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4.高强超厚钢板焊接技术—— Q460E高强度结构钢的焊接试验和焊接工艺 以人为本、科技为先
焊接性试验
(1).焊接冷裂纹敏感性试验 ①焊接冷裂纹敏感性分析 ②热影响区最高硬度试验 ③斜Y坡口焊接裂纹试验
试验结果： 常温不预热焊接，在焊缝根部均出现裂纹，预热到100度以上时， 绝大部分试验焊缝中心及热影响区未出现裂纹，其他短裂纹均出现 在收弧弧坑处或焊缝中段。预热温度150℃及以上试验焊缝中心及 热影响区均未出现裂纹，选用焊接材料在正常线能量下、预热温度 150℃及以上小铁研试验结果好。
高强度特厚铸钢件的焊接难度较大，按照焊接性试 验----焊接工艺评定----焊接规程制定与执行的程序 进行，原则上拟采取以下措施：
提高焊接预热温度，焊后保温缓冷，冬季低温时
焊后要立即重新加热到一定温度并定时保温；
选用低温韧性好的焊材，如E50焊条，ER50-6 、
ER50-7焊丝；
采用两对边同时施焊并分段多人同时退焊的顺序，
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一、工程概况
国家体育场工程位于北辰东路西侧奥林匹克公园中 心区南部。是北京2008 年奥运会的主会场。建筑造型 呈椭圆的马鞍形，外壳由钢结构有序编织成“鸟巢” 状独特的建筑造型，内部三层碗状看台下为四－七层 混凝土框架结构。奥运会期间可容纳观众9.1万人。工 程占地面积20.4公顷，总建筑面积约25.8万㎡。
F
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8号核心筒
74 75 P17
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三、钢结构加工制作与施工技术
以人为本、科技为先
（一）焊接技术 （二）加工制作
1.重型钢结构柱脚制作技术 2.巨型桁架柱制作技术 3.弯扭构件制作技术 4.大跨度巨型空间桁架制作技术 （三）拼装与安装 1.立柱构件预拼装 2.主结构吊装 3.次结构吊装 4.测量技术
1.重型钢结构柱脚制作技术
⑴装配工艺及隐蔽焊缝处理 由于柱脚为复杂结构，既有箱型截面，又有斜T型截面，又有多边形截面， 并且，箱体节点内部横、纵向隔板较多，其外形尺寸达5384*4755*6250， 吨位达162吨，柱脚节点整体组装后，无法满足运输条件，因此，考虑了 柱脚分段，如下图所示：
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以人为本、科技为先
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会议中心 国家体育馆 水立方
国家体育场
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国家体育场整体模型图
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国家体育场空间钢结构由24榀门式钢桁架围绕着体育场 内部碗状看台区旋转而成，钢结构屋盖呈双曲面马鞍型， 设计用钢量4.2万吨。屋顶主结构均为箱型截面，上弦杆截 面基本为1000mm×1000mm，下弦杆截面基本为 800mm×800mm，腹杆截面基本为600mm×600mm， 腹杆与上下弦杆相贯。竖向由24根组合钢柱形成整体承重 结构，每根组合钢柱由两根1200mm×1200mm的弯扭箱 型钢柱形成外柱和一根菱形钢内柱组成，荷载通过它们传 递至基础。立面次结构截面基本为1200mm×1000mm， 顶面次结构截面基本为1000mm×1000mm。
(3)鸟巢采用减少固定焊缝的焊肉截面积和采用能量密度相对较高的 焊接方法（如熔化极气体保护焊和药芯焊丝自保护焊等），并采用较小 的热输入（即小线能量E），以达到控制焊接残余应力的目的。
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2. 高拘束条件下焊接热裂纹控制技术的应用 以人为本、科技为先
根据焊接应用技术理论，在高约束条件和冶金反应不充分的前提 下，焊缝金属极易在焊缝中部形成偏析，当约束超过偏析部分所存 在的抗拉能力时，结晶将受到极大影响，沿晶界开裂而形成裂纹。 国家体育场钢结构基本属于高约束条件焊接，我们采用对称施焊的 原则，开发了一套控制热裂纹的焊接工艺，获得了成功。
以人为本、科技为先
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7.焊接工艺评定
以人为本、科技为先
国家体育场工程进行焊接工艺评定的钢种组合有：
（1）Q345＋Q345
