钢结构焊接施工中的问题及对策研究

2014-04-29边英杰

信息周刊 2014年23期

边英杰

【摘要】建筑钢结构是整体建筑结构的基础，在钢结构的施工过程中，焊接技术可以说是核心技术之一，建筑钢结构焊接技术水平的好坏也直接影响着建筑的整体质量优劣。因此，建筑行业必须重视建筑钢结构焊接技术。基于此，文章对钢结构焊接施工进行分析，以期能够提供一个借鉴。

【关键词】钢结构；焊接；问题；对策

1.我国建筑刚结构焊接技术的发展现状

1.1技术与材料

近几十年间，由于建筑钢结构具有良好的稳定性、较长的使用寿命、较高的生产效率以及更加环保节能等，已经被普遍应用于各种建筑建设之中；而在这期间，建筑钢结构的焊接技术也正跟随时代的脚步处于不断发展之中。自上个世纪四十年代起，焊条电弧焊技术被应用进了建筑钢结构的焊接工作当中，到了五十年代中期又引入了埋弧焊接技术，而至上个世纪七十年代，实芯焊丝和药芯焊丝气体保护焊接技术、螺栓焊接技术以及熔嘴电渣焊接技术等新型焊接技术又相继出现，给现代建筑钢结构焊接技术的发展打下了坚实的基础。这其中，很多焊接技术尤其是气体保护焊接技术可以大大提高焊接工作的工作效率，缩短建筑工程的工期，为我国的建筑行业创造更高的经济效益。不过在建筑钢结构的焊接过程当中，通常不能仅采用一种焊接技术来进行焊接，而是要根据其钢原料与焊接材料的不同而选取相适应的焊接技术和工艺，尤其必须要保证所选用的钢原料与焊接材料的硬度与韧性能够相匹配，并根据其硬度与韧性而选择相应的焊接技术。

1.2焊接设备

焊接设备的选用对于建筑钢结构的焊接工作来说十分重要。目前在我国多采用的是来自国外的进口焊接设备来进行钢结构的焊接，而国内所自主生产制造的焊接设备在其技术特性与自动化程度上大多都远远不如国外。然而即使如此，国内很多相关企业仍然没有放弃对焊接设备的自主研究与开发，并且近几年来已经取得了越来越多的成果，水平较以往也有了很大提升。

1.3技术人员

目前因为我国建筑钢结构行业的蓬勃发展，使得从事这方面工作的技术人员也越来越多。

然而，由于建筑钢结构的焊技术是一门技术性很强的工作，因此它对焊接技术人员的专业知识与技能水平的要求也比较高。目前我国在建筑钢结构焊接技术方面的专业技术人才仍然非常紧缺，从事这方面工作的技术人员虽然数量多但其技能水平却参差不齐，真正能达到合格标准的专业人才少之又少，很多需要较强技术性的钢结构焊接工作的建筑工程都非常缺乏这方面的人才，这极大地阻碍了建筑工程的顺利建设。总体来说，我国的焊接技术人员与发达国家相比无论是其自身的素质水平还是市场的管理模式都比较落后，从而导致了建筑钢结构焊接工作的质量不能得到有效保障，更加也不利于建筑行业的进一步发展。

2.钢结构焊接中的施工通病分析

2.1纵向裂纹

当裂纹平行于焊缝轴线时，不管它是沿着焊缝的中心线，还是母材的热影响区内，都称为纵向裂纹。采用自动焊工艺的埋弧焊缝中的纵向裂纹，常常与高的焊接速度有关，有时也会因焊缝金属成分的偏析、或者不显露于焊缝表面的大量气孔而恶化。大厚度材料之间的小焊缝中的纵向裂纹往往是高冷却率和高拘束的结果。

2.2横向裂纹

横向裂纹垂直于焊缝的轴线。它们可能位于焊缝金属、母材，或两者都有。横向裂纹可能尺寸有限并完全包容在焊缝之中，也可能从焊缝金属扩展入邻近的热影响区并进一步进入非热影响区的母材中。发源于焊缝金属的横向裂纹通常是纵向收缩应力作用于过分硬（脆）的焊缝金属的结果。发源于热影响区的横向裂纹通常是氢致裂纹。

