X300X800
2件
板对接
V型坡口+背垫
仰焊
SMAW
E5015

2、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
ER50-6,7
ER55-6,7
φ1.2
260～320
30～34
50～80

FCAW药性焊丝
E50
E55
φ1.2
260～300
30～34
50～80

SMAW
E5015，E5515
φ3.2
90～120
22～26
/

φ4
160～180
24～26
/

φ5
200～240
26～28
/

3、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-G
SMAW
标准型号
标准强度保证值
标准型号
标准强度保证值
σs
σb
σs
σb
1
Q345D
ER50-6,7
420
500
E5015
390
490
E50
400
480
2
Q345GJD
ER50-6,7
420
500
E5015
390
490
E50
400
480
3
GS－20Mn5V
+Q345D、Q345GJD
ER50-6,7
420
500
E5015
390
490
E50
400
480
4
S460ML－S460ML
ER55-6,7
470
550
E5515
440
540
E55
470
550
5
S460ML－
Q345D
ER50-6,7
420
500
E5015
390
490
E50
400
480

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。
编制焊接工艺评定报告
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、Q345DGJ
2、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
≤25
0.75t
2t
>25
0.75t
1.5t
6、7
不限
0.5t
1.1t
9
≥12
0.5t
2t
4、 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
（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＋Q345DGJ
7、 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）

1
Q345＋Q345
70，36，10
F、H、V
F、H、V
0
坡仰0
H
陶瓷衬垫
9
9
3
2
2
2
Q345＋Q345DGJ
70，36
F、H、V
F、H、V
0
坡仰0
H
陶瓷衬垫
6
6
2
2
2

3
Q345DGJ＋Q345DGJ
70，36
F、H、V
F、H、V
0
坡仰0
H
陶瓷衬垫
6
6
2
2
2

合计
61项

21
21
7
6
6

8、 焊接工艺评定坡口形式

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。

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

（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
CO2GMAW
SMAW
备注
1
Q460
70
F、H、V
0

3
1
2
S460ML
70
F、H、V
0

3
1
合计
共8项

6
2

2、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
1
Q460＋GS16Mn5
(S460ML)
70
F、H、V、O

4
2
Q460＋GS20Mn5
(S460ML)
70
F、H、V、O

4

Q460＋GS20Mn5
(S460ML)
70
F、H、V、O

4
合计
共12项

12

六、Q460、S460ML＋Q345DGJ焊接工艺评定

序号
材质　
板厚
CO2GMAW
SMAW
备注
1
Q460＋Q345DGJ (S460ML)
70
F、H、V
0

3
1
合计
共4项

3
1

七、Q345DGJ＋GS16Mn5、GS20Mn5、GS20Mn5（调质），焊接工艺评定

序号
材质　
板厚
CO2GMAW
SMAW
备注
1
Q345DGJ＋GS16Mn5
70
F、H、V
0

3
1
2
Q345DGJ＋GS20Mn5
70
F、H、V
0

3
1

Q345DGJ＋GS20Mn5（调质）
70
F、H、V
0

3
1
合计
共12项

9
3

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进行填报。

国家体育场钢结构工程现场焊接工艺
评　定　报　告

编　　号：　　　　　　　　　　　　　　　　
编　　制：　　　　　　　　　　　　　　　　
焊接责任
技术人员：　　　　　　　　　　　　　　　　
批　　准：　　　　　　　　　　　　　　　　
单　　位：　　　　　　　　　　　　　　　　
日　　期：　　　　　　　年　　　月　　　日

焊接工艺评定报告目录

序号
报告名称
报告编号
页数
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

焊接工艺评定指导书
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　共　　页第　　页
工程名称

指导书编号

母材钢号

规格

供货状态

生产厂

焊接材料
生产厂
牌号
类型
烘干制度（℃×h）
备注
焊条

焊丝

焊剂或气体

焊接方法

焊接位置

焊接设备型号

电源及极性

预热温度（℃）

层间温度

后热温度（℃）及时间（min）

焊后热处理

接头及坡口尺寸图

焊
接
顺
序
图

焊接工艺参数
道次
焊接
方法
焊条或焊丝
焊剂或保护气
保护气流（l/min）
电流（A）
电压（V）
焊接速度（cm/min）
备注
牌号
φ（㎜）

技术措施
焊前清理

层间清理

背面清根

其它：
编制

日期
年　月　日
审核

日期
年　月　日

焊接工艺评定报告
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　共　　页第　　页
工程产品名称

评定报告编号

委托单位

工艺指导书编号

项目负责人

依据标准
《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81）
试样焊接单位

施焊日期

焊工

规格代号

级别

母材钢号

规格

供货状态

生产厂

化　学　成　分　和　力　学　性　能

C（%）
Mn（%）
Si（%）
S（%）
P（%）

σS
(Mpa)
σb
(Mpa)
δ5
(%)
ψ
(%)
AKV
(J)
标准

合格证

复验

碳当量

公式

焊接材料
生产厂
牌号
类型
直径（㎜）
烘干制度（℃×h）
备注
焊条

焊丝

焊剂或气体

焊接方法

焊接位置
接头形式

焊接工艺参数（见焊接工艺评定指导书）
清根工艺

焊接设备型号

电源及极性

预热温度（℃）

层间温度（℃）

后热温度（℃）及时间（min）

焊后热处理

评定结论：本评定按《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ　81）规定，根据工程情况编制工艺评定指导书、焊接试件、制取并检验试样、测定性能，确认试验记录正确，评定结果为：　　　。焊接条件及工艺参数适用范围按本评定指导书执行。
评定

年　　月　　日
评定单位：　　　（签章）

　　　　　　　　　年　月　日
审核

年　　月　　日
技术负责

年　　月　　日

焊接工艺评定记录表
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　共　　页第　　页
工程名称

指导书编号

焊接方法

焊接位置

设备型号

电源及极性

母材钢号

类别

生产厂

母材规格

供货状态

接头尺寸及施焊道次顺序

焊接材料
焊条
牌号

类型

生产厂

批号

烘干制度（℃）

时间（min）

焊丝
牌号

规格（㎜）

生产厂

批号

焊剂或气体
牌号

规格（㎜）

生产厂

烘干制度（℃）

时间（min）

施焊工艺参数记录
道次
焊接
方法
焊条（焊丝）直径（㎜）
保护气流（l/min）
电流（A）
电压（V）
焊接速度（cm/min）
热输入（KJ/cm）
备注

施焊环境
室内/室外
环境温度（℃）

相对湿度
%
预热温度（℃）

层间温度（℃）

后热温度

时间（min）

后热处理

技术措施
焊前清理

层间清理

背面清根

其他

焊工姓名

资格代号

级别

施焊日期
年　月　日
记　　录

日　　期
年　月　日
审核

日　　期
年　月　日

焊接工艺评定检验结果
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　共　　页第　　页
非破坏检验
试验项目
合格标准
评定结果
报告编号
备注
外观

X光

超声波

磁粉

拉伸试验
报告编号

弯曲试验
报告编号

试样编号
σS
(Mpa)
σb
(Mpa)
断口
位置
评定
结果
试样
编号
试验
类型
弯心直径D（㎜）
弯曲
角度
评定
结果

D＝　a

D＝　a

D＝　a

D＝　a

冲击试验
报告编号

宏观金相
报告编号

评定结果：

硬度试验
报告编号

评定结果：

其它检验：

检验

日期
年　月　日
审核

日期
年　月　日