鋼結構低溫焊接工藝

摘 要：鋼結構低溫焊接，鋼材在焊接前后都有較大的溫度變化，容易發生鋼結構焊縫接頭區冷裂紋現象。因此，在寒冷地區焊接時保證鋼結構中厚鋼板低溫焊接質量是最重要的一個環節。本文結合工程實例，闡述了鋼結構低溫焊接的工藝和技術措施，以供讀者參考。

關鍵詞：低溫焊接裂紋控制

中圖分類號：TG457 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）03（b）-0000-00

鋼結構低溫焊接對焊縫金屬危害的直接表征就是出現裂紋和工作狀態下發生脆斷，保證焊縫能夠滿足設計要求，采用合理的低溫焊接技術和工藝措施是工程質量合格的關鍵。本文通過包鋼煉鋼轉爐150噸轉爐易地改造工程240噸吊車梁工程實例，淺析低溫焊接中厚板工藝和技術在建筑鋼結構工程中的應用，為建筑鋼結構焊接工程在低溫下施工提供有益的參考。

1焊接工藝措施的選擇

接頭坡口形式：焊接接頭開坡口主要是為了保證電弧能深入焊縫根部，使根部能夠焊透。在選擇坡口形式時應考慮保證焊縫焊透，坡口形狀易加工，提高勞動效率，節省焊材，減小焊后變形的可能性等。因此，實際工程中應根據現實條件采用合理的坡口形式。本工程鋼板對接焊縫采用X形坡口，T形接頭采用K形破口。

焊接材料：鋼結構焊接接頭的質量在很大程度上取決于所選用的焊接材料。焊接材料的選擇必須根據母材的成分、性能、接頭形式及質量要求綜合考慮。焊接材料選擇不當，熔敷金屬中摻入合金元素，易使焊縫過渡區產生脆相或裂紋，以及難熔化及產生集中的結晶層和擴散層。因此，低溫下焊接，為保證焊縫不產生冷脆，在滿足設計強度的要求下，優先采用屈服強度較低、沖擊韌性好的焊材。本工程埋弧焊絲采用H10Mn2，焊絲采用ER50-2。

焊接順序：合理的焊接順序能夠有效地控制焊接變形。焊接順序一般先焊縮量較大節點、后焊縮量較小、先單獨后整體，分解拘束力的合理順序，從根本上減少撕裂源。本工程由于吊車梁的T型角對接組合焊縫比較長，由兩名焊工從中間同時向兩端進行退焊。焊接時先焊吊車梁的下翼緣，以防吊車梁的下撓。

2焊接方法與焊接工藝參數選擇

普通焊接方法的焊接工藝參數主要有焊條或焊絲直徑、焊接電流、焊接速度、電弧電壓、焊接層數等，本工程焊接方法主要采用的是埋弧焊、CO2氣體保護焊。

焊劑堆放：焊劑堆放要適中，一般焊劑堆放高度為25～50mm。焊劑粒度要根據電流確定，電流大時應選用細粒度焊劑，否則焊縫外形不良；電流小時應選用粗粒度焊劑，否則焊縫表面易出現麻坑。

焊接電流：焊接電流對焊接質量的主要影響表現為：焊接電流過小，電弧不穩定，易造成夾渣、未熔透、冷裂紋等缺陷，而且生產效率低；焊接電流過大，易造成咬邊、燒穿、熱裂紋等缺陷，同時飛濺增加。因此，在焊接時應選擇適當的焊接電流。焊接電流的大小，主要根據焊材類型、焊件厚度、接頭形式、焊縫空間位置及焊接層次等因素決定，其中最重要的因素是焊絲直徑和焊縫空間位置。

電弧電壓：電弧電壓由弧長決定，電弧長則電壓高；電弧短則電壓低。在焊接過程中，電弧過長會使電弧燃燒不穩定；飛濺增加，熔深減少，出現氣孔等缺陷。因此要求短弧焊。

焊接速度：焊接速度對焊接質量的主要影響表現為：焊接速度過小，母材易過熱變脆，焊縫過寬；焊接速度過大，焊縫窄，易造成夾渣、氣孔、裂紋等缺陷。一般焊接速度的選擇應與焊接電流相匹配，即焊接電流大時焊接速度也應增大，焊接電流小時焊接速度應減小。

