建筑钢结构的焊接工艺及其性能分析

何凯 江西江铃集团新能源汽车有限公司

钢结构，简单来说，是由钢制材料组合而成的结构，也是建筑结构类型的重要组成部分。结构主要是由钢板制成的钢梁及钢柱等构件组成，每个部件或者构件之间使用焊接连接方法或者螺栓连接方法。由于其自重较轻，施工简单方便，所以普遍应用于大型的场馆等领域。本文从不同角度分析建筑钢结构的焊接工艺及其性能，以供大家参考。

1 建筑用高性能钢的特征

建筑用钢结构本身必须要具备良好的力学性能和加工性，衡量钢材性能的重要指标是强度、断面收缩率及可焊性等等。因此，为了提高建筑结构的可靠性和安全性，在选用材料时，应该进行综合考虑。从钢结构焊接标准规范能够看出，随着碳当量的逐渐增加，钢材强度也会不断上升，该现象的出现，会在很大程度上加大焊接的难度，钢结构工程焊接的难度级别如表1所示。

表1 钢结构工程焊接难度级别

2 焊合在建筑钢结构的重要性

一般来说，焊合在建筑钢结构的重要性主要体现在以下几个方面：在钢结构建筑施工中，选用的连接方法是以焊接工艺为主，有效的应用焊接工艺，既可以确保建筑整体质量，又能够提高工作效率。在该过程中，若焊接工作实施缺乏和伦理性，或者焊接没有发挥出实质性的作用，这样势必会不利于整项工程的实施，造成大量的工程隐患出现。其二，现如今，钢结构的连接方法是以焊接为主，在钢结构中焊接具有良好的性能，灵活性较高。对于施工人员来说，能够拓宽本身的想象力，在此基础上制定有关的方案。其三，焊接在建筑钢结构中起到非常重要的作用。焊接要求具备较强的实践性和理论性，而且在选择焊接类型时，由于操作人员是不同的，所以最终获得效果存在较大的差异性。在具体工作中，一般建筑连接工作都是处在复杂环境的区域内，这就要求各个连接点都要具备较好的连接性能和抗震性能，在降低消耗量的前提下实现最佳的视觉效果。综合以上所述，想要确保焊接在建筑钢结构中的质量，必须要建立完善的质量管理体系，科学合理的使用焊接技术是十分重要的。

3 建筑钢结构的焊接工艺要求

3.1 基本的选用原则

建筑用钢结构必须要结合实际应用需求，有效的选配钢材，根据《钢结构焊接规范》2011，必须要经过专家认真审议后，才可以在工程中应用这种钢材料，并且需要使用良好的焊接工艺，对焊接接头进行高效的处理。涉及到高性能钢材的应用行业，应该将有关的焊接性能技术材料整理后，主要包括两种类型的钢材，分别是屈服强度低于170MPa和屈服强度高于460MPa的钢材。

钢材焊接性能技术资料可以采用试验的方法或者厂家来获取，厂家对钢材的各方面性能有一定的了解，可以不通过其他的渠道直接向厂家索要。并且可以委托具有专业检测资质的第三方机构完成钢材性能试验的验证。总而言之，应该获取完整的系统化技术资料，主要包括钢材碳当量检测、焊接材料性能检验、焊接工艺评定资料、钢板热切割热矫正实验资料以及坡口焊接纹实验等等。

3.2 焊接工艺的要点

3.2.1 选用适合的焊接方式

对于建筑钢结构的焊接性能而言，焊接方式是非常重要的，必须要结合实际需求和结构特征进行高效的选用。按照《钢结构焊接规范》的有关规定，在民用或者工业钢结构工程中，在动荷载和静荷载同时作用下的超出3mm后的钢结构焊接，可以选择焊丝自保护焊、埋弧焊以及电渣焊等组织形式。但是针对结构性能要求高的钢结构焊接，必须要保证较低的焊接热输入量。这种类型焊接方法可以选择气体保护焊、气电立焊以及焊条电弧焊等等。同时，许多实验表明，高强钢的焊接热输入量低于50kj/cm。因此，面对极端的情况时，气电立焊、埋弧焊等最大热输入量可以超出50kj/cm，所以不能选用。对于性能高的钢材来说，为了可以获取水准高的焊缝金属性能，必须要严格控制焊接热输入量。尤其是E类钢材，以避免高的焊接热输入导致焊缝接头韧性的减少。当前，对于焊接热输入量的控制方法是指严格控制单道焊缝宽度，不同的焊接方法，单道焊缝宽度的宽度也是不同的。比如：焊条电弧焊的宽度要小于5倍的焊条直径，气保焊的宽度要小于20mm，而且尽可能不要使用双丝焊型的埋弧焊。

3.2.2 对于焊接质量的有效控制

在最低预热温度控制中，应该从以下几点入手：首先，实施裂纹实验，结合实际情况确定板厚约束度、裂纹指数等等，对这个时间段进行全面控制。想要从根本上实现焊接质量的正确控制，应该采用控制冷却液速度、变形材料等方法。然后，在低温焊接中，需要选择氢含量低的焊接材料，而且要做好低温处理工作，在焊接过程给中防止出现热损失的情况。对于厚板块来说，必须要选用适当的坡口种类及城建温度，这样可以避免出现焊接变形的问题，最后，焊接高强钢时，应该考虑钢材质的强化机理，而且在遵循相关指标要求的前提下，选择合适的钢材及先进的焊接工艺，以此确保焊接全过程的质量。

3.2.3 选择合适的焊接材料

相对于常规的钢结构焊接，高性能刚接材料的选用方面具有一定的特殊性，具体表现在以下几点：其一，等强匹配性。因为母材的韧性与焊接材料是不同的，需要根据母材的性能，对焊接材料的性能对合理的匹配，确保焊接金属性能不会小于母材的性能下限，比如：热影响区、焊缝等焊接接头性能。其二，综合考虑焊缝的塑性，因为实际生产过程中钢材存在厚度效应，在选用焊缝材料上要进行全方面的考虑，并且在厚度效应的前提下选择焊接材料。如果节点约束度相对较大，应该选择强度低的焊接材料。其三，必须要考虑到冲击韧性要求，在钢材焊接材料中冲击韧性是关键性能，为了可以使焊接韧性与钢结构设计准则相符合，必须要精准控制焊接材料的氧、硫等元素，比如：对于无裂纹钢材的焊接，可以选择低氢类焊料；超过零度，钢板厚度低于50mm的时候，可以直接省略掉预热环节，并且获得优异的冲击性能。

4 实验测量和结果论述

在日常的实验工作，最常用的实验材料是钢结构板材厚度为13mm的405/q235r复合板，碳、硫元素在405钢化学成分中分别占据0.07和0.021。而屈服强度和抗拉强度主要是315Mpa和400Mpa。

焊接工艺采用E5015型焊丝的焊条电弧焊，焊材分别采用ER309L和A302来对比其焊接质量之间的差异性，接头的拉伸力学性能采用CMT5105型电子万能拉伸机实施测试工作，以此获得程度不同的屈服强度、断后伸长率数值等等，利用电子显微镜和照相机对焊接的宏观形貌进行观察。

5 结语

在实际应用中，钢结构容易受到不同条件的影响，比如：沉降、温度以及荷载等等。因此，钢结构应该具备良好的加工性能和加工性能，包括焊接性能、强度性能等等。同时，应该认真做好钢结构部件之间的焊接，以确保钢结构建筑的稳定性、可靠性和安全性。