焊接奇迹：芝加哥地标——云门雕塑

图：2007年美国焊接学会（AWS）为“云门”颁发“非凡焊接成就奖”

座落于芝加哥千禧公园的云门雕塑，号称“一滴水银”，长20米，高10米，是美国芝加哥市的标志性建筑之一，由英国艺术家阿尼什•卡普尔（AnishKapoor）设计，形似椭圆的“豆子”，设计灵感来自液态水银的形状，设计师将其命名为“云门”，意为通往芝加哥的大门。其抛光不锈钢外表无任何修饰，将周围错落有致的各型建筑和自然景色映入其中，从不同角度看到的景致各不相同。

       整座雕塑的建造与安装由100多名金属装配工、工程师、技术员以及焊工奋力辛勤工作，历时五年有余才完工。为了实现这个“豆子”的造型，位于美国东部伊利诺伊州别墅公园的MTH公司和西部加利福尼亚州奥克兰市的PSI公司功不可没。2007年，美国焊接学会（AWS）为这个云门雕塑工程颁发了“非凡焊接成就奖”。时代杂志也因此把千禧公园命名为2004年十大建筑成就之一，称“云门”是公园里的主要景点之一。

雕塑表面是高度抛光的不锈钢板，一点缝隙和印迹都看不到，非常简洁，但要实现这个造型，却需要巨大的工作量。

壳体结构的建造由PSI公司的伊森·席尔瓦（EthanSilva）负责，他在制造壳体结构上经验丰富，曾参与过造船及一些艺术项目的壳体结构制造，是云门壳体结构的不二人选。他说“生产出各个组件差不多用了三年时间，在完善生产和设计的细节方面需要大量的时间。”  雕塑结构的独特造形对制造外壳体钢板提出了很大挑战，大块的钢板重达680公斤多，用等离子技术切割2.54 – 7.62厘米厚的316L钢板就是艰巨的任务。而真正的挑战则是将这些巨型钢板弯曲到足够精确的曲率，需要准确地定义每块钢板的形状，才能精确地做出每块钢板的三维造型。为此，专门设计了三维轧钢系统，保证每块钢板的精确成型，工作量非常巨大。

钢板制造完毕，进入焊接阶段，使用药芯焊丝将各个曲面钢板焊接到起支撑作用的肋状框架上。对于焊接过程，席尔瓦尤其强调了药芯焊丝焊接的好处，认为“药芯焊丝是焊接结构件的绝佳选择，可以焊出非常优质且外形美观的焊缝，是超级实用的焊接制造方法。”

至此，外壳制作过程还没有完成，要实现完美外观，还需要经过机器抛光和手工打磨到千分之一英寸的精度，才能确保钢板之间的完美衔接。PSI公司采用激光扫描设备扫描出精确尺寸，对钢板外表面进行打磨抛光，并覆上保护膜。之后，才将加工好的钢板和结构件装上卡车，横跨美国国土，运送到芝加哥。一批PSI公司的工作人员也同时被派往芝加哥，去配合负责安装的MTH公司工作。

图：安装抛光钢板外壳的支撑架

据工程副总裁、MTH公司项目经理卢·彻尼（Lou Cerny）所言，支撑雕塑的内部结构件重达13.6吨多，是他们工作中最困难的项目之一。首先，他们“使用两个大型304不锈钢O形环来安装桁架系统，上图显示的是十字交叉管型桁架固定的两个O形环，两环之间的框架采用熔化极气保焊接、手工焊接和螺栓连接进行现场固定。

然后使用悬挂支撑系统将壳体组装到桁架结构上。安装时，168块钢板都有各自配套的的悬挂式支撑系统，以避免任何接头承受的压力过载。我们很自豪，最后钢板完美地组装到了一起。

彻尼说：“PSI公司在制作板材方面下了很大力气，非常值得称赞，因为这些钢板最终完美无瑕地组装拼接到一起了，他们制作的精度实实在在达到了千分之一英寸，各块钢板之间的衔接非常精确。”

钢板外壳组装拼接完成后，整个工程却远没有完成。为了避免钢板变形塌陷的危险，需要采用等离子焊接来保障拼接处结构的强度，这对整个工程非常重要。

 彻尼说：“焊缝必须是完全穿透焊，我们却只能从壳体外侧进行焊接。为了实现全穿透焊接，工人在钢板的背面预留了专门的空腔。焊接送气时，空腔中充满惰性气体，让惰性气体从焊缝内侧直接进入接头。其实这个工程这不涉及应用新技术，只不过需要改进一下工作方法来适应不同寻常的现场施工条件。例如，把焊枪头改动一下，切割成某种角度，还有其他很多细节上的改变，再经过很多实验，来实现在同一焊位上进行全位置焊接。就是说无论在你的正前方，垂直向上，垂直向下，还是头顶上方，你都得能进行焊接，所以，你需要不断调整进气角度和送丝速度。不幸的是，书上查找不到送丝速度多快才合适，只能是在工作中摸索。”

焊接完成后，便进入了整个工程的最后阶段——抛光结构。焊缝痕迹明显，需要使用半自动带式砂磨机和60粒度的锆纸进行初步研磨，然后再使用特殊的400粒度陶瓷砂纸研磨。这种做法通常是用于手术器械的制作，在一般的工程安装行业不常见，但打磨不锈钢的确很好用。支撑件安装到位，钢板焊接到了一起，焊缝也打磨了，最后一步就是镜面抛光。

图：施工时“云门”周边搭起了帐篷

为了实现闪亮的高反射率的镜面效果，抛光加工使用了一种珠宝商用的抛光剂——业内称为小红蜡的蜡质物质，共使用了三种研磨等级的小红蜡。整个抛光过程中，“步步都要经心，每个环节都不能遗漏，不然就得从头来过。我们一般是24或25个人一起工作，确保不遗漏仁何环节，一般是在一大块面积上进行完同一个步骤，再整体推进到下一个步骤，而不是一小块一小块直接打磨成镜面。”

历时5年多的精心制作，云门雕塑于2005年8月28日终于完成，并于2006年5月15日正式揭牌。雕塑每年都迎接数百万人的参观，其奇特的造型和镜子般的表面令人叹为观止，真正是一个带给人们享受的焊接奇迹。