建筑鋼結構焊接施工工藝

沙俊邑

摘要：焊接是鋼結構的主要連接方法，在建筑鋼結構的建設中發(fā)揮了重要的作用。本文詳細分析了高強鋼焊接、低溫焊接和厚鋼板焊接的施工工藝。

關鍵詞：鋼結構;焊接;施工

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(yōu)點，其應用范圍廣泛。自20世紀80年代以來，中國建筑鋼結構得到了空前的發(fā)展，高層鋼結構、空間鋼結構、橋梁鋼結構、輕鋼結構和住宅鋼結構如雨后春筍。焊接作為構建鋼結構的一種主要連接方法，在物理、化學、冶金、材料、電子、計算機、自動控制等學科迅猛發(fā)展的今天，隨著新技術、新材料、新設備、新工藝的不斷涌現(xiàn)，在我國建筑鋼結構建設中發(fā)揮更加重要的作用。據(jù)統(tǒng)計，約50%以上的鋼材在投入使用前需要經(jīng)過焊接加工處理。因此，焊接水平的提高是實現(xiàn)鋼結構技術快速發(fā)展和確保建筑鋼結構施工質量的關鍵所在。

1高強鋼焊接施工工藝

1.1焊材選配原則

①強匹配。強節(jié)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(guī)定的最低值。焊接接頭（焊縫及熱影響區(qū)）各項性能全面要求達到母材標準規(guī)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(jié)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(qū)韌性達到鋼材的標準要求。

1.2高強鋼焊接性評價方法

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

1.3最低預熱溫度確定方法

①裂紋試驗控制。根據(jù)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(jù)一定碳當量的鋼材，其不同板厚T形接頭角焊縫熱影響區(qū)硬度達到350 HV對應的冷卻速度（540℃時），查表確定焊接線能量。③根據(jù)裂紋敏感指數(shù)、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(jù)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。

1.4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(qū)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(yōu)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(wěn)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(jù)鋼材本身的強化機理和供貨狀態(tài)，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(chǎn)。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(xiàn)弱化現(xiàn)象。

2低溫焊接施工工藝

2.1焊材的選擇

在低溫環(huán)境中，應盡量選擇低氫或超低氫焊材，對焊材嚴格執(zhí)行烘焙和保溫措施。

2.2焊前防護

在焊接作業(yè)區(qū)域搭防護棚，使焊接區(qū)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(qū)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。

2.3焊接質量控制

①預熱與層間溫度。低溫環(huán)境下的預熱溫度應稍高于常溫下的焊接預熱溫度，加熱區(qū)域為構件焊接區(qū)各方向大于或等于二倍鋼板厚度且不小于100mm范圍內(nèi)的母材，焊接層間溫度不低于預熱溫度或標準（JGJ81—2002）規(guī)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?shù)暮鬅釡囟冗€可以適當降低預熱溫度。

總之，鋼結構低溫焊接施工前，一定要根據(jù)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(huán)境下，對焊工操作的不良影響也應給予足夠重視，一般環(huán)境溫度不宜低于-15 ℃。

3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125 mm，國家體育場（鳥巢）工程用鋼最大板厚達110 mm。大量鋼結構工程采用厚鋼板，促進了厚鋼板焊接技術的發(fā)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(chǎn)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。

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]JGJ81—2002，建筑鋼結構焊接技術規(guī)程[S].

[3]GB50205—2001，鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范[S].

營口東瑞股份有限公司 遼寧營口 115000