建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中的低溫焊接技術(shù)研究

郭俊義

摘要：隨著科技的飛速發(fā)展，也使得鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中獲得日益廣泛的應(yīng)用，主要用于焊接施工。但是有時(shí)受工期限制，需要在冬季進(jìn)行施工，冬季氣溫較低，會(huì)給焊接施工質(zhì)量的控制帶來(lái)一定難度。為此必須要采取低溫焊接的施工技術(shù)進(jìn)行焊接，以保證焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：建筑工程；結(jié)構(gòu)工程；低溫焊接

導(dǎo)言

鋼結(jié)構(gòu)工程中的低溫焊接（即在冬季施工）一直是我國(guó)科研機(jī)構(gòu)的主要研究課題之一。鋼的結(jié)構(gòu)決定了在某些特定條件下，例如低溫條件下，容易變得更加的脆，很容易就能破裂，所以在低溫條件下鋼結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)就成為了大問(wèn)題。本篇文章針對(duì)鋼的低溫條件下的焊接施工技術(shù)做出了細(xì)致的探討。

一、建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中低溫焊接的技術(shù)難點(diǎn)

（一）冷卻速度方面的技術(shù)難點(diǎn)

在低溫環(huán)境的影響下，焊接后的鋼結(jié)構(gòu)往往會(huì)以非常快的速度冷卻，這樣一來(lái)就會(huì)對(duì)焊接部位產(chǎn)生很大的影響。具體來(lái)說(shuō)，過(guò)快的冷卻速度會(huì)令焊接的熔覆金屬中產(chǎn)生馬氏體脆性組織，進(jìn)而導(dǎo)致焊縫的出現(xiàn)。但相對(duì)的，如果采用的控制措施失當(dāng)，冷卻速度反而過(guò)慢，焊接部位會(huì)產(chǎn)生另一種粗大的脆性組織，同樣導(dǎo)致焊縫的出現(xiàn)。因此，冷卻速度的控制是低溫焊接的一大技術(shù)難點(diǎn)。

（二）結(jié)構(gòu)約束方面的技術(shù)難點(diǎn)

在低溫焊接中，鋼結(jié)構(gòu)的焊縫部位對(duì)結(jié)構(gòu)約束非常敏感，尤其是在冷卻速度較快的情況下，由于焊縫處的熔覆金屬會(huì)產(chǎn)生偏析，這時(shí)如果結(jié)構(gòu)約束偏高，焊縫中心和偏析處都會(huì)受到結(jié)構(gòu)約束的作用，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)晶性裂紋的產(chǎn)生，即熱裂紋。因此，在實(shí)行低溫焊接時(shí)必須謹(jǐn)慎控制結(jié)構(gòu)約束度。此外，為了降低焊縫對(duì)結(jié)構(gòu)約束的敏感性，與上述的冷卻速度控制手段相結(jié)合也是必要的。

（三）氫原子殘留方面的技術(shù)難點(diǎn)

焊縫金屬冷卻期間，其中含有的氫原子（游離狀態(tài)）會(huì)呈現(xiàn)溶解速度下降的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)會(huì)隨金屬冷卻而產(chǎn)生幅度的變化。換言之，當(dāng)冷卻速度加快時(shí)，留給氫原子用于透出的時(shí)間就變短了，所以游離態(tài)氫原子在低溫焊接中往往被大量遺留在金屬內(nèi)。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接來(lái)說(shuō)，氫的比例越大，冷裂紋的出現(xiàn)幾率就越高，這是因?yàn)檠舆t效應(yīng)基本正比于氫原子含量。因此，在低溫焊接時(shí)還要注意控制氫原子的透出。

（四）材料脆性方面的技術(shù)難點(diǎn)

建筑鋼結(jié)構(gòu)所使用的材料主要是鋼管與各種型鋼，這些材料在低溫環(huán)境下基本都面臨材料脆性增加的問(wèn)題。如果環(huán)境溫度超過(guò)了鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，則靜態(tài)載荷強(qiáng)度會(huì)因?yàn)楹附討?yīng)力與拉應(yīng)力的作用而降低，這種靜態(tài)載荷的降低對(duì)外體現(xiàn)為材料脆性增加，進(jìn)而導(dǎo)致材料脆斷。雖然該情況的產(chǎn)生并非由低溫焊接引起，但由于這種脆性增加是低溫焊接不得不面對(duì)與考慮的問(wèn)題，所以也屬于低溫焊接的技術(shù)難點(diǎn)之一。

二、低溫焊接原則

在實(shí)際工程的施工中還有一個(gè)更重要的方面就是冷卻焊縫，一旦溫度過(guò)低就會(huì)導(dǎo)致焊縫裂開(kāi)，得不嘗失。因此，在工程中應(yīng)注意以下應(yīng)用原則。

