二氧化碳保护焊接技术在仿古建筑中的应用

　　[摘要]：丹凤门遗址保护展示工程是大明宫国家遗址公园开工建设的第一个大规模单体项目，采用门式钢架结构结合唐代宫廷建筑风格进行复原展示，再现“盛唐第一门”的雄浑风采。丹凤门主体钢结构采用大跨度门式钢架局部框架夹层的结构形式，以实现大跨度展厅遗址及文物展示的功能。本文主要对二氧化碳气体保护焊接技术在仿古建筑中的应用进行阐述。
　　[关键词]：大明宫丹凤门，仿古建筑，钢结构，二氧化碳气体保护焊
　　1工程概况
　　大明宫国家遗址公园丹凤门遗址保护展示工程为门式钢架结构，局部框架夹层，总用钢量约1700t。两侧城墙为单层单跨式门式钢架，跨度约14.8m，高约8.5m；中间城楼为两层门式钢架结构，首层钢架跨度为39.4m，高14.5m，二层钢架跨度为31.8m，檐口标高为24.000m，屋脊中线板底为33.400m。本工程钢柱最大截面为□1200x600x32x32，倾角15°，单根最大长度约15.6m，单根最大重量约22t；钢梁最大截面1800x450x24x35，跨度约30m，重约22t；钢桁架高2.95m，跨度约30m，单榀重量13t。
　　2钢结构在仿古建筑中的优势
　　我国古典木结构建筑以其易满足建筑造型、便于施工而被广泛应用，尤其是建筑造型比较复杂的、节点难以制作、有斗拱装饰的宫殿中。然而，不管这些以木结构为主的古建筑当年建筑如何坚固、精美，却无法抗拒历史风雨的侵袭。特别是它的结构受力、耐侯性和使用寿命随着时代的进步和发展已远远逊色于现代建筑，特别从保护自然的角度，更被现代节能建筑逐渐淘汰。钢结构作为新型、环保建筑材料愈来愈来被广泛认识并应用于建筑行业的各个领域。
　　丹凤门遗址保护展示工程选择门式钢架结构，既满足了其结构功能上的受力需要，又解决了其独特的仿古建筑要求，钢结构实现了仿古建筑结构与建筑的结合，将古代木结构进行了完美的诠释。
　　3工程特点、难点
　　3.1工程结构特点
　　（1）钢梁截面大，跨度大、重量大：钢梁截面为1800x450x24x35，跨度约30m，单根重约22t；
　　（2）钢柱大、长、重、斜：钢柱最大截面为□1200x600x32x32，单根最大长度约15.6m，重量约22t，内倾15°；
　　（3）仿古元素建筑造型奇异，屋檐斗拱由250x250x10方管组合焊接而成，古建筑中屋檐的出翘与起翘。
　　3.2焊接技术难点
　　（1）如何保证钢柱、钢梁此类大型构件现场拼接以及预起拱值等一系列焊接技术问题；
　　（2）如何保证仿古元素建筑造型奇异的斗拱和屋檐的出翘与起翘在焊接施工过程中能很好的控制变形，以最终能达到建筑外观设计要求。
　　4焊接对策
　　本工程焊缝形式主要为：水平横焊、立焊、弦杆对接平焊等，板厚有8mm、16mm、20mm、24mm、32mm、35mm，焊接工程量大，钢板厚度较大，焊接难度比较高，针对此特点，拟运用二氧化碳气体保护半自动焊成套技术进行对本工程钢结构的焊接作业。
　　由于二氧化碳气体保护焊接技术焊缝成形质量好、焊接效率高，再加上二氧化碳资源丰富、价格低廉等原因，因此采用先进的二氧化碳气体保护焊接技术，运用先进的焊接设备和焊接材料，制定合理的焊接顺序和热输入量，采取严密的防风措施，加强焊前、焊中与焊后的应力与变形控制，并对焊缝进行超声波探伤，确保焊接质量。
　　5焊接工艺
　　5.1焊接参数
　　表1二氧化碳气体保护焊（平焊）参数参考表
　　参数
　　
　　位置 电弧电压（V） 焊接电流（A） 焊丝伸出长度 层厚(mm) 焊丝
　　极性 气体流量（L/min） 层间温度(℃) 焊丝
　　型号
　　   ≤40 ＞40     
　　首层 22～24 180～200 20～25 30～35 6～9 阳 45～50 - ER50-6
　　ER50-2
　　Ф1.2mm
　　中间层 25～29 230～250 20 25～30 5～6 阳 40～45 100～150 
　　面层 22～24 200～230 20 20 5～6 阳 35～40 100～150 
　　送丝速度：5～5.5mm/S气体有效保护面积：1000mm2
　　表2二氧化碳气体保护焊（横、立焊）参数参考表
　　参数
　　
　　位置 电弧电
　　压（V） 焊接电
　　流（A） 焊丝伸出长度 层厚(mm) 焊丝
