建筑鋼結構焊接施工工藝

王東元

摘 要：隨著社會的進步和科學技術不斷創新，建筑鋼結構焊接方面的的工藝以及技術也在不斷的更新和完善，近些年新的焊接技術不斷的被創造和使用到工程施工中去，不僅為建筑鋼結構焊接施工帶來了更加簡單快捷的方法，而且實現了鋼結構技術在建筑領域的快速發展，以及鋼結構在建筑方面的質量保證，鋼結構的焊接水平提高起到了至關重要的作用。

關鍵詞：鋼結構；焊接；施工

1 前言

建筑鋼結構具有自重輕、建設周期短、適應性強、外形豐富、維護方便等優點，其應用范圍廣泛。焊接技術是鋼結構工程建設中非常重要的技術，焊接技術的好壞不僅僅決定著鋼結構工程的質量，從跟高的角度來看，是焊接技術賦予了鋼結構以生命。目前我國的建筑鋼材存在很大不足，在品種、規格和質量水平上和發達國家還有較大差距。在高層鋼框架結構施工領域，技術水平高、管理能力強的建筑企業很少，鋼結構施工成套技術尚處于完善階段。

2 高強鋼焊接施工工藝

2.1 焊材選配原則

①強匹配。強節點弱桿件：焊接材料熔敷金屬的強度、塑性、沖擊韌性高于母材標準規定的最低值。焊接接頭（焊縫及熱影響區）各項性能全面要求達到母材標準規定的最低值。②兼顧焊縫塑性。厚板焊接時按厚度效應后的強度選配焊材，節點拘束度大時可在1/4板厚以下配用低強焊材。③滿足沖擊韌性要求。必須重點選擇焊材的韌性，使焊縫及熱影響區韌性達到鋼材的標準要求。

2.2 高強鋼焊接性評價方法

①碳當量計算評定法。②熱影響區最高硬度試驗評定法。③插銷試驗臨界斷裂應力評定法。

2.3 最低預熱溫度確定方法

①裂紋試驗控制。根據斜Y坡口試樣抗裂試驗確定最低預熱溫度。②硬度控制。根據一定碳當量的鋼材，其不同板厚T形接頭角焊縫熱影響區硬度達到350HV對應的冷卻速度（540℃時），查表確定焊接線能量。③根據裂紋敏感指數、板厚范圍、拘束度等級、熔敷金屬擴散氫含量確定最低預熱溫。④根據接頭熱輸入、冷卻時間和鋼材的特定曲線圖確定最低預熱溫度。

2.4 焊接質量控制

①控制熱輸入與冷卻速度。控制焊接電流、電壓、焊接速度以及熔敷金屬800℃～500℃區間的冷卻時間。②控制焊縫中碳/硫/磷/氮/氫/氧的質量百分比。選用優質堿性低氫焊材，采用良好的操作手法充分保護熔池金屬（短弧、限制擺動、傾角穩定）。③應力與變形控制。選用高能量密度、低熱輸入的焊接方法，如氣體保護焊；用小線能量，多層多道焊接；減小焊接坡口的角度和間隙，減少熔敷金屬填充量；采用對稱坡口，對稱、輪流施焊；長焊縫應分段退焊或多人同時施焊；用跳焊法避免變形和應力集中。

總之，對于高強鋼的焊接，應根據鋼材本身的強化機理和供貨狀態，綜合考慮其性能要求，合理選擇焊接材料和試驗方法對其焊接性作出評價，制定合理的焊接工藝，以指導實際焊接生產。對該鋼種的焊接應主要考慮采取措施以降低其冷裂傾向。在焊接時應嚴格控制層間溫度和焊接線能量，防止接頭出現弱化現象。

3 低溫焊接施工工藝

3.1 焊材的選擇

在低溫環境中，應盡量選擇低氫或超低氫焊材，對焊材嚴格執行烘焙和保溫措施。

3.2 焊前防護

在焊接作業區域搭防護棚，使焊接區域形成相對封閉的空間，減少熱量的損失，若無條件搭設防護棚，應該采取其他有效措施對焊接區域進行防護；氣體保護焊時，焊接氣瓶也應采取相應措施進行保溫。