2.3弧坑裂纹

弧坑裂纹是形成于弧坑或凹陷处的裂纹，是由不恰当的熄弧引起的。弧坑裂纹是浅的热裂纹，虽然它们可能有其他形状，但通常形成多点的，星状的一簇裂纹。

2.4沟式裂纹

沟式裂纹是纵向裂纹，通常位于焊道的中心，这些裂纹通常是（但并非都是）热裂纹。

2.5焊趾裂纹

焊趾裂纹通常是冷裂纹。这些裂纹从拘束应力最大的焊趾起源和扩展。焊趾裂纹的启动近似垂直于母材表面，但更确切地是垂直于作用于该部位的拉伸应力，并按残余应力和母材粗糙度的不同而在母材中扩展至不同的深度。

2.6根部裂纹

根部裂纹通常为焊缝根部的纵向裂纹，根部裂纹一般为冷裂纹。

2.7焊道下和热影响区裂纹

焊道下和热影响区裂纹几乎总是形成于热影响区的冷裂纹。这些裂纹通常为短裂纹，但可能联接而形成大得多的连续裂纹。焊道下和热影响区裂纹通常与集中了残余应力的焊缝边界连成一线。当有以下三个要素时，焊道下裂纹和所有其他氢致裂纹可以成为一个严重的问题：敏感的微观组织，高残余应力和氢。

3.钢结构焊接问题控制措施分析

3.1焊接裂纹的控制

在焊接施工的选择方面，焊接材料可以用来控制焊缝的化学成分，防治焊纹的产生是通过降低母材和焊接材料中形成低熔点共晶物来实现的；施焊过程中，需要控制电流和焊缝速度等工艺参数，使焊道截面上的宽度和深度比达到工艺要求用来实现控制热量输送的目的；改善焊接接头内部组织需要对焊材进行必要的焊前预热和焊后冷却，提高焊缝的综合性能，防止出现冷裂纹。

3.2焊接变形的处理和控制

在钢结构的焊接工艺中，控制焊接變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。

3.3减少环境影响

在焊接施工前，必须保证焊接区域无水、油漆，铁锈等污物；保证焊接作业区空气相对湿度控制在不大干90%；保证环境温度保持正温。其具体操作可通过在焊接作业前设置放风、防雨或保暖防护棚，或者在作业区准备防护材料，如防水用的铁皮、缓冷用的玻璃棉毡等。

3.4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。

3.5运用焊接新技术

（1）电加热技术

根据焊接热处理构件的形状、尺寸、厚度定制带工装强力碳钢的优质陶瓷电加热器，如陶瓷磁铁式，固定在焊缝坡口对应两侧，有的焊件截面比较复杂可以用铁丝绑扎，然后用接长导线连接到电脑温控仪通电加热，如图1所示。

图1电加热器安装示意图

3.6现场焊接机器人技术

工厂焊接中自动化程度高，施工现场焊接中自动化程度低。随着建筑焊接结构朝大型化、重型化、高参数精密化方向发展，焊接机器人开始被应用于焊接施工中。自动焊技术对于操作人员的焊接技术水平要求较低，大大降低了工人的勞动强度，并且具有焊缝成形美观、焊接过程稳定等优势。

GDC—1轨道式焊接机器人已成功应用于国家体育场“鸟巢”工程钢结构焊接中。

采用实芯焊丝CO2气体保护焊，焊接机器人在“鸟巢”工程九号柱实施了横焊，并在十六号柱实施了立焊及仰焊。该型焊接机器人在大连期货大楼工程建设焊接施工中也得到应用。

结束语

虽然，当前我国在钢结构焊接方面已经取得了很大的进步，然而这其中仍还存在着许多问题与不足之处，有待人们的解决与更加完善。因此，在实际的工作过程中，应当充分落实焊接施工技术，并加强技术创新，从而提高焊接技术的整体水平。

参考文献：

[1]孟凡全.超高层建筑钢结构焊接机器人技术应用[J].金属加工（热加工），2014，18：16-18.