建筑鋼結構用焊接材料的分析與展望

湖北精工鋼結構有限公司 （武漢 430415） 姜殿忠

中遠船務工程集團有限公司 （遼寧大連 116113） 楊文華

一、鋼結構制造用焊接材料的特點

20世紀80年代，建筑鋼結構產業在我國開始起步，回顧這過去30年的發展歷程不難看出，建筑鋼結構在工藝方法上正向著高效率、低成本方向邁進。建筑用鋼在保證焊接母材塑性和韌性的基礎上，則向著大厚板、高強鋼和特種材料的方向發展，如現在的高強鋼Q390、Q420、Q460等。焊接方法主要以CO2氣體保護焊（GMAW）、埋弧焊（SAW）、電渣焊等高效焊接方法為主。據相關數據顯示，2010年鍍銅CO2氣體保護焊（GMAW）實芯焊絲的產量超過80萬t，已經成為焊接材料的主流。隨著今后焊接自動化程度越來越高，其消耗量及在焊材中的比例還將持續以較快的速度遞增。

二、國內外鋼結構焊接材料的特點

1.我國焊接材料特點

我國焊接材料所遵循的國家標準與其他國家相比基本是齊全的。

例如，我國埋弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲和焊劑標準參照了美國國家標準，埋弧焊用不銹鋼焊絲和焊劑國家標準參照了日本國家標準。

焊絲國家標準分為兩種情況：一是冶金系統編制的在市場上可以充分供應；二是焊接標準委員會采用了美國國家標準編撰的；鋼標準技術委員會編撰的《焊接用鋼盤條》是國產焊絲標準的基礎其等效于焊接標準委員會編撰的標準。

2.我國焊接材料的不足之處

（1）與美國、日本焊材國家標準相比我國焊材標準還存在許多不足，我國三個焊絲的國家標準所列都是通用性的，同時適用于多種焊接方法，缺少各焊接方法專用（如埋弧焊、氣體保護焊、電渣焊等）。

（2）日本氣體保護焊用焊絲標準分為TIG（鎢極氣體保護焊，保護氣體為惰性氣體）用焊絲標準和MAG（熔化極氣體保護焊，氣體為CO2或Ar和含量至少為5%的CO2）用焊絲標準。

（3）在美國和日本焊材標準中焊絲和填充絲分開，焊絲和填充絲都作為填充金屬，焊絲是指焊接時通過電流并作為電極使用，而填充絲是不通過電流也不作為電極使用。焊絲可以當做填充絲，填充絲在一定情況下卻不能當做焊絲使用。我國現行標準沒有區分焊絲和填充絲的概念，這個現象需改變。

（4）國內尚無可熔化嵌條標準，可熔化嵌條即焊前嵌入對接焊縫坡口間隙內作為填充金屬成為焊縫的一部分，采用可熔化嵌條有利于單面焊根部焊透和背面成形。

（5）我國焊材標準中，很多是等效采用了美國國家標準，在等效采用美國國家標準的同時卻忽略了另一個美國標準，即AWS A5.01中規定了焊材制造廠的質量保障體系、原材料規定、批量類別以及試驗深度。只有焊材標準沒有填充材料采購細則，得不到所需要的專用焊接材料。目前我國尚無焊接材料采購方面的細則，對于超出國家標準以外的焊材選用，往往經過設計院的批準最后由供應部門采購，如果采用國外焊材往往只寫牌號，如此對待焊材采購往往造成焊材內在質量的惡果。

三、我國鋼結構行業用焊材存在的問題及發展趨勢

（1）焊材品種與鋼材品種不匹配，焊接材料的等級少，導致部分鋼材在選擇焊材時往往采用過高的強度匹配，從而導致塑、韌性儲備不足。

（2）完善焊接材料全熔質復驗方法，避免由于復驗方法與實際焊接工藝不統一而造成焊接材料與母材不匹配。

（3）努力研發并推廣環保新型無鍍銅焊絲。

（4）焊接輔材的發展也應引起關注，如焊接陶瓷襯墊的使用，目前陶瓷擋板在日本已被廣泛使用，其效果等同于鋼柱引、熄弧板，但是其具有的獨特優點則是鋼柱引弧板所無法比擬的。不但節省了焊材和鋼材，而且減少了應力集中和保持焊縫外觀成形所需打磨的工作占用時間和消耗的人工成本。從而提高了工作效率、降低了生產成本、改善了焊接節點的應力集中狀況、提高了節點的疲勞強度和抗地震沖擊載荷和脆性破壞能力。

四、目前我廠在構件制作過程中節能環保系統的應用情況

我司主要完成的工程有：國家體育場館“鳥巢”工程、廣東電視塔“小蠻腰”工程、深圳灣體育中心“春繭”工程、世界最高建筑——101層的上海環球金融中心、世界第一跨海大橋海中平臺——杭州灣跨海大橋海中平臺，以及目前國內唯一可開啟式屋頂的鋼結構工程——南通體育場等工程等，代表性的建筑如圖1所示。工程構件在制造基地加工的過程中，公司始終本著以人為本的原則堅持“綠色建筑”環保型加工的方針。

圖1 代表性建筑

具體節能環保體現如下：

（1）安裝陶瓷擋板 構件在加工生產的過程中一直沿用著輔助材料焊接陶瓷襯墊的生產工藝，如圖2所示，其主要優點如下：①減少傳統工藝利用碳弧氣刨清根過程中產生的噪聲及粉塵等污染對焊工身體健康的危害。②利用焊接陶瓷襯墊焊接，可以大大提高生產效率。③與傳統工藝相比降低了生產成本。

（2）應用新工藝推廣新節能環保型焊材 目前公司焊接試驗室正在進行無鍍銅焊絲方面的試驗、研究，在驗證了新工藝的使用性能后將大面積推廣新工藝在工程上的應用，如圖3所示。

圖2

圖3 無鍍銅焊絲

（3）關注焊工健康 為了減少粉塵等有害氣體顆粒對人體的傷害，公司專門為焊接操作工配備3M口罩已達到防護及環保要求，如圖4所示。

圖4 帶3M口罩焊工焊接箱型構件

五、結語

目前國家正大力提倡節能減排，綠色環保的號召，隨著越來越多“綠色建筑”的興起，綠色環保型焊接材料及其輔料必將成為現代焊接材料的主流。