建筑钢结构焊接主要技术分析

【关键词】钢结构；焊接；技术 

　　钢结构由于具有自重轻、建设周期短、适应性强、外形丰富、维护方便等优点，因此在工程建设中其应用范围广泛。焊接作为构建钢结构的一种主要连接方法，在众多工程中发挥着十分重要的作用。据统计，约50%以上的钢材在投入使用前需要经过焊接加工处置。因此，焊接水平的提高是实现钢结构技术快速发展和确保建筑钢结构施工质量的关键所在。 

　　一、钢结构焊接的技术要点 

　　1、高强钢焊接技术 

　　焊材的选择：①强匹配。强节点弱杆件：焊接材料熔敷金属的强度、塑性、冲击韧性高于母材标准规定的最低值。焊接接头（焊缝及热影响区）各项性能全面要求达到母材标准规定的最低值。②兼顾焊缝塑性。厚板焊接时按厚度效应后的强度选配焊材，节点拘束度大时可在1/4板厚以下配用低强焊材。③满足冲击韧性要求。必需重点选择焊材的韧性，使焊缝及热影响区韧性达到钢材的规范要求。 

　　高强钢焊接性评价方法：①碳当量计算评定法。②热影响区最高硬度试验评定法。③插销试验临界断裂应力评定法。最低预热温度确定方法：①裂纹试验控制。根据斜Y坡口试样抗裂试验确定最低预热温度。②硬度控制。根据一定碳当量的钢材，其不同板厚T形接头角焊缝热影响区硬度达到350HV对应的冷却速度（540℃时）查表确定焊接线能量。③根据裂纹敏感指数、板厚范围、拘束度等级、熔敷金属扩散氢含量确定最低预热温度。④根据接头热输入、冷却时间和钢材的特定曲线图确定最低预热温度。 

　　焊接质量控制：①控制热输入与冷却速度。控制焊接电流、电压、焊接速度以及熔敷金属800℃～500℃区间的冷却时间。②控制焊缝中碳/硫/磷/氮/氢/氧的质量百分比。选用优质碱性低氢焊材，采用良好的操作手法充分维护熔池金属（短弧、限制摆动、倾角稳定）。③应力与变形控制。选用高能量密度、低热输入的焊接方法，如气体保护焊；用小线能量，多层多道焊接；减小焊接坡口的角度和间隙，减少熔敷金属填充量；采用对称坡口，对称、轮流施焊；长焊缝应分段退焊或多人同时施焊；用跳焊法防止变形和应力集中。 

　　对于高强钢的焊接，应根据钢材自身的强化机理和供货状态，综合考虑其性能要求，合理选择焊接材料和试验方法对其焊接性做出评价，制定合理的焊接工艺，以指导实际焊接生产。对该钢种的焊接应主要考虑采取措施以降低其冷裂倾向。焊接时应严格控制层间温度和焊接线能量，防止接头出现弱化现象。 

　　2、低温焊接施工工艺 

　　焊材的选择，低温环境中，应尽量选择低氢或超低氢焊材，对焊材严格执行烘焙和保温措施。焊前防护，焊接作业区域搭防护棚，使焊接区域形成相对封闭的空间，减少热量的损失，若无条件搭设防护棚，应该采取其他有效措施对焊接区域进行防护；气体保护焊时，焊接气瓶也应采取相应措施进行保温。 

　　焊接质量控制：①预热与层间温度。低温环境下的预热温度应稍高于常温下的焊接预热温度，加热区域为构件焊接区各方向大于或等于二倍钢板厚度且不小于100mm范围内的母材，焊接层间温度不低于预热温度或标准（JGJ812002规定的最低温度20℃两者取高值）。②加大定位焊时的热输入。适当加大定位焊的热输入，增大焊缝截面和长度，并采用与正式焊接相同的预热条件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧时弧坑一定要填满，可以有效减少由于定位焊接引起的收缩裂纹。③采用合理的焊接方法。尽量使用摆幅，多层多道焊，严格控制层间温度。④焊接后热及保温。焊接后及时对焊接接头进行后热保温处理，利于扩散氢气的逸出，防止因冷速过快而引起的冷裂纹，同时适当的后热温度还可以适当降低预热温度。 

　　3、厚钢板焊接技术 

　　建筑钢结构中厚钢板得到大量的使用，如北京新保利大厦工程使用的轧制H型钢翼板厚度达到125mm，国家体育场（鸟巢）工程用钢最大板厚达110mm，大量钢结构工程采用厚钢板，促进了厚钢板焊接技术的发展，同时也丰富了建筑用钢的范围。厚钢板焊接的关键是防止由于焊接而产生的裂纹和减少变形，应主要考虑：选用合理的坡口形式。如尽量选用双U或X坡口，如果只能单面焊接，应在保证焊透的前提下，采用小角度、窄间隙坡口，以减小焊接收缩量、提高工作效率、降低焊接剩余应力。合理的预热和层间温度。 

　　二、钢结构焊接的常见问题与解决方案 

　　1、主要问题 

　　在X类型坡口熔透焊缝中，在施焊过程中由于反面的清根不彻底，导致在焊缝中出现质量问题。采用垫板的V类型的坡口焊，由于垫板靠焊缝的一侧垫板表面的氧化皮、铁锈、油污等未清理干净或者清除不彻底，直接在上面施焊，事后通过仪器检测发现垫板处存在质量问题。由于工艺文件编制的不合理，如焊接位置狭小工作面不能展开、坡口大小的设计不满足施工要求、在焊接过程中采用的焊接电流不满足要求、由于焊接工序不正确导致的不可矫正的变形、中厚板的加工事先没有进行预热处理，焊接过程中的保温措施及层间温度的控制不当等。 

　　2、措施 

　　编制正确的工艺文件，特别是对于采用中厚板焊接的构件，要结合具体的工程结构特点制订相关的焊接工艺评定，做好试验过程中的记录，为以后的施工积累经验。对于坡口的大小，预留的间隙等严格的按国家标准进行确定。保证工艺文件制定的准确性、可操作性、经济性和适宜性。对于焊接材料的选择必须通过焊接工艺评定的试验和国家的标准加以确定，在施工过程中的使用，要求严格的按照国家标准进行用前存放、用时焙烘，保温温度必须控制在规范要求的温度之内。 

　　三、结论 

　　总而言之，在大多数的情况下，通过采取正确的钢结构焊接技术，可以有效地控制钢结构的焊接变形，以达到确保工程质量的目的。但由于材料、结构以及焊接施工现场环境等因素的复杂多变，还应该在实践中不断总结和积累焊接经验，提高控制焊接应力和焊接变形技术水平。 

　　参考文献 

　　[1]郝燕春.大型钢网架安装技术[J].山西建筑，2013，33（10）. 

　　[2]魏明钟.钢结构[M].武汉：武汉工业大学出版社，2012