建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接施工工藝

沙俊邑

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

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);焊接;施工

建筑鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、建設(shè)周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、外形豐富、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍廣泛。自20世紀(jì)80年代以來，中國建筑鋼結(jié)構(gòu)得到了空前的發(fā)展，高層鋼結(jié)構(gòu)、空間鋼結(jié)構(gòu)、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)和住宅鋼結(jié)構(gòu)如雨后春筍。焊接作為構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)的一種主要連接方法，在物理、化學(xué)、冶金、材料、電子、計(jì)算機(jī)、自動控制等學(xué)科迅猛發(fā)展的今天，隨著新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝的不斷涌現(xiàn)，在我國建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)快速發(fā)展和確保建筑鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

1高強(qiáng)鋼焊接施工工藝

1.1焊材選配原則

①強(qiáng)匹配。強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件：焊接材料熔敷金屬的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性高于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值。焊接接頭（焊縫及熱影響區(qū)）各項(xiàng)性能全面要求達(dá)到母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值。②兼顧焊縫塑性。厚板焊接時按厚度效應(yīng)后的強(qiáng)度選配焊材，節(jié)點(diǎn)拘束度大時可在1/4板厚以下配用低強(qiáng)焊材。③滿足沖擊韌性要求。必須重點(diǎn)選擇焊材的韌性，使焊縫及熱影響區(qū)韌性達(dá)到鋼材的標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2高強(qiáng)鋼焊接性評價(jià)方法

①碳當(dāng)量計(jì)算評定法。②熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)評定法。③插銷試驗(yàn)臨界斷裂應(yīng)力評定法。

1.3最低預(yù)熱溫度確定方法

①裂紋試驗(yàn)控制。根據(jù)斜Y坡口試樣抗裂試驗(yàn)確定最低預(yù)熱溫度。②硬度控制。根據(jù)一定碳當(dāng)量的鋼材，其不同板厚T形接頭角焊縫熱影響區(qū)硬度達(dá)到350 HV對應(yīng)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(kuò)散氫含量確定最低預(yù)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(yù)熱溫度。

1.4焊接質(zhì)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(zhì)量百分比。選用優(yōu)質(zhì)堿性低氫焊材，采用良好的操作手法充分保護(hù)熔池金屬（短弧、限制擺動、傾角穩(wěn)定）。③應(yīng)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(hù)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(yīng)分段退焊或多人同時施焊;用跳焊法避免變形和應(yīng)力集中。

總之，對于高強(qiáng)鋼的焊接，應(yīng)根據(jù)鋼材本身的強(qiáng)化機(jī)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(yàn)方法對其焊接性作出評價(jià)，制定合理的焊接工藝，以指導(dǎo)實(shí)際焊接生產(chǎn)。對該鋼種的焊接應(yīng)主要考慮采取措施以降低其冷裂傾向。在焊接時應(yīng)嚴(yán)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(yīng)盡量選擇低氫或超低氫焊材，對焊材嚴(yán)格執(zhí)行烘焙和保溫措施。

2.2焊前防護(hù)

在焊接作業(yè)區(qū)域搭防護(hù)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(shè)防護(hù)棚，應(yīng)該采取其他有效措施對焊接區(qū)域進(jìn)行防護(hù);氣體保護(hù)焊時，焊接氣瓶也應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行保溫。

2.3焊接質(zhì)量控制

①預(yù)熱與層間溫度。低溫環(huán)境下的預(yù)熱溫度應(yīng)稍高于常溫下的焊接預(yù)熱溫度，加熱區(qū)域?yàn)闃?gòu)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(yù)熱溫度或標(biāo)準(zhǔn)（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(dāng)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(yù)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(yán)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(jìn)行后熱保溫處理，利于擴(kuò)散氫氣的逸出，防止因冷速過快而引起的冷裂紋，同時適當(dāng)?shù)暮鬅釡囟冗€可以適當(dāng)降低預(yù)熱溫度。

總之，鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接施工前，一定要根據(jù)實(shí)際情況做好焊接工藝評定試驗(yàn)。必要時還要針對具體鋼種進(jìn)行低溫焊接性試驗(yàn)，制作出適合的焊接工藝指導(dǎo)書以指導(dǎo)實(shí)際焊接。另外，在低溫環(huán)境下，對焊工操作的不良影響也應(yīng)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(shù)

建筑鋼結(jié)構(gòu)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(dá)到125 mm，國家體育場（鳥巢）工程用鋼最大板厚達(dá)110 mm。大量鋼結(jié)構(gòu)工程采用厚鋼板，促進(jìn)了厚鋼板焊接技術(shù)的發(fā)展，同時也豐富了建筑用鋼的范圍。

厚鋼板焊接的關(guān)鍵是防止由于焊接而產(chǎn)生的裂紋和減少變形，應(yīng)主要考慮以下幾點(diǎn)：

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(yīng)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(yīng)力。②合理的預(yù)熱和層間溫度。③后熱和保溫處理。

參考文獻(xiàn)：

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

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[3]GB50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

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