颜晶晶 赵倩楠 谢世霖
山东同力建设项目管理有限公司 山东省淄博市255000
摘要：螺栓球钢网架结构因其受力合理、工厂化程度高、施工速度快在大跨度屋面结构中得到广泛的应用。对于球节点焊接网架（壳）结构来说，球-管焊接质量同建筑物安全度关系极大，这项目艺易于保证焊缝焊透，便于控制拼装和安装质量，节约人力和物力，减轻劳动强度，提高生产率，目前已广泛应用于大、中跨度的工业与公共建筑，效果很好。
关键词：螺栓球网架；支座管托焊接；焊接工艺试验；直流反接
网架结构是由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的一种新型空间结构，属于多次超静定空间结构体系，它改变了一般平面架结构的受力状态，能够承受来自各方面的荷载。平板形网架，结构新颖美观，杆件规律性强，整体性好，具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点，杆件之间全部采用焊接或螺栓连接，便于安装，操作简便。网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、仓库及单层多跨工业厂房等屋盖承重结构。网架结构一般有三种节点形式：焊接球节点、螺栓球节点、钢板节点。
螺栓球节点网架是一种很好的结构形式，它具有空间结构所特有的受力特性。其构件完全在工厂内预制作，质量有保障，运输和安装更为方便，是其他结构所无以比拟的。但在设计和施工过程中，因工厂内预制后拼装，经常遇到杆件间“打架”，坡屋面支托安装位置不正确，工艺上要求布置管道、马道、灯架支托，点幕支座必须与螺栓球连接, 网架螺栓球和支座的连接等问题，而解决这些问题的习惯做法就是采取现场焊接。而这些焊接，是在网架安装过程中或完成后以及在网架使用过程中进行焊接。现场焊接不当，会使网架构件焊接受热后内力发生变化，特别是在螺栓球上施焊会造成高强度螺栓退火而强度降低，以致造成结构失稳坍塌。
我部监理的市某重点工程，屋盖承重结构设计为螺栓球网架结构型式，其最大跨度为24M，网架面积为2000M2。设计要求：支座球必须采用E5016或E5015焊条焊接，螺栓球与底座焊接前必须对球进行预热至150～200℃，焊缝质量等级达到二级标准。关于螺栓球网架是否可以现场焊接在规范中并无明确的规定，目前对于螺栓球支座的做法习惯于将45#钢球与Q235钢劲板焊接，但规范规程上并没有注明焊缝形式及焊缝等级。
螺栓球网架支座是网架结构的主要支撑部件，它不但承受整个网架体系的恒荷载，而且还承但动荷载，因此支座焊接质量极为重要。螺栓球材质为45#圆球实心钢锻造成型，底座为Q235钢板组对焊接而成。45#锻造钢焊性较差，螺栓球与其座焊缝为十字立体交叉，形状复杂，焊接过程中产生很大的拘束力，给焊接带来了较大难度。为使网架螺栓球与底座焊接焊缝满足设计要求以及符合规范规程规定，现场要求施工单位对其焊接工艺进行了试验，以确保修正后的焊接工艺安全可靠。
选用φ3.2～4.0低氢E5016焊条，直流焊接，电流控制在110～160A。使用前焊条350℃烘焙2h，从烘箱中取出的焊条，放在焊条保温筒内，随用随取，外露空气中4h后，要重新烘焙，烘焙不得超过2次。
δ20钢板选用K型坡口角对接焊缝，焊前严格检查钢板坡口和焊缝间隙，焊件除尽油污、锈物、水份等杂质，焊缝处露出金属光泽。当焊接环境温度低于0℃条件下进行电弧焊时，除遵守常温焊接的有关规定外，应调整焊接工艺参数，使焊缝和热影响区缓慢冷却。在风力超过4级，要采取挡风保温措施。
