钢结构焊缝连接技术的应用和发展

文/张蔡南 浙江省建工集团有限责任公司 浙江杭州 310012

钢结构跨度大，通过节点连接空间整体结构，节点的连接质量对钢结构建筑的整体质量至关重要，直接决定了钢结构建筑的使用寿命。采用焊缝连接技术的节点连接质量明显优于其它方式，具有刚度大，密封性好的优点，所以成为施工单位的首选技术。焊缝连接是将钢结构部件采用物理方式连接在一起，随着自动化技术的应用，提高了焊接技术的效率和质量，推动了焊缝连接技术在钢结构工程中的应用。

1、焊缝连接的概述

我国早期建筑是铁制建筑物的，现代化钢结构起步较晚，经过多年发展现在已经成为钢结构强国。尤其是2008年奥运会，极大带动了钢结构的发展，奥运会国家体育场等为代表的一批钢结构工程，都具有国际一流技术水平，得到了世界各国的广泛赞誉。我国钢结构行业蓬勃发展，离不开先进的技术和设备，如波纹板自动焊接机床在钢结构焊接中发挥着重要作用，实现了焊接自动化，保证了钢结构节点焊接质量。世界一流的钢结构企业多达上百家，有很多的钢结构制作特级和一级企业。美国新海湾大桥是世界上跨度最大的钢结构桥梁，我国振华重工承建了完成了大桥钢结构的焊接施工，这是整个项目最大的难题,标志着我国焊接技术的进步和成熟。

2、焊缝连接技术的应用

2.1 焊接存在的问题及解决措施

2.1.1 焊接残余应力

钢结构在焊接时后产生剧烈的温度变化，因为焊接部件受热不匀，钢结构的导热系数大，热胀冷缩的比较显著，在膨胀时会产生纵向残余应力，冷却收缩时会出现横向残余应力。常见的方法一是利用热时效法原理，从减少温差的角度去消除残余应力的影响。将需要焊接的部件预先加热到一定的温度，然后进行焊接，效果比较明显，但是加热需要大量的热能，造成能源的浪费。二是局部低温势处理法。通过对焊缝两侧加热，减少焊缝周围焊接时的残余应力，另一方面对其它部位冷却降温，让这两部分产生的残余应力相互抵消，从而起到消除残余应力的目的。

2.1.2 焊接变形

因为焊接工作剧烈的温度变化，所以焊接变形是焊接工作中不可避免的现象，但是可以通过技术手段减少焊接变形的影响。非人为因素主要是温度变化等不可控因素造成的变形，一般都是外界因素的影响。如钢结构部件焊接时受热不均匀引起的变形。人为因素主要是指由施工操作人员的操作引起的变形，与人的技术水平有很大的关系，例如钢结构部件焊缝不均，焊接时温度、速度等变化较大等人为可以控制的因素，造成的变形。非人为因素是客观因袭，不可能完全消除，所以技术人员要结合实际情况，科学的选择焊接技术，减少变形的程度。针对人为因素，可以通过加强技术培训，提高焊接水平等手段减少其不良影响。

2.1.3 焊缝节点脆性断裂

焊缝节点脆性断裂是焊接工程中常见的问题之一，主要是钢材地韧性、塑性等特性的变化引起的。它是焊缝节点不明显的变形引起的断裂。钢材中除了含有铁元素之外，还包括其它的元素，如碳、硅、锰等，这些元素含量多少直接影响了钢材的物理性能。所以造成焊缝节点产生质量问题，出现裂纹、砂眼等情况，严重影响焊接质量。外界环境对焊接质量也会产生较大的影响，如果温度较低，钢材的韧性等性能降低，导致焊接出现脆性断裂的几率加大。为了保证钢结构焊接质量，减少焊缝节点脆性断裂可以从以下方面入手：一是科学选择焊接工艺，在进行当板拼接时，根据材料的材质厚度等合理设定焊接参数，并采用对接焊缝，及时打磨焊缝表面减少应力变形。二是选用优质焊条，悍跳的材质决定了焊接的质量，不同的材料膨胀系数不一样，所以要尽量选择与钢结构材质强度一致的焊条，减少膨胀系数的差距，减少形变引起的脆性断裂。

2.2 焊接形式及其优越性

钢结构节点连接是钢结构施工的核心环节，直接影响着工程的整体质量。节点的连接一般采用单一的连接方式，但是在进行项目的改造时，可以根据项目的具体情况，在一个连接节点处采用两种以上的连接方式，增强节点的强度等性能，提高节点的连接质量。现在普遍的使用焊缝连接与栓接相结合的新型节点连接方式，大大提高了钢结构的整体强度，保证了钢结构建筑的稳定性和安全性。焊接技术根据钢结构材料的性质来选择，衬板应该采用双边焊缝构造，对接焊缝构造形式适用于梁柱节点。如果选用当角焊缝进行梁柱节点连接，容易产生裂纹。焊接连接技术与其它技术相比较，具有高效、成本低、操作简单、节点连接质量好等优势，可以提高钢结构的稳定性。

2.3 二氧化碳保护焊

因为二氧化碳保护焊利用二氧化碳隔绝空气与焊丝，由于二氧化碳的防护保证了焊接的稳定性，减少了焊接部件的形变，提供了焊接的质量。二氧化碳保护焊操作简单，焊接时对空气污染小，焊接表面清洁不用进行后处理。而且适用范围广，不受工件厚度等因素影响。由于二氧化碳的保护作用，焊接时产生热量及时冷却，产生的应力变形小，提高了节点焊接的质量。焊接时由于光热辐射较强，所以应该注意做好防护措施。深圳大运中心主体育馆采用了二氧化碳气体保护焊，解决了焊接变形和应力过大等难题，成为二氧化碳保护焊应用的标志性工程，体现了其在钢结构焊机领域的优势。

结语：

焊缝连接技术的发展，提高了钢结构的稳定性，从而推动了钢结构的发展。焊缝连接技术具有优越性能是其它连接技术无法比拟的。但是焊接技术的应用过程中也有节点脆性断裂、焊接变形等缺陷，针对这些缺陷，要不断优化焊缝连接技术在钢结构行业的应用，提高钢结构节点焊接质量，从而保证钢结构建筑的整体质量，促进我国钢结构行业可持续发展。