钢结构焊接现场施工工艺分析

2022-07-06郑园园浙江精工钢结构集团有限公司浙江绍兴312030

中国房地产业 2022年14期

文／郑园园浙江精工钢结构集团有限公司浙江绍兴 312030

引言：

钢结构的焊接施工主要是以人工焊接为主，在施工过程中比较常见的焊接技术主要包括二氧化碳保护焊、电弧焊等。在建筑工程的施工时，钢结构一般要在现场焊接，而很多施工现场的环境比较复杂，焊接作业条件比较恶劣，会在一定程度上对钢结构的焊接工作产生影响。在具体的钢结构焊接过程中，现场的温度、湿度、风力等都会对质量产生影响。特别是在冬季低温条件下进行施工时，如果出现下雪、结冰的情况，会直接影响钢结构焊接施工的整体质量。因此，需要对钢结构焊接施工现场工艺要点进行深入分析，掌握钢结构式焊接质量保障措施，提升建筑工程钢结构焊接施工水平。

1、钢结构焊接施工技术特点

在我国国家产业技术调整的背景下，钢材的需求量在不断增加，在一定程度上可以保证建筑工程施工的便利度。随着钢结构材料的不断创新，目前在不同的工程建设领域，钢结构都有所应用。钢结构工程的主要特点表现在以下方面：

第一，钢结构更加新颖，结构也比较多样化，很多大跨度复杂空间形状的钢结构构筑物可以在极大程度上提高建筑工程项目的个性化以及审美性。高层钢结构的成功应用进一步推动了钢管结构的普及。在住宅建筑设计施工中对新型钢结构的应用也越来越普遍。

第二，钢结构构件的形式也越来越多样化。随着建筑结构形式的不断丰富，节点构造越来越复杂，新品钢材料也不断增加。并且对新品种钢材进行开发和利用也越来越受到重视，构件材料逐渐朝着低合金高强钢和铸钢的方向发展。

2、钢结构焊接施工难点

在钢结构建筑不断发展的过程中，要认识到钢结构焊接施工的难点，才能够保证建筑钢结构的施工质量。目前，在钢结构焊接过程中的难点主要表现在以下方面：

（1）受施工环境的影响相对较大。在钢结构焊接过程中，施工环境比较恶劣，还需要在高空条件下焊接。钢结构节点位置、节点构造以及结构体型等会导致焊点比较多，焊接面比较广泛，并且内容也比较繁多，导致钢结构焊接难度增加。除此之外，在钢结构节点焊接施工过程中，受拘束应力的影响比较大，很容易导致焊接接头出现质量问题。再加上节点施工的复杂度比较高，结构比较特殊的造型和焊接接头约束应力不断增加，会出现双向或三向应力，也会导致焊接接头裂纹概率增加。

（2）因为新钢材品种的不断应用，现场焊接施工工艺缺乏完善，很多技术人员并没有全面掌握新的施工技术和工艺，再加上本身缺乏工作经验，能力有一定限制，就导致焊接过程出现一些质量问题。在铸钢和低合金高强钢后板焊接过程中，也会因为钢材的硬性比较大，裂纹敏感性较大，很容易出现焊接缺陷。

（3）在当前的钢结构焊接过程中，热保温工艺并不完善，在开展钢结构现场焊接质量控制过程中相关的措施力度不够，未执行统一的可行性执行频率标准，也没有开展节点焊接超声波无损检测探伤，会导致钢结构焊接质量缺陷长期存在。

现阶段，手工电弧焊是钢结构焊接中比较常见的方法，在钢结构施工过程中，需要加强手工电弧焊的现场管理工作。但项目管理人员的综合水平和专业技术能力参差不齐，会影响钢结构现场施工环境的防控能力。在露天作业时，受高温、高寒、雨雪、大雾等恶劣天气的影响也比较大，在夜间施工时能见度低，在高空作业时危险系数会大幅度上升。高空焊接作业的施工工序控制难度比较高，无法全面保证钢结构焊接使用材料和设备的可靠性。在高温条件和带电条件下进行施工时，因为钢结构自身有导电性，在焊接过程中可能受高温影响比较大。因此，在钢结构焊接过程中需要对焊接环境进行严格控制，特别是要对焊接材料质量产生影响的各种因素进行严格控制。