3.3 焊接質量控制

①預熱與層間溫度。低溫環境下的預熱溫度應稍高于常溫下的焊接預熱溫度，加熱區域為構件焊接區各方向大于或等于二倍鋼板厚度且不小于100mm范圍內的母材，焊接層間溫度不低于預熱溫度或標準（JGJ81—2002）規定的最低溫度20℃（兩者取高值）。②加大定位焊時的熱輸入。適當加大定位焊的熱輸入，增大焊縫截面和長度，并采用與正式焊接相同的預熱條件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧時弧坑一定要填滿，可以有效減少由于定位焊接引起的收縮裂紋。③采用合理的焊接方法。盡量使用窄擺幅，多層多道焊，嚴格控制層間溫度。④焊接后熱及保溫。焊接后及時對焊接接頭進行后熱保溫處理，利于擴散氫氣的逸出，防止因冷速過快而引起的冷裂紋，同時適當的后熱溫度還可以適當降低預熱溫度。

鋼結構低溫焊接施工前，一定要根據實際情況做好焊接工藝評定試驗。必要時還要針對具體鋼種進行低溫焊接性試驗，制作出適合的焊接工藝指導書以指導實際焊接。另外，在低溫環境下，對焊工操作的不良影響也應給予足夠重視，一般環境溫度不宜低于-15℃。

4 厚鋼板焊接技術

建筑鋼結構中厚鋼板得到大量的使用，如北京新保利大廈工程使用的軋制H型鋼翼板厚度達到125mm，國家體育場（鳥巢）工程用鋼最大板厚達110mm。大量鋼結構工程采用厚鋼板，促進了厚鋼板焊接技術的發展，同時也豐富了建筑用鋼的范圍。厚鋼板焊接的關鍵是防止由于焊接而產生的裂紋和減少變形，應主要考慮以下幾點：

①選用合理的坡口形式。如盡量選用雙U或X坡口，如果只能單面焊接，應在保證焊透的前提下，采用小角度、窄間隙坡口，以減小焊接收縮量、提高工作效率、降低焊接殘余應力。②合理的預熱和層間溫度。③后熱和保溫處理。

5 焊接質量控制的主要措施

5.1 制定焊接施工計劃

（1）方法、材料、人員管理焊接條件；焊接方法；使用鋼材（復驗）；焊接材料及其管理；焊工培訓、考試及管理；質量控制機構；質量控制制度；防護措施；安全措施。（2）加工。坡口要領；坡口加工要領；引弧板安裝要領；組裝及焊接順序。（3）組裝。預熱要領；引弧板處理；定位焊要領；清根要領；焊縫及加工要領；后熱要領；產生不良時的矯正要領；焊縫返修要領。（4）檢查。外觀檢查標準、方法、要領；無損檢查方法、標準、要領。

5.2 焊前準備質量控制焊接前進行認真的準備

（1）環境。作業環境；焊接環境；安全衛生注意事項。（2）材料及器具。電源容量；焊接材料種類及組合；焊接材料狀態；使用器具狀態。（3）加工拼裝。坡口形狀；坡口尺寸；根部間隙；錯邊；背面墊板的安裝狀態；定位焊；引弧板的安裝狀態。（4）其它。焊接坡口表面的清理和加工；預熱。

5.3 焊接過程中質量控制

焊接過程中施焊人員應嚴格按焊接計劃書要求及焊接工藝指導書執行，嚴肅工藝紀律，對以下項目進行確認。焊接順序；焊接電源；電弧電壓；焊接速度；運條方法；焊縫的設置方法；電弧的位置；前層的焊縫狀態；清根；層間溫度；焊條或焊絲直徑的選擇；后熱、保溫。

5.4 焊后質量控制

（1）外觀及表面缺陷。焊縫表面規整與否；壓坑；焊瘤；懸垂物；咬邊；火口狀態；表面氣孔；表面裂紋。（2） 尺寸。余高尺寸；焊接長度；角焊焊腳長度，補強角焊的大小；角焊的不等腳長。（3）內部缺陷。裂紋；未熔合；未焊透；夾渣；氣孔。（4）處理。引弧板的處理；飛濺物清除合格與否；端部周邊焊；焊縫返修。

參考文獻：

[1] 邱葭菲.焊工工藝學（第三版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2005.

[2] JGJ 81—2002.建筑鋼結構焊接技術規程[S].

[3] GB 50205—2001.鋼結構工程施工質量驗收規范[S].