谈钢结构施工安装过程中的焊接技术

安 东 风

(1.太原理工大学，山西 太原 030024； 2.太原师范学院，山西 太原 030002)

谈钢结构施工安装过程中的焊接技术

安 东 风1,2

(1.太原理工大学，山西 太原 030024； 2.太原师范学院，山西 太原 030002)

介绍了在钢结构施工中焊接技术的重要性，概述了目前国内焊接技术的发展现状，以国家体育场“鸟巢”为例，重点阐述了其使用的钢结构焊接技术，并研究了焊接工艺中预防焊接形变的方法以及加强焊接从业人员综合素质的重要作用，对提高钢结构焊接技术水平有重要意义。

钢结构，焊接，技术，焊接形变

0 引言

在钢结构的施工过程中，焊接技术可以说是核心技术之一。通过焊接技术可以把两个无关联的单体合并，整合，继而组合成整个钢结构工程。因而，焊接技术的质量高低关乎着整个钢结构工程的质量水平。

1 我国钢结构焊接技术发展现状

随着现代人们对建筑审美的提高，钢结构工程越来越受到人们的青睐，最具代表性的当属国家体育场——鸟巢，国家游泳中心——水立方，还有广州歌剧院，电视塔，沈阳国际金融中心等建筑，超高层、大跨度钢结构工程一次又一次出现在人们的视野中，新颖独特，独具美感。但是，结构复杂，节点繁多，对焊接技术的超高要求也随之而来，比如，“鸟巢”中空间弯扭构件多分支节点，“水立方”中非对称、不规则球状节点，广州歌剧院的树枝状节点，广州电视塔耐候性钢结构节点，这些都对钢结构的焊接技术提出了高难度挑战。但也可以从这些成功建成的建筑中看到，我们钢结构焊接技术人员克服了一个又一个技术难题，也展现了我国在钢结构焊接工艺的技术水准已然达到了世界先进水平，甚至在有些技术上拥有世界专利。

2 钢结构中的焊接技术

以国家体育场“鸟巢”为例，分析钢结构施工过程中的焊接工艺。“鸟巢”的总体安装方法采用分块高空散装的方法，主体结构共分为3个阶段,8个区域，230个安装单元，涉及到的焊接技术有14项，共使用钢材5.3万t。

由于结构中使用的钢板厚度较大，焊缝集中，纵横交错，需要克服的焊接应力和焊接变形缝较大，这些给焊接工作带来一定难度和挑战，14项焊接工艺也基本代表了我国焊接技术的发展史，分别是：厚板采用 SMAW-GMAW-FCAW-G复合新工艺技术、Q460-Z35焊接性试验研究新技术、铸钢及其异种钢焊接技术、大规模采用电加热预(后)热技术、大面积采用仰焊技术、GMAW，FCAW-G大流量防风技术、钢结构低温焊接技术、防止冷、热裂纹技术、层状撕裂防止和处理技术、焊接机器人(FCAW-SS)焊接技术的应用特殊焊缝处理技术、钢筋 T型焊接接头压力埋弧焊新工艺、复杂钢结构应力应变控制技术、特殊钢结构合龙技术。

在“鸟巢”的施工过程中，次结构的施工难度也是非常大的，这主要表现在对焊缝的处理上，焊缝多为受力焊缝，分布无规律，而且很集中，这对于焊接工程可谓是十分困难的，一旦出现焊缝的不合格，对整个结构都是潜在的质量隐患。在对型号为Q460E-Z35钢材进行焊接工作时，首先进行了大量的焊接试验，对采取的技术方法反复检验研究，比如Q460E-Z35的热矫正试验和热切割试验，焊接冷裂缝试验以及刚性焊接试验等，在《建筑钢结构焊接技术规程》的要求下，对184项要求进行一一检验，包括焊接的位置、技术、材料规格型号等。在“鸟巢”的施工中应用了GMAW，FCAW-G大流量防风技术，在正式施工前也进行了多次反复的实验室试验。为了防止冬季施工带来的安全隐患，还专门进行了达24项的型号为Q460E，Q345GJD钢的低温焊接试验，采用了先进的远红外电加热技术，使得焊缝受热均匀，温度可控，有效防止焊接裂纹的产生，对控制应变力起到了积极作用。

此外，随着对节能减排和环境保护的要求，焊接技术也要与时俱进，这在“鸟巢”“水立方”等新的钢结构建筑中表现得尤为明显。比如埋弧自动焊(单丝、双丝或多丝)焊接、CO2气体保护焊(实芯焊丝或药芯焊丝)焊接、电渣焊、气电立焊、栓钉焊等；焊接设备大量采用节能、环保且焊接质量优异的逆变焊机。 这些新技术、新设备的投入使用，不仅使得焊接工艺水准更高，而且使得成本更低，质量更有保证，减少了施工过程中对环境造成的污染。

3 焊接变形的处理和控制

在钢结构的焊接工艺中，控制焊接变形是非常重要的一项工作，这主要是由于焊接过程中温度变化不均形成的塑性或刚性形变，会影响接头的韧性和疲劳强度，降低其抗腐蚀性能，是焊接施工中不可避免也是产生后果很严重的问题之一。避免焊接变形的主要措施有：合理设置焊接坡口，减少焊接形变；合理安排焊接顺序，减少集中应力的出现；在角焊缝焊接中采用反变形措施，对于对称构件的焊接采用同时对称施焊，都可以有效预防焊接形变。此外，合适的焊接材料、合理的焊接工艺都是减少焊接应力产生的基础。

4 加强焊接从业人员的培训管理

保证钢结构质量的关键在焊接技术，而焊接技术则需要靠从业人员的技术水平与焊接工艺来保证。目前我国评定是否具有操作能力的方式主要是资格证的考取，主要包括焊工合格证、职业技能鉴定等级证、特种作业人员安全操作证，而在2008年“鸟巢”“水立方”的建设中，不仅需要三证齐全，而且还对所有的焊接操作人员进行了强化式的培训和学习，只有通过了考试者才给予录用，足见对其综合素质的要求是相当严格的，这也是保证工程质量的重要举措。

5 结语

随着科学技术的进步，我国钢结构的焊接技术也会向更高层次发展，节能、高效、低消耗、零污染、低成本、自动化，就是我们的发展方向，同时也必将会产生新工艺、新设备、新材料，进一步推动我国钢结构焊接技术水平的提高，建造出举世惊叹的钢结构工程。

[1] 黄明鑫,刘子祥,戴为志，等.国家体育场“鸟巢”钢结构工程加工与安装关键技术[J].工业建筑,2007,37(5):73-76.

[2] 曾 乐.焊接工程学[M].北京:新时代出版社,1986.

[3] 陈伯蠡.焊接工程缺欠分析与对策[M].北京:机械工业出版社,1998.

[4] 陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社, 2002.

[5] 梅雪丹，杨高伟.钢结构建筑施工管理技术分析[J].城市建设理论研究(电子版)，2013(9)：79-80.

On welding technique for construction installation process of steel structures

AN Dong-feng1，2

(1.TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China； 2.TaiyuanNormalUniversity,Taiyuan030002,China)

The paper introduces the importance for the welding technique in the steel structural construction, surveys the development of the welding technique in China, mainly illustrates the steel structural welding technique by taking “the Bird Nest National Stadium” as the example, and researches the methods for preventing the welding deformation of the welding craft and the important role of enhancing the comprehensive quality of personnel, so it is meaningful for promoting the steel structure welding technique.

steel structure, welding, technique, welding deformation

1009-6825(2014)35-0111-02

2014-09-22

安东风(1976- )，女，在读工程硕士，工程师

TU391

A