建筑鋼結(jié)構(gòu)用焊接材料的分析與展望

湖北精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司 （武漢 430415） 姜殿忠

中遠(yuǎn)船務(wù)工程集團(tuán)有限公司 （遼寧大連 116113） 楊文華

一、鋼結(jié)構(gòu)制造用焊接材料的特點(diǎn)

20世紀(jì)80年代，建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)在我國(guó)開(kāi)始起步，回顧這過(guò)去30年的發(fā)展歷程不難看出，建筑鋼結(jié)構(gòu)在工藝方法上正向著高效率、低成本方向邁進(jìn)。建筑用鋼在保證焊接母材塑性和韌性的基礎(chǔ)上，則向著大厚板、高強(qiáng)鋼和特種材料的方向發(fā)展，如現(xiàn)在的高強(qiáng)鋼Q390、Q420、Q460等。焊接方法主要以CO2氣體保護(hù)焊（GMAW）、埋弧焊（SAW）、電渣焊等高效焊接方法為主。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2010年鍍銅CO2氣體保護(hù)焊（GMAW）實(shí)芯焊絲的產(chǎn)量超過(guò)80萬(wàn)t，已經(jīng)成為焊接材料的主流。隨著今后焊接自動(dòng)化程度越來(lái)越高，其消耗量及在焊材中的比例還將持續(xù)以較快的速度遞增。

二、國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)焊接材料的特點(diǎn)

1.我國(guó)焊接材料特點(diǎn)

我國(guó)焊接材料所遵循的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與其他國(guó)家相比基本是齊全的。

例如，我國(guó)埋弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲和焊劑標(biāo)準(zhǔn)參照了美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，埋弧焊用不銹鋼焊絲和焊劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參照了日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

焊絲國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分為兩種情況：一是冶金系統(tǒng)編制的在市場(chǎng)上可以充分供應(yīng)；二是焊接標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)采用了美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編撰的；鋼標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)編撰的《焊接用鋼盤條》是國(guó)產(chǎn)焊絲標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)其等效于焊接標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)編撰的標(biāo)準(zhǔn)。

2.我國(guó)焊接材料的不足之處

（1）與美國(guó)、日本焊材國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相比我國(guó)焊材標(biāo)準(zhǔn)還存在許多不足，我國(guó)三個(gè)焊絲的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所列都是通用性的，同時(shí)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(hù)焊、電渣焊等）。

（2）日本氣體保護(hù)焊用焊絲標(biāo)準(zhǔn)分為TIG（鎢極氣體保護(hù)焊，保護(hù)氣體為惰性氣體）用焊絲標(biāo)準(zhǔn)和MAG（熔化極氣體保護(hù)焊，氣體為CO2或Ar和含量至少為5%的CO2）用焊絲標(biāo)準(zhǔn)。

（3）在美國(guó)和日本焊材標(biāo)準(zhǔn)中焊絲和填充絲分開(kāi)，焊絲和填充絲都作為填充金屬，焊絲是指焊接時(shí)通過(guò)電流并作為電極使用，而填充絲是不通過(guò)電流也不作為電極使用。焊絲可以當(dāng)做填充絲，填充絲在一定情況下卻不能當(dāng)做焊絲使用。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有區(qū)分焊絲和填充絲的概念，這個(gè)現(xiàn)象需改變。

（4）國(guó)內(nèi)尚無(wú)可熔化嵌條標(biāo)準(zhǔn)，可熔化嵌條即焊前嵌入對(duì)接焊縫坡口間隙內(nèi)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(guó)焊材標(biāo)準(zhǔn)中，很多是等效采用了美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在等效采用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)卻忽略了另一個(gè)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，即AWS A5.01中規(guī)定了焊材制造廠的質(zhì)量保障體系、原材料規(guī)定、批量類別以及試驗(yàn)深度。只有焊材標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有填充材料采購(gòu)細(xì)則，得不到所需要的專用焊接材料。目前我國(guó)尚無(wú)焊接材料采購(gòu)方面的細(xì)則，對(duì)于超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以外的焊材選用，往往經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院的批準(zhǔn)最后由供應(yīng)部門采購(gòu)，如果采用國(guó)外焊材往往只寫牌號(hào)，如此對(duì)待焊材采購(gòu)?fù)斐珊覆膬?nèi)在質(zhì)量的惡果。

三、我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)用焊材存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

（1）焊材品種與鋼材品種不匹配，焊接材料的等級(jí)少，導(dǎo)致部分鋼材在選擇焊材時(shí)往往采用過(guò)高的強(qiáng)度匹配，從而導(dǎo)致塑、韌性儲(chǔ)備不足。

（2）完善焊接材料全熔質(zhì)復(fù)驗(yàn)方法，避免由于復(fù)驗(yàn)方法與實(shí)際焊接工藝不統(tǒng)一而造成焊接材料與母材不匹配。

（3）努力研發(fā)并推廣環(huán)保新型無(wú)鍍銅焊絲。

（4）焊接輔材的發(fā)展也應(yīng)引起關(guān)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(dú)特優(yōu)點(diǎn)則是鋼柱引弧板所無(wú)法比擬的。不但節(jié)省了焊材和鋼材，而且減少了應(yīng)力集中和保持焊縫外觀成形所需打磨的工作占用時(shí)間和消耗的人工成本。從而提高了工作效率、降低了生產(chǎn)成本、改善了焊接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中狀況、提高了節(jié)點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度和抗地震沖擊載荷和脆性破壞能力。

四、目前我廠在構(gòu)件制作過(guò)程中節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)的應(yīng)用情況

我司主要完成的工程有：國(guó)家體育場(chǎng)館“鳥(niǎo)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(huán)球金融中心、世界第一跨海大橋海中平臺(tái)——杭州灣跨海大橋海中平臺(tái)，以及目前國(guó)內(nèi)唯一可開(kāi)啟式屋頂?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)工程——南通體育場(chǎng)等工程等，代表性的建筑如圖1所示。工程構(gòu)件在制造基地加工的過(guò)程中，公司始終本著以人為本的原則堅(jiān)持“綠色建筑”環(huán)保型加工的方針。

圖1 代表性建筑

具體節(jié)能環(huán)保體現(xiàn)如下：

（1）安裝陶瓷擋板 構(gòu)件在加工生產(chǎn)的過(guò)程中一直沿用著輔助材料焊接陶瓷襯墊的生產(chǎn)工藝，如圖2所示，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：①減少傳統(tǒng)工藝?yán)锰蓟馀偾甯^(guò)程中產(chǎn)生的噪聲及粉塵等污染對(duì)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(chǎn)效率。③與傳統(tǒng)工藝相比降低了生產(chǎn)成本。

（2）應(yīng)用新工藝推廣新節(jié)能環(huán)保型焊材 目前公司焊接試驗(yàn)室正在進(jìn)行無(wú)鍍銅焊絲方面的試驗(yàn)、研究，在驗(yàn)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(yīng)用，如圖3所示。

圖2

圖3 無(wú)鍍銅焊絲

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

圖4 帶3M口罩焊工焊接箱型構(gòu)件

五、結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)家正大力提倡節(jié)能減排，綠色環(huán)保的號(hào)召，隨著越來(lái)越多“綠色建筑”的興起，綠色環(huán)保型焊接材料及其輔料必將成為現(xiàn)代焊接材料的主流。