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导读

珠海歌剧院是中国目前唯一建设在海岛上的歌剧院，可媲美悉尼歌剧院，选址位于情侣路野狸岛海滨，凭海临风，选址独具特色。先看段航拍视频领略一下日月贝的美：

时长0:3，请在WiFi下观看

在设计方面，珠海歌剧院是一大一小两组"贝壳"的形体，构成了歌剧院的整体形象。“日月贝"是由城市与规划设计学院陈可石教授主持设计的国内首个海上歌剧院，也是继悉尼歌剧院之后的另一个海上歌剧院。

"日月贝"设计灵感来源于名画《维纳斯的诞生》，维纳斯这个爱与美的女神是从贝壳里诞生的，再加上日月贝只有珠三角独有，所以就有了日月贝这个理念。

我们今天介绍的并不是这个理念是如何设计出来的，而是这么美好的设计方案，怎么去实施呢？这是个难点！下面看看日月贝是怎么焊接出来的吧。

工程概况及焊接特点

工程概况

珠海歌剧院工程主要由大剧场、小剧场以及中部大天窗三部分组成。大、小剧场主体结构为框架——剪力墙结构，两组贝壳形体为空间钢桁架结构。每组贝壳形体由两片对称的贝壳状钢架通过中部联系桁架连为一体。

以大剧场为例，单片贝壳状钢架高度为60m，宽约80m，由径向桁架、环向系杆组成，钢架外表面呈平滑曲面。其中径向桁架为平面弧形桁架，由箱形构件构成，高6~8m，材质为QB（板厚≤35mm）和QGJC（板厚＞35mm）；环向系杆为箱型弯扭构件，材质为QB。

小剧场钢结构特征则基本类似（见图）：

焊接特点

本工程弯弧、弯扭类构件占比达80%，构件造型复杂，结构受力特殊，贝壳状钢架为全焊接结构，因此焊接量大，焊接要求高。

焊接难点一：箱形构件的纵向和横向焊缝均采用全熔透焊缝，焊缝质量为一级，支座和节点处的所有连接焊缝为一级焊缝，焊缝质量整体要求高。

焊接难点二：实际生产中，存在节点部位加劲肋数量多、径向桁架弦杆弯弧构件与牛腿侧壁间夹角较小、空间全位置施焊等情况，如何控制焊接变形及焊后降低焊接残余应力等是焊接工艺的难点。

焊接设备及焊接材料的选择及应用情况

选用摆动式气体保护焊自动焊接小车设备，型号为HK-8SS-W（见图），此设备经过改进可以沿着曲面行走，主要用于弯扭箱型构件平焊位置的打底焊接和填充焊接。

选用半自动气体保护焊设备，此种设备具备轻便灵活的特点，主要用于小夹角位置、立焊和仰焊等。

选用弧形小车埋弧焊设备（见图3），此种设备经过改进后可以沿曲面行走，具备埋弧焊高速焊接成形美观的特点，主要用于弯扭箱体构件的盖面焊接。

焊接材料的选择如表所示：

弯扭构件关键焊接工艺及焊接技术

坡口加工

弯扭板件的坡口在无模成形前先采用机械加工的方式加工（见图4），坡口角度以30°为最佳，过大的坡口会增加熔敷金属，造成焊接变形过大。异型板件采取火焰切割坡口，坡口面应去除淬硬层，避免焊接接头晶粒粗大和脆硬现象。

