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概括：
国家体育场(鸟巢)钢结构安装工程焊接技术包括：Q460-Z35焊接性试验研究新技术；大面积采用电加热预(后)加热技术；厚板采用SMAW-GMAW-FCAW-G复合新工艺技术；大面积采用仰焊技术；GMAW、FCAW-G大流量防风技术；钢结构低温焊接技术；铸钢及其异种钢焊接技术；冷、热裂纹防治技术等14项。本文主要介绍了预埋钢结构件压力埋弧焊新技术的开发与应用；这些技术在国家体育场(鸟巢)工程焊接中的应用，为建筑钢结构焊接工程施工提供了有益的借鉴。
0 简介
国家体育场（鸟巢）钢结构安装工程，从柱脚锚梁板预埋件焊接开始，到主、次分析架合拢，共计14项焊接工艺，具体项目为：
（1）Q460-Z35焊接性试验新技术研究；
（2）大规模采用电加热预热技术；
（3）厚板采用SMAW-GMAW-FCAW-G复合新型工艺技术；
（4）大面积采用仰焊工艺；
（5）GMAW、FCAW-G大流量防风技术；
（6）钢结构低温焊接技术；（7）铸钢及其他异种钢焊接技术；
（8）防止冷、热裂纹技术；
(9)层状撕裂防治技术；
（10）特殊焊缝加工工艺；
（11）焊接机器人焊接技术应用（FCAW-SS）；
（12）钢筋T型焊接接头压力埋弧焊新工艺；
（13）复杂钢结构应力与应变控制技术；
（14）特种钢结构收口技术。
“鸟巢”钢结构焊接工程所采用的14种焊接技术非常典型，基本代表了建筑钢结构焊接技术的发展方向。以此为线索，阐述建筑钢结构焊接技术的发展，找出其方向性和规律性，以供工作借鉴。柱脚的拼装安装如图1所示，柱上部柱的拼装如图2所示，柱下部柱的拼装如图3所示。
1 国家体育场预埋钢结构件压力埋弧焊新技术开发及应用
在预埋钢筋T型接头的焊接方法中，通常采用压力埋弧焊工艺，但当时国家体育场（鸟巢）施工现场没有专用的压力埋弧焊机，我们的基本思路是用螺柱焊机代替压力埋弧焊设备，在实践中对螺柱焊机进行了改造，并研发了焊接工艺，该技术成功应用于国家体育场预埋结构件生产，确保了焊接质量和工期。
1.1 预埋钢结构件预埋钢结构件
如图4所示。
1.2 钢板及钢筋材料
钢板材质全部为Q345B，钢筋为HRB400级，Q345B钢板化学成分及力学性能见表1、表2，HRB400钢筋化学成分及主要力学性能见表3、表4。
1.3 焊机改造
由于普通钢筋不设铝引弧节，且瓷套保护套只适用于直径较小（小于等于12mm）的螺柱，不能直接用于钢筋焊接，不符合设计要求。因此，按图5进行如下改造。螺柱焊接与压力埋弧焊对比见表5。
1.4 焊接工艺参数的选择
1.4.1焊接材料的选择
由于为Q345B钢板与HRB400钢筋的对接焊，要求焊缝具有良好的抗裂性能，考虑到焊缝应与母材强度相同的原则，选用基础焊剂CHF101。
CHF101为氟碱烧结焊剂，碱度约1.8，形态为球形颗粒，粒度为10-60目，焊接工艺性能优良，电弧燃烧稳定，焊缝成型美观，脱渣容易，焊缝低温冲击韧性高，交直流两用。
1.4.2 焊接方法
焊接工艺主要参数有：电流、通电时间、钢筋伸出长度、提升高度等。根据钢筋直径不同、被焊钢筋表面状况选择不同的工艺参数。焊机进线铜芯不小于25平方毫米，长度小于100m，长度大于100m时，进线应为35平方毫米。φ20钢筋焊接工艺参数见表6。焊接前后钢筋膨胀收缩见表7。焊接工艺完成后，需等待4s以上待焊缝成型后方可打开焊剂盒。将T型螺纹钉锚板移出焊枪夹紧位置后，方可打开焊剂盒钢结构焊接工程，移开焊枪，回收焊剂并清理焊渣，以备下次再用。整个焊接过程约需2min。钢筋提升压下高度与时间的相对关系如图6所示。
4.3 拉伸试验
拉伸试验如图7所示，试验结果如表8所示，表8表明，试验满足设计规范要求，达到与母材相同的强度。
1.4.4 焊缝宏观和微观金相组织
为了进一步验证试验的可靠性，进行了宏观和微观分析，试验项目如表9所示。
（1）宏观金相学
试验面取自垂直于焊接方向的截面，试验面经冷磨后手工打磨，并用硝酸溶液腐蚀，经观察发现焊缝与钢板间无缺陷，柱脚预埋件宏观金相照片如图8所示。
（2）微观结构
焊缝区主要为粒状贝氏体与针状铁素体交叉混合分布，并存在少量定向粒状贝氏体和少量侧向板条贝氏体。粒状贝氏体中的岛相和侧向板条贝氏体大部分已分解，如图9所示。
图9 微观结构1
a.钢筋侧的热影响区。
①粗晶区。晶粒内大部分为粒状贝氏体和针状铁素体交错混杂，也有少量粒状贝氏体和侧板条贝氏体从晶界向晶内生长。粒状贝氏体中的岛相和侧板条贝氏体大部分已分解，如图10所示。
②细晶区，组织未发生根本变化钢结构焊接工程，但晶粒明显小于粗晶区；③不完全再结晶区，组织中保留有铁素体、珠光体及少量定向粒状贝氏体和侧板条贝氏体形貌，粒状贝氏体和侧板条贝氏体形貌基本分解完全。
b.钢板侧面热影响区。①粗晶区。晶粒大部分为定向粒状贝氏体和侧向板条贝氏体，部分粒状贝氏体和针状铁素体交叉混杂分布；粒状贝氏体中的岛相已部分分解，如图11所示。
②细晶区。晶粒明显细化，组织为铁素体、珠光体和粒状贝氏体，仍保持定向分布，粒状贝氏体中的岛相已完全分解。③不完全再结晶区。铁素体和珠光体组织大部分呈带状分布，仍有定向粒状贝氏体组织，其中岛相已完全分解。
5 工程应用
根据试验结果总结焊接工艺，如表10所示。
国家体育场共有500多个预埋件、10000多个接头，全部采用该焊接工艺焊接，施工过程中随机抽检40多个T型接头，全部通过检测。
目前国家体育场每根钢结构柱重量均超过700吨，未出现一例因预埋件焊接质量问题导致柱安装变形的情况。
综上所述
结语国家体育场（鸟巢）钢结构焊接工程受到了全世界的关注，这个具有全新理念的工程将为材料工业和施工技术提供一个提升的契机。“鸟巢”工程在一定程度上、在一定范围内检验了我国钢铁工业水平和综合施工能力，特别是将焊接技术推向了一个新的阶段。这里只是应用了工程过程中形成的数据和文章，不能代表整个“鸟巢”钢结构焊接工程的施工技术。但从这部分数据可以看出，“鸟巢”这个复杂的建筑钢结构焊接工程的施工技术已经达到了一个新的水平，形成了系统的技术系列，可以为后续工程提供有益的借鉴。
□ 完 □
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