2011年7月6日，国际焊接学会为“鸟巢”颁发2010年国际焊接最高奖项“Ugo Guerrera Prize”。国家体育场是本届大奖的惟一获奖项目。

“鸟巢”钢结构工程设计用钢4.2万吨，实际用钢5.3万吨，所耗焊材2100吨，焊缝总长31万米，现场焊缝超过6万米（不含角焊缝），100%超声波探伤，一次合格率高达99.5%以上，质量指标之好为全国之最；最典型的是3天3夜焊完400多条合拢焊缝，在高空焊接成功，一次合格率为99.9%，为工程焊接界中最辉煌的案例。

鸟巢工程钢焊接施工特点是焊接工作量大，超过4万吨，交货工期短，结构尺寸大，焊接变形难以控制，技术要求和验收规范高。面临着7大难题。

鸟巢是全焊钢结构，整个系统没有一颗镙钉和铆钉，所有构件作用力全都由钢材和焊缝承担，如果运用普通钢材则会在巨大拉应力下发生坍塌的危险，所以最终大胆使用了一种新型钢材——Q460E-Z35 。

鸟巢坍塌
Q460E-Z35 是一种具有低屈强比，高延伸率，高抗层状撕裂的低合金高强钢，它在受力强度达到460 MPa时才会发生塑性变形。这是国内在建筑结构上首次使用Q460E-Z35规格的钢材；而这次使用的钢板厚度达到110mm，是以前绝无仅有的。

？所以我们需要对Q460E-Z35焊接性进行试验。

焊接性实验

焊接性是指金属材料在限定的施工条件下，焊接成按设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。即材料对焊接加工的适应性和使用的可靠性。

碳当量评定焊接性

碳当量数值越大，被焊金属的淬硬倾向越大，热影响区越容易产生冷裂纹。按照国际焊接学会提出的碳当量计算公式进行Q460E-Z35碳当量计算：Ceq=0.497%。

？当碳当量Ceq＜0.4%时，淬硬倾向不大，焊接性良好；当碳当量Ceq＝0.4%~0.6%时，钢材易淬硬，说明焊接性已变差，焊接时需预热，随着板厚的增大，预热温度也适当提高。Q460E-Z35碳当量为0.49%，远大于0.4%，所以淬硬倾向大，抗裂性能差，焊接性也较差。

然而，由于Q460E-Z35是低合金高强钢，焊接性比高合金钢好很多，断面比起低强钢小，有利于形成无缺陷焊缝。

？？？？？？？ 在焊接时应进行预热和后热，预热能延长焊缝金属从峰值温度降到室温的冷却时间，使焊缝中的扩散氢有充分的时间溢出，避免冷裂纹的产生，延长焊接接头冷却时间，改善焊缝金属及热影响区的显微组织，使热影响区的最高硬度降低，提高焊接接头的抗裂性。

低温焊接技术

北京的冬天温度低，不利于焊接，控制不好会造成焊接质量的下降， 甚至造成不安全隐患，历来学术界、工程界都有意避而远之。 为了保证工期，鸟巢钢结构焊接施工必须跨越冬季，就需要掌握低温焊接技术。

经低温试验结果表明：低温焊接环境温度范围为0～-15 ，低于-15 ， 需停止焊接作业；低温焊接时需要搭设防风装置，焊机时预热温度要适宜，厚板受低温影响较大，焊后应采用进行后热处理，减小冷却速度。

？2005 年12 月1 日至2006 年3 月15 日（北京整个冬季）， 鸟巢 现场共计完成厚度在30mm 以上的焊缝1024m。根据设计要求， 按全熔透一级焊缝进行100% 超声波无损探伤， 一次合格率为99.7%， 第三方按焊缝总长的12%抽检， 100%合格。

特殊钢结构合拢技术

合拢是鸟巢钢结构焊接工序的收宫之作，是钢结构体系力系转换的第一工序，是钢结构支撑塔架卸载的前提条件。合拢焊缝属于带载焊接的范畴，具有很高的难度。

？？？ 合拢焊缝决定着整体钢结构体系的一次初始应力状态，合拢焊缝具有极大的焊接残余应力，容易形成焊接残余应力集中的焊缝，容易形成焊接热裂纹，存在较大的风险。工程中、不仅对其本身的焊工质量要求很高，而且对焊接环境十分苛刻。

？？？？？？？？ 合拢要求：“同温、同时、同步

同温

温度变化将在结构中引起很大的内力和变形，对结构合拢的安 全性将产生显著的影响。

合拢工程必须在构件受热均匀的环境中即合拢工程必须在没有日照的夜间进行。

同时

同时焊接能保证环境温度对焊缝影响最小。也能使焊缝负载相同，焊接的残余应力差别小，不易出现热裂纹。

3天3夜焊完400多条合拢焊缝，在高空焊接成功，一次合格率为99.9%。

同步
钢结构一旦形成封闭稳定结构，就形成了系统的一次应力。而合拢焊缝便是应力最大的焊缝，极易形成热裂纹。
最有效的方法是用拘束板转移负载，使一次应力全部转移在拘束扳上，待焊缝形成后，割除拘束板。一次应力再转移在焊缝上。
2006年9月17日，在历经两年多的建设后，鸟巢终于迎来钢结构施工最后也是最重要的一个环节——钢结构卸载。
卸载后，“鸟巢”重达4.2万吨的钢结构将摆脱外力的支撑，靠自己站立起来。