建筑钢结构焊接施工工艺

王东元

摘 要：随着社会的进步和科学技术不断创新，建筑钢结构焊接方面的的工艺以及技术也在不断的更新和完善，近些年新的焊接技术不断的被创造和使用到工程施工中去，不仅为建筑钢结构焊接施工带来了更加简单快捷的方法，而且实现了钢结构技术在建筑领域的快速发展，以及钢结构在建筑方面的质量保证，钢结构的焊接水平提高起到了至关重要的作用。

关键词：钢结构；焊接；施工

1 前言

建筑钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性强、外形丰富、维护方便等优点，其应用范围广泛。焊接技术是钢结构工程建设中非常重要的技术，焊接技术的好坏不仅仅决定着钢结构工程的质量，从跟高的角度来看，是焊接技术赋予了钢结构以生命。目前我国的建筑钢材存在很大不足，在品种、规格和质量水平上和发达国家还有较大差距。在高层钢框架结构施工领域，技术水平高、管理能力强的建筑企业很少，钢结构施工成套技术尚处于完善阶段。

2 高强钢焊接施工工艺

2.1 焊材选配原则

①强匹配。强节点弱杆件：焊接材料熔敷金属的强度、塑性、冲击韧性高于母材标准规定的最低值。焊接接头（焊缝及热影响区）各项性能全面要求达到母材标准规定的最低值。②兼顾焊缝塑性。厚板焊接时按厚度效应后的强度选配焊材，节点拘束度大时可在1/4板厚以下配用低强焊材。③满足冲击韧性要求。必须重点选择焊材的韧性，使焊缝及热影响区韧性达到钢材的标准要求。

2.2 高强钢焊接性评价方法

①碳当量计算评定法。②热影响区最高硬度试验评定法。③插销试验临界断裂应力评定法。

2.3 最低预热温度确定方法

①裂纹试验控制。根据斜Y坡口试样抗裂试验确定最低预热温度。②硬度控制。根据一定碳当量的钢材，其不同板厚T形接头角焊缝热影响区硬度达到350HV对应的冷却速度（540℃时），查表确定焊接线能量。③根据裂纹敏感指数、板厚范围、拘束度等级、熔敷金属扩散氢含量确定最低预热温。④根据接头热输入、冷却时间和钢材的特定曲线图确定最低预热温度。

2.4 焊接质量控制

①控制热输入与冷却速度。控制焊接电流、电压、焊接速度以及熔敷金属800℃～500℃区间的冷却时间。②控制焊缝中碳/硫/磷/氮/氢/氧的质量百分比。选用优质碱性低氢焊材，采用良好的操作手法充分保护熔池金属（短弧、限制摆动、倾角稳定）。③应力与变形控制。选用高能量密度、低热输入的焊接方法，如气体保护焊；用小线能量，多层多道焊接；减小焊接坡口的角度和间隙，减少熔敷金属填充量；采用对称坡口，对称、轮流施焊；长焊缝应分段退焊或多人同时施焊；用跳焊法避免变形和应力集中。

总之，对于高强钢的焊接，应根据钢材本身的强化机理和供货状态，综合考虑其性能要求，合理选择焊接材料和试验方法对其焊接性作出评价，制定合理的焊接工艺，以指导实际焊接生产。对该钢种的焊接应主要考虑采取措施以降低其冷裂傾向。在焊接时应严格控制层间温度和焊接线能量，防止接头出现弱化现象。

3 低温焊接施工工艺

3.1 焊材的选择

在低温环境中，应尽量选择低氢或超低氢焊材，对焊材严格执行烘焙和保温措施。

3.2 焊前防护

在焊接作业区域搭防护棚，使焊接区域形成相对封闭的空间，减少热量的损失，若无条件搭设防护棚，应该采取其他有效措施对焊接区域进行防护；气体保护焊时，焊接气瓶也应采取相应措施进行保温。