（2）Q345＋Q345DGJ
（3）Q345DGJ＋Q345DGJ （4）Q460E
（5）Q345DGJ＋Q460E （6）Q460E＋GS-20Mn5V
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焊接顺序选择
以人为本、科技为先
国家体育场钢结构制作与施 工技术简介
长 江 精 工 钢 结 构 ( 集 团) 股 份 有 限 公 司
CHANGJIANG & JINGGONG STEEL STRUCTURE (GROUP) CO.,LTD
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前言
建筑界的老师、同行和朋友们： 国家体育场钢结构现已完成施工总量的80%，外形初见设计雏形。鸟巢
高度：钢屋盖顶最高点高度68.5m,最低点高度40.1m ， 混凝土看台部分高度51.1米/29米，地下7.1米。
内部看台分上、中、下三层。 楼层数：东西向7层，南北向4层。 层高分别为：地下3.6，3.6（-1夹层），地上 7.2， 4.8，
4.8，4.8，4.2，2.8m
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以人为本、科技为先
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以人为本、科技为先
(2).层状撕裂问题 ①层状撕裂危险性分析 ②层状撕裂敏感性试验--Z向窗口试验
产生层状撕裂主要是取决于钢材的材质，而本工程所选用的钢板 其性能上满足Z35要求，实测钢材的ΦZ值均在50左右，因此，该钢 材具有比较好的抗层状撕裂性能。
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5.铸钢件焊接技术
以人为本、科技为先
⑴桁架柱装配工艺及隐蔽焊缝的处理 菱形内柱属于组合钢柱的一部分，整根钢柱截面均为菱形状，菱
形内柱和外柱之间有许多腹杆，特别是菱形内柱下柱顶节点处，杆 件交汇数量非常集中，有10余根腹杆相交，并且钢板厚度较大，制 作难度非常大如下图所示：
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(2)牛腿的预拼装： 考虑到钢柱上由于大型牛腿的存在，其外形尺寸已超过了公路运 输的能力，因此，对部分牛腿采取工厂组焊，并由现场进行装配 的措施，因此，发现场牛腿在出厂前必须进行厂内预拼装。 首先，根据图纸划出钢柱中心线和待拼装牛腿的定位中心线，根 据图纸尺寸要求确定并预拼牛腿，预拼完毕后划出牛腿（现场焊 接）与菱形内柱本体之间分段定位组装对合线，并用样冲眼进行 标识作为现场组装定位的基准，如下图所示：
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（一）焊接技术
以人为本、科技为先
1. 焊接变形与残余应力控制
(1)厚板对接焊缝的残余能量以焊缝的收缩变形和焊接残余应力的形 式存在于焊缝和热影响区中；因此控制焊接变形及焊接残余应力必须综 合治理。实践证明：焊接应力及残余应力同时存在于同一焊件之中，既 相辅相成又可以相互转换，
(2)当焊接变形（收缩量）完全实现时，焊接残余应力是一个非常小 的安全值；当焊接变形因约束不能实现时，对接焊缝的两端会产生极大 的拉应力场；拉应力场的大小完全取决于焊缝横截面积的大小。
46 47 P11
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工程特点 质量要求 工期要求
1、是国内规模最大的全焊接异型空间钢结构工程； 2、结构十分复杂，应力应变状态难以控制； 3、现场厚板焊接工程量达6000米，是国家体育场钢结
构安装工程中的一大难点，是制约钢结构工程工期 的主要因素之一。
1、全熔透焊缝全部为一级焊缝； 2、焊缝余高0～1mm（打磨），焊缝成形均匀美观； 3、北京市结构“长城杯”金奖、国优“鲁班奖”。
以人为本、科技为先
(1)焊接工程的总体思路 先主后次，先大后小，高能密度，较小输入，分段跳焊，
锤击焊缝，应变适当，工程全优。 (2)合拢段焊缝的变形及应力控制措施
在屋顶整体焊接顺序中，最后两组（条）焊缝是合拢段 焊缝，是整个工程的关键焊缝，关系到工程的成败。
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（二）加工制作技术
以人为本、科技为先
⑵预拼装工艺控制 根据柱脚部分的结构形式，为保证现场的顺利安装，减少现场 对构件的安装调整时间，同时保证构件的拼装精度，对出厂的 构件进行了厂内预拼装。
C14柱脚
预拼装工艺流程 29
C14柱脚预拼装的相关施工图片：
以人为本、科技为先