鸟巢是年北京奥运会的主会场,它的建造成功,标志着我国当时建设水平,特别是焊接工艺技术达到一定高度。鸟巢是由外方设计师,国际知名建筑师赫尔左格和德梅隆与中方总设计师,中国建筑设计研究院年轻的副总建筑师李兴钢共同设计完成。设计寿命年,能抗8级地震,耗资近40亿,用去钢材近14万吨,相当于三艘美国福特级航母的钢材用量,焊缝总长度32万米,耗去焊材就有2吨。鸟巢的焊接中难大的主要有四个全焊透一级焊缝,其规格为:mm厚横焊长6.8m;60mm厚横焊长5.76m;90mm厚横焊长3.5m;60mm厚立焊长度10.1m。高强钢mm厚QE-Z35钢在河南舞钢有限公司研制成功,并投入使用属世界首次试用。鸟巢屋盖钢结构属于特大型大跨度钢结构,双榀主桁架贯通最大跨度为m;合拢温度以钢结构杆件的平均温度为准,因此,合拢焊接必须在构件受热均匀的夜间各焊点同时进行(约14℃)。
鸟巢焊接施工中主要执行的标准有:JGJ81-、GB-、DL/T-、DL/T-等;焊接使用的焊机主要有:唐山松下CL-型CO2气体保护焊机,该焊机能够实现大流量防风的技术要求;北京时代公司的ZX-、ZX-逆变焊条电弧焊机,该机性能稳定,特别适合仰焊技术;四川玛瑞的GMAW(FCAW-G)、SMAW两用焊机。由于焊机性能优良,减少了因焊机而产生的焊接缺陷。焊接使用焊材主要有:大西洋CHE、CHERH、CHE;锦泰实芯焊丝贱JM56、JM58、JM68;天泰药芯焊丝TWE、TWE81-K2;林肯药芯焊丝LW81Ni-1;铁锚焊丝CJ.GNH-1+SUS、CJ.GNH-1+SJ等,详见图1。
鸟巢用的钢材主要来自宝钢、北钢、承钢、舞钢等;材料品种有:QC、QD、QGJC、QGJD、QE(Z35)、GS-20Mn5V等;其规格有(mm)8、10、12、14、16、18、20、25、30、36、42、50、60、70、90、、、共18种。钢板的焊接组合主要有:QD+QD;QD+QGJD;QGJD+QGJD;QGJD+QE(Z35);QE(Z35)+GS-20Mn5V;QE(Z35)+QE(Z35);QGJD+GS-20Mn5V共7个组合。焊缝的位置有:平焊(F)、立焊(V)、横焊(H)、仰焊(O)。详见图2。
焊接操作工艺很重要,鸟巢厚板焊接中采用的方法是:预热、后热采用远红外加热技术,使焊件加热温度均匀,从而避免了火焰加热的不均匀性同焊接过程中的不均匀叠加而产生附加应力,有效地防止焊接裂纹的产生,预热温度大多在℃以上。对于复杂钢结构焊缝宜采用宽间隙焊缝,有利于受力均匀。打底焊采用SMAW(焊条电弧焊),主要有两个目的,其一,解决GMAW(实芯CO2气体保护焊)焊丝过长影响焊接质量的矛盾,提高打底焊缝成形质量。其二,SMAW与GMAW作比较,焊缝稀释率相对较低,这对提高焊缝金属的综合指标比较有利。填充焊采用GMAW焊,主要的目的是利用GMAW的高效及熔深相对较大的优点,提高焊接质量和效率。盖面焊采用FCAW-G(药芯CO2气体保护焊),主要是提高焊缝表面质量,获得良好的观感效果。对于厚板高强钢规定:除立焊以外的所有焊缝不准摆动运条,焊条电弧焊(SMAW)用AV值(一根焊条所焊焊缝的长度除以一根焊条除去焊条头的长度的值)大于等于0.6来控制;CO2气体保护焊(GMAW、FCAW-G)每一层的厚度为3~5mm,不允许超过5mm;立焊允许摆动,但是焊条电弧焊(SMAW)允许摆幅不超过焊条直径的3倍;CO2气体保护焊(GMAW、FCAW-G)摆幅为15~20mm。