談建筑鋼結構的焊接方法

邸曉峰

摘 要：鋼結構焊接的基本原則是安全可靠、傳力明確、構造簡單、制造方便和節約鋼材，接頭需要有足夠的強度，還要有適宜于施行連接手段的足夠空間。本文對鋼結構的焊接方法進行簡要的分析。

關鍵詞：建筑；鋼結構；連接；方法

焊接就是通過一定的手段將板材或型鋼組合成構件，或將若干構件組合成整體結構，以保證其共同工作。鋼材或鋼構件只有焊接起來，才能形成鋼結構。鋼結構焊接的基本原則是安全可靠、傳力明確、構造簡單、制造方便和節約鋼材，接頭需要有足夠的強度，還要有適宜于施行連接手段的足夠空間。

1.焊縫連接

焊縫連接就是將鋼材連接處金屬加熱熔化，待冷卻后形成焊縫，將縫兩側鋼材連成一體，焊縫連接是目前鋼結構連接的主要方法。

1.1 常用焊接方法

1.1.1手工電弧焊手工電弧焊是最常用的一種焊接方法。通電后，涂有藥皮的焊條和焊件之間產生電弧，其溫度可高達3000℃。在高溫作用下，電弧周圍金屬熔化成液態，形成熔池。同時，焊條中的焊絲熔化滴人熔池中，與焊件金屬溶液相互結合，冷卻后形成焊縫。焊條藥皮在燃燒過程中產生氣體保護電弧和熔化金屬，并形成焊渣覆蓋于液態金屬表面，隔絕空氣中的氧、氮氣體，避免形成脆性化合物。

手工電弧焊的優點在于設備簡單，操作靈活方便，適用于任何空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。其不足之處是生產效率低，勞動強度大，焊縫質量與焊工技術水平有關，且質量波動較大。

手工電弧焊常用的焊條分碳鋼焊條和合金鋼焊條兩種，牌號有E43型、ES0型和E55型，其中E表示焊條，兩位數字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值（kgf/mm2）。焊條的選用應與主體金屬（焊件鋼材）相匹配，一般情況下，對Q235鋼材采用E43型焊條，對Q345鋼材則采用ES0型焊條，對Q390、Q420鋼材采用E55型焊條。當不同強度的兩種鋼材進行焊接時，宜采用與低強度鋼材相適應的焊條。

1.1.2 埋弧焊埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法，分自動埋弧焊和半自動埋弧焊兩種方式。通電引弧后，由于電弧的作用，使埋于焊劑下的焊絲和附近的焊劑熔化，熔渣浮在熔化的焊縫金屬上面，使熔化金屬不與空氣接觸，并供給焊縫金屬所需要的合金元素，隨著電焊機的移動，顆粒狀的焊劑不斷由料斗漏下，電弧完全被埋在焊劑之內，同時焊絲邊熔化邊下降。如果電焊機沿軌道按設定的速度自動移動，就稱為自動埋弧焊；如果電焊機的移動是由人工操作，則稱為半自動埋弧焊。

埋弧焊具有的優點較多，概括起來為：工藝條件穩定，與大氣隔離、保護效果好，電弧熱量集中；熔深大，焊縫的化學成分均勻；焊縫質量好，塑性和韌性較高；生產效率高。但自動埋弧焊只適合于焊接較長的直線焊縫，手工埋弧焊可適合于焊接曲線焊縫。

埋弧焊采用的焊絲、焊劑要保證其熔敷金屬抗拉強度不低于相應手工焊條的數值。Q235鋼焊件可采用H08、H08A、H08MnA等焊絲配合高錳、高硅型焊劑；Q345鋼和Q390鋼焊件可采用H08A、H08E焊絲配合高錳型焊劑，也可采用H08Mn、H08MnA焊絲配合中錳型和高錳型焊劑，或采用H10Mn2焊絲配合無錳型或低錳型焊劑。

1.1.3 氣體保護焊氣體保護焊，又稱氣電焊。它是利用惰性氣體或二氧化碳（CO2）氣體作為保護介質的一種電弧熔焊方法。該法依靠保護氣體在電弧周圍形成局部隔離區，以防止有害氣體的侵入，從而保持焊接過程的穩定。

氣體保護焊的優點是電弧熱量集中，焊接速度快，焊件熔深大，熱影響區較小，焊接變形較小；由于焊縫熔化區不產生焊渣，焊接過程中能清楚地看到焊縫成型的全過程；氣體保護焊所形成的焊縫強度比手工電弧焊高、塑性和抗腐蝕性較好，適用于全位置的焊接，特別適用于厚鋼板或厚度100mm以上的特厚鋼板的連接。氣電焊的缺點是設備較復雜，不適于野外或有風的地方施焊。

1.2焊縫連接的主要優缺點

焊縫連接不削弱構件截面，節約鋼材；構造簡單，加工方便；連接的剛度大，密封性能好；易于采用自動化作業。

焊縫附近的熱影響區內鋼材的力學性能發生變化，導致局部材質變脆；焊接殘余應力和殘余變形使構件的承載力受到不利影響；焊接結構對裂紋很敏感，一旦局部發生裂紋，就容易迅速擴展到整個截面，低溫冷脆現象較為突出。

2.焊接規范

焊接規范是指影響焊接質量和生產率的各個工藝參數的總稱。其主要參數包括：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊條或焊絲直徑等。由于它直接影響著焊縫的熔深、寬度與高度，因此正確選擇焊接規范是保證焊縫質量的重要條件。

2.1焊接電流增大電流能提高生產率，增加熔深，適于焊厚板。但電流過大易造成咬邊而影響成形質量；相反，電流過小也易造成夾渣及未焊透缺陷。總之，焊接電流既不能太小，又不能過大，只有適當選擇才能保證焊接質量。

2.2電弧電壓電弧電壓主要影響焊縫的尺寸和形狀。電弧電壓過高時，會形成淺而寬的焊縫，易導致未焊透和咬邊等缺陷；但電弧電壓過低時，會形成高而窄的焊縫，使邊緣熔合不良。選擇時電弧電壓應與焊接電流相適應，隨著電流的提高，電弧電壓也應相應增大。

2.3焊接速度焊接速度對焊縫的外觀有直接的影響。焊接速度過快，易產生未焊透、咬邊、氣孔等缺陷；速度太慢會導致焊瘤、溢流等缺陷的形成。焊接速度必須與所選定的焊接電流、電弧電壓相匹配才能形成質量良好的焊縫。

3.焊接技術要求及材料選擇

一般的焊接技術要求主要有：選擇焊接方法；選擇焊條；焊縫布置；焊接工藝上的特殊要求；檢驗方面的要求；水壓試驗要求；氣密性試驗以及后處理要求等。

焊接過程中的各種填充金屬及為了提高焊接質量而附加的保護物質統稱為焊接材料。主要包括焊條、焊絲、焊劑、保護氣體和釬劑、釬料等。選擇焊接材料時，一般應按焊縫和母材等強度原則來選擇，其次還應考慮工藝因素及各種焊接方法的冶金特點對接頭性能的影響。焊接材料標準或產品樣本上所列性能都是焊材熔敷金屬性能，而焊接接頭性能取決于焊縫和焊接工藝，目前沒有任一焊接材料在焊接過程中可以作用于焊接接頭中的熱影響區而改變它的性能，從選用焊接材料來說只能考慮焊縫性能，為保證焊接接頭性能還需焊接工藝配合。

參考文獻

[1] 張宏偉. 建筑鋼結構.北京：中國石化出版社.2008

[2] 孫李波. 建筑鋼結構概論 北京：中國石化出版社.2009.