3.3 焊接质量控制

①预热与层间温度。低温环境下的预热温度应稍高于常温下的焊接预热温度，加热区域为构件焊接区各方向大于或等于二倍钢板厚度且不小于100mm范围内的母材，焊接层间温度不低于预热温度或标准（JGJ81—2002）规定的最低温度20℃（两者取高值）。②加大定位焊时的热输入。适当加大定位焊的热输入，增大焊缝截面和长度，并采用与正式焊接相同的预热条件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧时弧坑一定要填满，可以有效减少由于定位焊接引起的收缩裂纹。③采用合理的焊接方法。尽量使用窄摆幅，多层多道焊，严格控制层间温度。④焊接后热及保温。焊接后及时对焊接接头进行后热保温处理，利于扩散氢气的逸出，防止因冷速过快而引起的冷裂纹，同时适当的后热温度还可以适当降低预热温度。

钢结构低温焊接施工前，一定要根据实际情况做好焊接工艺评定试验。必要时还要针对具体钢种进行低温焊接性试验，制作出适合的焊接工艺指导书以指导实际焊接。另外，在低温环境下，对焊工操作的不良影响也应给予足够重视，一般环境温度不宜低于-15℃。

4 厚钢板焊接技术

建筑钢结构中厚钢板得到大量的使用，如北京新保利大厦工程使用的轧制H型钢翼板厚度达到125mm，国家体育场（鸟巢）工程用钢最大板厚达110mm。大量钢结构工程采用厚钢板，促进了厚钢板焊接技术的发展，同时也丰富了建筑用钢的范围。厚钢板焊接的关键是防止由于焊接而产生的裂纹和减少变形，应主要考虑以下几点：

①选用合理的坡口形式。如尽量选用双U或X坡口，如果只能单面焊接，应在保证焊透的前提下，采用小角度、窄间隙坡口，以减小焊接收缩量、提高工作效率、降低焊接残余应力。②合理的预热和层间温度。③后热和保温处理。

5 焊接质量控制的主要措施

5.1 制定焊接施工计划

（1）方法、材料、人员管理焊接条件；焊接方法；使用钢材（复验）；焊接材料及其管理；焊工培训、考试及管理；质量控制机构；质量控制制度；防护措施；安全措施。（2）加工。坡口要领；坡口加工要领；引弧板安装要领；组装及焊接顺序。（3）组装。预热要领；引弧板处理；定位焊要领；清根要领；焊缝及加工要领；后热要领；产生不良时的矫正要领；焊缝返修要领。（4）检查。外观检查标准、方法、要领；无损检查方法、标准、要领。

5.2 焊前准备质量控制焊接前进行认真的准备

（1）环境。作业环境；焊接环境；安全卫生注意事项。（2）材料及器具。电源容量；焊接材料种类及组合；焊接材料状态；使用器具状态。（3）加工拼装。坡口形状；坡口尺寸；根部间隙；错边；背面垫板的安装状态；定位焊；引弧板的安装状态。（4）其它。焊接坡口表面的清理和加工；预热。

5.3 焊接过程中质量控制

焊接过程中施焊人员应严格按焊接计划书要求及焊接工艺指导书执行，严肃工艺纪律，对以下项目进行确认。焊接顺序；焊接电源；电弧电压；焊接速度；运条方法；焊缝的设置方法；电弧的位置；前层的焊缝状态；清根；层间温度；焊条或焊丝直径的选择；后热、保温。

5.4 焊后质量控制

（1）外观及表面缺陷。焊缝表面规整与否；压坑；焊瘤；悬垂物；咬边；火口状态；表面气孔；表面裂纹。（2） 尺寸。余高尺寸；焊接长度；角焊焊脚长度，补强角焊的大小；角焊的不等脚长。（3）内部缺陷。裂纹；未熔合；未焊透；夹渣；气孔。（4）处理。引弧板的处理；飞溅物清除合格与否；端部周边焊；焊缝返修。

参考文献：

[1] 邱葭菲.焊工工艺学（第三版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.

[2] JGJ 81—2002.建筑钢结构焊接技术规程[S].

[3] GB 50205—2001.钢结构工程施工质量验收规范[S].