焊接时的打火、飞溅等现象会对已埋入螺栓球内的高强度螺栓产生损伤，在钢杆件拼装和焊接前，要对埋入的高强度螺栓作好包裹加以保护，以防止通电打火起弧，防止飞溅溅入丝扣。
定位焊和正式焊接前要按设计要求进行焊前预热。定位焊对称球中轴跳焊牢固，并使支座不处于工作受力状态，以控制焊接变形。预热区在焊道两侧，每侧宽度应大于焊件厚度的1.5倍以上，现场预热为不小于100mm。利用预热控制焊接残余应力，焊前对构件进行预热，以减少温差和减慢冷却速度，从而减小焊接残余应力。焊缝与构件本体间温差越大，焊接残余应力也越大。
预热法一般应构件整体预热效果最佳，但在现场实施困难太大，故采取局部预热的方式，即在焊缝及其两侧一定范围内进行加热。现场常采用氧-乙炔或氧-丙烷火焰加热以及电加热控制盒法进行预热，该工程采用了氧-乙炔火焰加热法，主要对螺栓球预热。在螺栓球外做两块瓦(3mm钢板做)扣在螺栓球外，氧-乙炔火焰烤两块瓦。用点式温度计测量温度，将温度控制在150～200℃。
焊接采用旋转直流弧焊机(AX-160)极性反接，焊接电流调节范围35-210A。直流电源电弧稳定，飞溅少，焊接质量好，焊接熔池有更多的热量，熔深大对根部焊道保证焊透有保证。焊接电流过小，电弧不稳定，易造成夹渣和未焊透等缺陷。电流过大，增加飞溅，易产生咬边、气孔和焊穿等缺陷。
焊接选择多层焊，层数多对焊缝塑性、韧性有利，防止接头过热和扩大热影响区的有害影响，采用多层多道焊法，以利保证焊接质量。首道打底焊使用φ3.2焊条，焊接电流范围110～130A，单面焊双面成形短弧焊接，电弧紧靠坡口两边作小月牙形运条摆动，两边较慢中间稍快，使熔孔大小基本一致，背面成形和坡口两侧熔合良好。填充层选用φ4.0焊条，焊接电流140～160A，分段、对称斜锯齿形运条手法焊接，以减少焊接内应力和熔合比，使坡口两侧熔合良好，避免产生层间夹渣。盖面层的焊接也采用φ4.0焊条，电流140～160A，月牙形运条两边慢中间快，均匀摆动焊条，使焊缝表面波纹细密圆滑。当每道焊后或焊道坡口尚未填满时，应清理焊道焊渣后，按顺序继续焊接，直至焊缝达到规定尺寸为止。
经实验室对螺栓球支座十字焊缝的探伤检验，均达到了一、二类焊缝质量要求。螺栓硬度（33HRC）没有降低，螺栓的破坏拉力值为260～290KN（10.9级M20高强度螺栓，抗拉极限承载力为255～304KN）。只要现场采取相应的焊接工艺，加强管理，精心施工，在螺栓球上进行焊接，球体内高强度螺栓不会退火而降低强度。
钢网架焊接技术难度大，质量要求高。在工件施焊时，焊接监理过程要加强巡视检查，确保焊接材料使用正确，焊前准备要到位，焊接工艺条件达到要求，工人持证（具有全位置焊工考试合格证）有效，焊接规范。我们通过工程验证认为螺栓球焊接适应于支座和支托等受压部件的焊接，只要选择合适的焊接工艺，焊条直径，焊接电流，焊接速度，焊接电弧长度等，通过焊接工艺试验，施工现场采取得当措施，是可以对钢网架螺栓球支座和支托进行作业面焊接，焊接质量完全能达到设计和规范规程的质量要求。
参考文献
《钢结构工程施工施工质量验收规范》GB50205-2002
《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-2002
《网架结构设计与施工规程》JGJ7-1991
《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》GB/T16939-1997
《钢网架螺栓球节点》JG10-1999