焊接層數：焊接層數視焊件厚度而定。焊接層數多，有利于提高焊縫的塑性、韌性，但也可能造成接頭過熱和擴大熱影響區等有害影響。因此，焊接層數需綜合考慮加以確定，原則上每層焊縫的厚度不應大于4～5mm。

3焊接溫度控制

低溫下焊接的關鍵是防止焊接裂紋的產生。因此，準確的預熱溫度、層間溫度、后熱溫度是防止裂紋產生的主要措施。

焊前預熱控制：在嚴寒地區焊接施工，必須采用焊前大范圍加熱的方法來消除焊接時母材與焊縫區的強烈溫差，消除明顯溫界，最大限度地減緩鋼材在板厚方向由脹時壓應力到縮時拉應力的轉換過程，盡可能地促使接頭在同軸線上均勻脹縮。所以合理選擇預熱措施、正確選擇預熱方式對控制裂紋的產生有著重要的意義。本工程采用火焰加熱的方法進行預熱，對接焊縫加熱采用大功率烤槍，預熱熱源采用氧─乙炔中性火焰，由操作者對稱加熱作業。T型角對接組合焊縫由于焊縫較長，采用烤槍加熱受熱不均，故沿焊縫長度方向布置一根鋼管，在鋼管上一側均勻開洞，通入天然氣燃燒進行均勻加熱。預熱范圍沿焊縫中心向兩側至少100mm以上，并按最大板厚三倍以上范圍實施。加熱過程力求均勻，采用便攜式溫度儀隨時監控，嚴格控制加熱溫度，確保焊縫均勻受熱。預熱的溫度測試須在離坡口邊沿距板厚三倍（最低100mm）的地方進行。當預熱范圍均勻達到預定值后，覆蓋保溫棉恒溫20分鐘-30分鐘。

層間溫度控制：在焊接過程中要嚴格控制層間溫度，一般保證持續、穩定在120℃──150℃之間，每個焊接接頭應一次性焊完。層間溫度的保持同樣采用以上方法進行。在連續焊接過程中，應檢測焊接區母材的溫度，使層間最低溫度與預熱溫度保持一致。如必須中斷施焊時，應采取適當的后熱、保溫措施，再焊時應重新預熱并根據節點及板厚情況適當提高預熱溫度。另外，二次加熱應在首次加熱區域應擴大不少于一倍板厚的范圍。

焊后加熱控制：焊后加熱的作用是延長焊縫金屬從峰值溫度降到室溫的冷卻時間，使焊縫中的擴散氫有充分的時間溢出，避免冷裂紋的產生，特別是延長焊接接頭從800℃～500℃冷卻時間，改善焊縫金屬及熱影響區的顯微組織，使熱影響區的最高硬度降低，提高焊接接頭的抗裂性。因此，在面層焊接完畢，應立即實施焊后后熱過程。這不僅能使逐漸降下來的接頭溫度再度上升，而且能夠起到將焊接區域儲熱不均勻現象降低到最低程度的重要作用。焊后進行后熱處理，后熱溫度為200℃-250℃，在寒冷地區焊后的后熱溫度應較溫和地區相應提高50℃—100℃。

焊后保溫：一切焊前預熱、中間加熱、后熱等都圍繞著消除驟冷驟熱、消除脹縮不均、延緩冷凝收縮為目的，但是僅上述措施還達不到目的。在達到后熱溫度后還需加蓋厚石棉布保溫，密封空氣流通部位，保溫的時間以接頭區域、焊縫表面、背部均達環境溫度為止。

4結語

鋼結構焊接工程中，低溫焊接是冬季鋼結構施工的重要環節，必須根據實際情況進行分析，采取相應的技術控制措施和焊接工藝措施，克服環境的不利影響，有效地提高焊接質量和減小焊接變形。本工藝經實踐證實對低溫焊接能夠有效地控制，但在工程實際的運用中還應具體問題具體分析，不斷地進行改進，以達到最優的效果。

參考文獻

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