焊前准备和焊接环境

焊接前应清理焊接区域内的水分、油污及氧化皮等影响焊接质量的物质，并打磨露出良好金属光泽（见图5）。

天气气温≤-0℃时必须停工或搭制保温房，一般作业气温应≥0℃。气体保护焊作业时风速若≥m/s，必须搭制防风棚才能进行施焊。

预热、层间温度及焊后处理

预热方式采用火焰及电加热器两种方式，最低预热要求应符合表要求。

层间温度控制在最低预热温度与50℃之间。预热焊接部位焊后应立即采用保温棉覆盖使焊道缓冷。

焊接参数的选择

选用原则：采用小的热输入焊接，如表3所示：

焊接工艺操作要点

在焊道中引熄弧时，引熄弧位置应错开5mm以上。引弧应采用回焊手法，熄弧应填满弧坑。焊接时应采用多层多道焊接，严禁宽幅摆动焊接（摆幅宽度限制为0mm）。

盖面焊接时应充分填满弧坑、焊道（包括引、熄弧板部位）。GMAW焊接中电弧终止处的焊坑，在重新起弧前清除焊渣等，并确认焊缝无焊接缺陷。

进行多层焊接时，须清除前一道焊缝的焊渣以及焊道内的飞溅、杂物后才能实施下道焊接。可用锤击的方式减小焊接应力，但打底焊缝及盖面焊缝不可采用锤击。直线焊接时应注意保持焊接速度均匀，避免焊缝凹凸不平。

定位点焊：焊缝长度为40~60mm，间距为~mm，焊脚尺寸为4~6mm。

焊接变形的控制弯扭构件主要以中薄板箱形为主，构件外形属细长杆类，箱体焊接的主要变形有挠曲（正弯）、侧弯、角变形及扭曲变形等，必须在组装、焊接时加以控制。根据工厂对以往工程的制作经验，对于此类结构的变形，主要通过以下的方法进行控制。

焊接方法

以摆动式CO气体保护焊自动焊接小车设备为主，从而实现自动化焊接，最大程度上保障焊接质量。施焊时采用短路过渡技术，控制焊接变形。

焊接顺序

弯扭构件主体焊缝焊接顺序为：从中间向两边，采取分段退焊法施焊。弯扭构件主要以中薄板箱形为主，外形属细长杆件，头三道主体焊缝必须在胎架上有刚性固定的情况下焊接（横焊位置焊接见图6），施焊时由两名焊工同时在两侧对称进行。然后可以将构件翻转到水平位置采用自动焊接小车进行填充和盖面，焊接完毕后必须回胎检测矫正。

牛腿与弯扭本体施焊顺序为：先对称施焊牛腿腹板与弯扭本体腹板焊缝，再对称施焊牛腿翼板与本体翼板对接焊缝（见图7）。

节点处隔板与翼腹板焊缝施焊顺序为：先对称施焊隔板与腹板焊缝，再施焊隔板与上翼板焊缝，最后施焊隔板与下翼板焊缝。

合理的组焊顺序

采取“化整为零，集零为整”的分部装配法进行装配、焊接。如弯扭构件分解为弯扭本体和牛腿分别装配、焊接成形，矫正合格后，再进行总装、焊接（见图8、图9）。通过此种方法，可以把焊接应力分散到各部件中，焊接应力大为降低，将焊接变形的不利影响控制到最小。

刚性支撑

箱体内部设置隔板以及角部定位器（见图0），外部设置马板、弓形夹紧器等（见图），除了保证装配精度，还可起到刚性支撑作用，控制焊接变形。

焊缝质量检测

焊缝外观检测：焊缝需保持均匀，不得有裂纹、未熔合、夹渣、咬边和气孔等缺陷。外观质量检查标准应符合GB5—00《钢结构工程施工质量验收规范》。

超声波无损检测：全熔透一级焊缝按焊缝条数及长度进行00%UT检测，内部缺陷评定等级不低于《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》（GB—）标准规定的BⅡ级。

结语

弯扭构件的制作精度是珠海歌剧院工程施工的关键，焊接工艺和焊接变形的有效控制又是保证弯扭构件制作精度的关键。珠海歌剧院构件的成功制作和安装是钢结构制作智慧和经验的结晶，也是全国优秀焊接工程的又一经典力作。

各位金粉看完珠海歌剧院工程的施工方法，有什么感想，欢迎留言分享~

-End-

?来源：《金属加工（热加工）》，作者：浙江精工钢构集团有限公司阙子雄、杜冰冰、王涛?本文编辑：Jacy?媒体合作:00-

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