（1）根據(jù)所要建造的建筑物的特點(diǎn)來(lái)合理的分配焊接順序，合理的順序冷卻是保證一旦焊縫出現(xiàn)了問(wèn)題我們可以進(jìn)行第一時(shí)間的補(bǔ)救，這樣的方式方法雖然聽(tīng)起來(lái)沒(méi)有什么技術(shù)性，然而所起到的作用是巨大的。

（2）鋼材本身應(yīng)實(shí)現(xiàn)正溫。要使用不同的方式方法來(lái)進(jìn)行鋼材本身的預(yù)熱，只有鋼材本身的預(yù)熱效果達(dá)到了，才能確保鋼內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)指標(biāo)在低溫焊接以后不容易出現(xiàn)差錯(cuò)。

（3）正確選擇預(yù)熱方式。在預(yù)熱的溫度和預(yù)熱的效果有這明確的規(guī)定的前提下，我們要使用正確的預(yù)熱方法來(lái)進(jìn)行預(yù)熱加固。

通常，我們所使用的預(yù)熱方法主要有兩種，一種是電加熱，一種是火焰加熱。電加熱比火焰加熱的效果更加的明顯：預(yù)熱區(qū)域受熱均勻，有效防止局部受熱造成的接頭附加應(yīng)力；升溫速度均勻、可控，防止造成母材過(guò)熱等現(xiàn)象，可達(dá)到母材充分均勻預(yù)熱；對(duì)于整體結(jié)構(gòu)焊縫而言，防止受熱不均造成構(gòu)件變形。

三、現(xiàn)場(chǎng)低溫焊接技術(shù)規(guī)程

（一）焊工防護(hù)及適應(yīng)性訓(xùn)練

（1）要確保工程的的順利進(jìn)行，焊工的技術(shù)一定要過(guò)硬理論知識(shí)一定要明確。在進(jìn)行低溫焊接的技術(shù)性訓(xùn)練中，要使用的鋼板是δ≥25mm鋼板，進(jìn)行橫、立、仰位置的施焊，并以UT檢測(cè)及外觀檢驗(yàn)合格為標(biāo)準(zhǔn)。

（2）焊工在正式焊接前，必須要做好充分的心理準(zhǔn)備，做好防寒措施，有可能工期會(huì)很長(zhǎng)，保溫措施不到位很有可能會(huì)引起自身的人身安全問(wèn)題。

（3）在冬季施工，尤其是低溫焊接不僅耗費(fèi)巨大的體力，而且長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度工作會(huì)導(dǎo)致人的精神收到損害，所以適當(dāng)?shù)目s短倒班時(shí)間是一個(gè)很好的方法。

（4）在低溫焊接的過(guò)程中，應(yīng)該設(shè)置有專業(yè)的監(jiān)管人員，對(duì)焊工的施工狀態(tài)有一個(gè)明確的判斷，及時(shí)的判斷工作人員的工作狀態(tài)。確保工程的順利進(jìn)行，工作人員的人身安全。

（5）在下雪的天氣中進(jìn)行高空施工作業(yè)時(shí)，要安排專門的工作人員來(lái)進(jìn)行通道的積雪處理，確保在施工過(guò)程中不能打滑，保護(hù)焊工的人身安全。

（二）焊接方法及技術(shù)措施

（1）預(yù)熱方式的設(shè)定：δ≥30mm，采用電加熱；δ≤25mm，采用火焰預(yù)熱。

（2）預(yù)熱溫度的要求如下所示。預(yù)熱溫度鋼材牌號(hào)接頭最厚部件的厚度在δ≤2525<δ≤4040<δ≤6060<δ≤80δ>80Q3452之內(nèi)，那么所要預(yù)熱的溫度就要在0～4060～8080～100100～120150Q460E>150（℃）之內(nèi)。

（3）在拘束度大的情況下，我們的預(yù)熱溫度要適當(dāng)?shù)奶岣?5～30℃。才能保證鋼材的各項(xiàng)指標(biāo)能夠趨于正常。

（4）要注意，鋼材的種類不同那么所對(duì)應(yīng)的鋼材的預(yù)熱條件就不同，所要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)就不同，在具體的施工中要注意。

（三）焊接環(huán)境具體規(guī)定

低溫焊接環(huán)境溫度范圍為0～-15℃。一旦低于最低的溫度要立即停止施工，不僅對(duì)工程進(jìn)度沒(méi)好處，對(duì)人身安全也有這巨大的威脅。雪天及雪后進(jìn)行作業(yè)時(shí)，焊縫兩端1m處，應(yīng)設(shè)置密封裝置，防止雪水進(jìn)入焊接區(qū)域。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)主要可以通過(guò)兩方面的手段來(lái)進(jìn)行低溫焊接優(yōu)化，第一方面是溫度控制，第二方面是材料控制，其中前者又包括了預(yù)熱、參數(shù)控制等多種手段，在工程上較為復(fù)雜，但實(shí)用度也更高。在實(shí)際工程中要注意這兩方面手段的配合使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王大偉.建筑鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接施工技術(shù)應(yīng)用研究[J].建筑知識(shí)，2017，（9）：23-24.