试论建筑钢结构低温焊接施工技术

2015-10-21董海

建筑工程技术与设计 2015年19期

【摘要】钢结构工程中的低温焊接（即在冬季施工）一直是我国科研机构的主要研究课题之一。钢的结构决定了在某些特定条件下，例如低温条件下，容易变得更加的脆，很容易就能破裂，所以在低温条件下钢结构的焊接技术就成为了大问题。本篇文章针对钢的低温条件下的焊接施工技术做出了细致的探讨。

【关键词】焊接技术；建筑钢结构；焊缝金属；钢结构施工；冬季施工；焊接试验；脆断；厚板焊接；焊接接头；异种钢焊接

一、工程特点

我国目前最为突出的钢结构代表作就是我国在2008年奥运会中的“鸟巢”体育馆，该体育馆所使用的钢达到了53000t，而且其中所涉及的钢种达到了六种，这些钢全部是焊接而成。造型独特新颖，为双曲面马鞍形结构，应力应变控制复杂。

这种超大型的工程提前很长时间就要施工，工期较长避免不了出现冬季施工的情况，其中，更是有1万t以上的钢结构在冬季施焊安装，并且厚板焊接较多。“鸟巢”的准时合拢（合拢温度为14℃±4℃，合拢温度为20～23℃）和整体卸载，以及焊接结构安全运营，全部都是靠着优秀焊接技术完成的，这也让我国的焊接工艺在奥运会期间大放异彩。

而且，鸟巢体育馆的设置比较独特，多个节点，支点较多。施工过程中，防风措施很容易就能办到，但是保温技术以及低温焊接却是一个巨大的难题，不仅难以控制，而且耗资巨大。但是，事关重大，举世瞩目，因此对低温焊接技术和施工工作提出了相当高的要求。

下面我们就以鸟巢为例，来谈一谈我国的低温焊接技术。

二、低温焊接试验分析及结果

焊接材料、规格及其焊接位置。

1.低温焊接试验分析

（1）环境的变化对低温焊接的质量影响并不是决定性的。一旦外界环境变化，特别是温度降低的时候，母材本身的温度和加强后热是低温焊接成功的基本保证。

（2）在进行温度预热的时候，对钢结构的强度影响是巨大的，尤其是在要进行厚板焊接的时候，对其的影响是一定的。所以我们应该重视温度预热，减少材料的损失，把误差控制在有效的范围之内。

（3）温度的降低是一定会导致焊接指标的下降的，在低温情况下，进行钢结构焊接，不同的钢结构需要不同的冷却时间，才能使结构的指标达到最优，在温度过低的情况下，焊缝就会提前冷却，从而导致钢的各种指标不到位

（4）焊接的热循环传导决定了薄板（20mm）在低温环境下，受低温影响较厚板（60mm）小。

2.低温焊接试验结果根据“鸟巢”钢结构低温焊接试验研究的目标，汇总所有试验及检测数据，得出如下结果。

（1）在鸟巢体育馆冬季施工过程中，最低的温度已经到达了-15℃。在这种温度下，测温仪、送丝机工作也不正常，因此，我们将最低的温度设置为-15℃。在进行低温度焊接实验中，可以肯定的一点就是钢材结构的抗拉强度是一定会降低的，一旦我们控制不好接头处的低温焊接工作，会导致钢材的扛拉强度低于标准，也就意味着本次施工是不合格的。

（2）在很大的程度上，在鸟巢建造过程中的预热工作，是“鸟巢”钢结构低温焊接试验成功的关键，而且，紧急的后续预热工作也是工程顺利完成的另一个保证。

三、低温焊接的实验结果和现实施工中的施工结果是不同的。

实验提供的结果仅仅是一个方向，在施工过程中千万不能照搬套作，结果往往会是适得其反的。

在实际工程的施工中还有一个更重要的方面就是冷却焊缝，一旦温度过低就会导致焊缝裂开，得不尝失。因此，在工程中应注意以下应用原则。

（1）根据所要建造的建筑物的特点来合理的分配焊接顺序，合理的顺序冷却是保证一旦焊缝出现了问题我们可以进行第一时间的补救，这样的方式方法虽然听起来没有什么技术性，然而所起到的作用是巨大的。

（2）钢材本身应实现正温。要使用不同的方式方法来进行钢材本身的预热，只有钢材本身的预热效果达到了，才能确保钢内部结构和各项指标在低温焊接以后不容易出现差错。

（3）正确选择预热方式。在预热的温度和预热的效果有这明确的规定的前提下，我们要使用正确的预热方法来进行预热加固。通常，我們所使用的预热方法主要有两种，一种是电加热，一种是火焰加热。电加热比火焰加热的效果更加的明显：预热区域受热均匀，有效防止局部受热造成的接头附加应力；升温速度均匀、可控，防止造成母材过热等现象，可达到母材充分均匀预热；对于整体结构焊缝而言，防止受热不均造成构件变形。

四、现场低温焊接技术规程

1.焊工防护及适应性训练

（1）要确保工程的的顺利进行，焊工的技术一定要过硬理论知识一定要明确。在进行低温焊接的技术性训练中，要使用的钢板是δ≥25mm钢板，进行横、立、仰位置的施焊，并以UT检测及外观检验合格为标准。

（2）焊工在正式焊接前，必须要做好充分的心理准备，做好防寒措施，有可能工期会很长，保温措施不到位很有可能会引起自身的人身安全问题。

（3）在冬季施工，尤其是低温焊接不仅耗费巨大的体力，而且长时间的高强度工作会导致人的精神收到损害，所以适当的缩短倒班时间是一个很好的方法。

（4）在低温焊接的过程中，应该设置有专业的监管人员，对焊工的施工状态有一个明确的判断，及时的判断工作人员的工作状态。确保工程的顺利进行，工作人员的人身安全。

（5）在下雪的天气中进行高空施工作业时，要安排专门的工作人员来进行通道的积雪处理，确保在施工过程中不能打滑，保护焊工的人身安全。

2.焊接方法及技术措施

（1）预热方式的设定：δ≥30m m，采用电加热；δ≤25mm，采用火焰预热。

（2）预热温度的要求如下所示。

预热温度钢材牌号接头最厚部件的厚度在δ≤2525<δ≤4040<δ≤6060<δ≤80δ>80Q3452之内，那么所要预热的温度就要在0～4060～8080～100100～120150Q460E>150（℃）之内

（3）在拘束度大的情况下，我们的预热温度要适当的提高15～30℃。才能保证钢材的各项指标能够趋于正常。