　　极性 气体流量（L/min） 层间温度(℃) 焊丝
　　型号
　　   ≤40 ＞40     
　　首层 22～24 180～200 20～25 30～35 6～9 阳 50～55 - ER50-6
　　ER50-2
　　Ф1.2mm
　　中间层 25～29 230～250 20 25～30 5～6 阳 45～50 100～150 
　　面层 22～25 180～200 20 20 5～6 阳 40～45 100～150 
　　送丝速度：5～5.5mm/S；气体有效保护面积：1000mm2
　　5.2焊接工艺
　　（1）焊前检查
　　选用的焊材强度和母材强度应相符，焊机种类、极性与焊材的焊接要求相匹配。焊接部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。认真清除坡口内和垫于坡口背部的衬板表面油污、锈蚀、氧化皮，水泥灰渣等杂物。
　　（2）垫板、引弧板，引出板的装配
　　1）垫板、引弧板，引出板其材质应和被焊母材相同，坡口型式应与被焊焊缝相同，禁止使用其它材质的材料充当引弧板、引出板和垫板。
　　2）手工电弧焊和二氧化碳气体保护焊焊缝引出长度应大于50mm。其引弧板和引出板宽度大于50mm，长度不小于50mm，厚度应不小于8mm。
　　3）焊接完成后，应用火焰切割去除引弧板和引出板，并修磨平整，不得用锤击落。
　　（4）焊后清理及外观检查
　　认真清出焊缝表面飞溅、焊渣、焊缝不得有咬边、气孔、裂纹、焊瘤等缺陷和焊缝表面存在几何尺寸不定现象，不得因切割连接板、刨除焊垫板等工作而伤及母材，连接板、引入、引出板垫板刨除后的表面应光滑平整。
　　5.3焊接顺序
　　（1）对于钢梁、斗拱对接接头，在工件放置条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称顺序焊接，避免焊接顺序不当引起焊接变形，造成构件外观质量无法满足仿古建筑外观效果。
　　（2）对于面1800x450x24x35的钢梁拼接时，焊缝过长，宜采用分段退焊或与多人对称焊接法同时运用。
　　（3）屋檐斗拱由250x250x10方管组合焊接而成，焊缝叠合多，控制焊接变形，可采用焊前反变形措施和刚性夹具固定法控制，保证斗拱在结构体系中的受力传递和建筑设计的外形感官质量。
　　6焊接质量
　　6.1焊前技术准备
　　（1）焊工必须经考试合格并取得合格证书，持证焊工必须在其考试合格项目及其认可范围内施焊。
　　（2）焊接施工前应进行焊接工艺评定，并应根据评定报告确定焊接工艺。
　　6.2焊中应力控制
　　（1）针对本工程焊接节点的特点，通过从内向外、从上到下、先焊收缩量较大节点，后焊收缩量较小节点，先单独后整体的合理焊接顺序，使焊接应力得以有效的散失。
　　（2）对形钢梁对接焊接时，采取由两名作业习惯相近的焊接技工，同时、对称、匀速焊接，并尽量保持连续施焊。
　　（3）尽量控制焊缝表面的余高，减少应力集中，所有焊缝余高应控制在0.5～3mm以内。
　　6.3焊后无损检验
　　施焊完毕的焊缝待冷却48小时后，按设计要求对全溶透一级焊缝进行100％、对二级焊缝进行20％的超声波探伤。超声波探伤的方法及评定标准按照《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分析》（GB1231-1991）进行。其合格等级应为现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分级法》（GB11345）B级检测的Ⅱ级及Ⅱ级以上。
　　7结语
　　大明宫国家遗址公园丹凤门遗址保护展示工程采用门式钢架的结构形式进行复原展示，应用先进的二氧化碳保护焊技术，完成了钢结构施工，不但在一定程度上节约了经济费用，而且在质量、安全、进度上都取得了圆满的成功。
　　利用钢结构复原的大明宫丹凤门，满足了唐风建筑的外观需要，使得钢结构在唐风仿古建筑上实现了功能与外观的完美结合，将唐风建筑在钢结构领域表现得更为彻底。竣工后的丹凤门气势恢弘而又古韵悠然，成为大明宫国家遗址公园的第一道风景线。
　　
　　
　　
　　
　　参考文献：
　　[1]建筑钢结构焊接技术规程(JGJ81-2002J218-2002)
　　[2]二氧化碳气体保护焊工艺规程(JB/T9186-1999)