3、钢结构焊接质量的影响因素

（1）施工现场温度与湿度

在当前的钢结构焊接质量控制过程中，需要对影响钢结构焊接质量的各种因素进行准确把握，其中施工现场的湿度和温度是对钢结构焊接质量产生影响的重要因素。在施工现场附近的温度会对钢结构焊接传递的热量速度产生影响，从而影响钢结构焊接点的结晶速度，对焊缝组织会产生影响，最终影响钢结构的焊接质量。在钢结构焊接过程中会出现理化反应，如果施工现场的温度不合适会导致焊接接头的性能出现改变，对工程施工质量和安全产生影响。除此之外，在施工现场的附近湿度受氢元素的作用影响会产生化学反应，这些化学反应会影响焊接接头的性能，并且受高温和湿度的影响较大，氢元素快速溶解在焊缝中会导致结构产生裂纹的速度增加。在钢结构焊接的过程中，如果附近的空气氢元素浓度比较高，可能会出现焊接接头裂纹，甚至会导致钢结构断裂，对焊接接头的质量产生严重的负面影响。

（2）施工现场风力

在钢结构焊接现场施工的过程中，施工现场风力也会对钢结构的焊接施工质量产生影响。钢结构焊接施工本身是动态变化的过程，在施工过程中受野外大风的作用相对较大。如果风力比较大，钢结构焊接的稳定性会受到极大影响，大风作用会对钢结构焊接的可靠性以及稳定性产生负面影响，对人工气保焊施工的稳定性会产生严重影响，导致钢结构焊缝快速成型质量不佳。与此同时，大风会与温度湿度共同发挥作用，对钢结构的焊缝产生影响。风速比较大的情况下，会导致焊缝冷却速度增加，从而使融合区组织变成马氏体组织，导致焊缝硬度增加，钢结构裂纹出现概率也会不断增加。

4、钢结构现场焊接工艺要点

（1）科学选择焊接材料

在钢结构现场焊接的过程中，需要对焊接材料进行科学选择，这是钢结构现场焊接工艺的主要施工要点。为了有效选取焊接材料，在钢结构现场焊接过程中需要对具体使用的材料进行深入分析。钢结构焊接中使用的材料比较多，并且比较繁杂，除了焊条、焊丝等构件之外，还有焊剂等材料。在材料管理时需要以钢结构工程项目的具体情况为基础进行采购和检测。进场之前要对不同材料的性能进行检测，查看其是否有质量合格证书，禁止伪劣材料进入到施工场地。同时要对微合金化程度比较高的焊材进行检测，进一步保证焊缝的施工质量。除此之外，还要根据焊接材料的具体情况采取科学合理的方式对焊接材料进行保管，焊接材料要放置在专门的库房内，并且要有专业人员进行管理。重视库房内的通风干燥，以具体情况在库房内放置温度计。管理人员要对库房内的湿度和温度的进行定期观察，保证库房内温度适中，使库房能够满足焊接材料的具体性能需求。在焊材放置过程中要尽可能放置在专门的货架上，确保货架与地面和墙面有一定距离。除此之外，在开展焊接材料管理的过程中，需要根据不同材料的具体用途进行分类管理，放置在固定位置并做好标记，方便后期施工时取用。

（2）严格遵循焊接顺序

在钢结构现场焊接施工的过程中，需要严格遵循焊接顺序，保证焊接质量。根据平面和立面以及不同的结构形式开展钢结构现场焊接工作时，需要根据具体的地理位置进行分区组织以及施工。钢结构在安装完成三个或者三个以上的单元矫正以及高层钢结构施工时，需要从平面中心位置选择四边都有焊接梁的柱子，将其作为基准柱。将这一基准柱作为锤片测量基准。

第一，要让四周有抗弯焊接的梁朝着四周不断扩展进行焊接。

第二，严格按照安装顺序不断进行焊接，并且要选择结构对称的焊接顺序。

第三，在焊接混合节点时，要根据相关的设计要求，在梁的腹板高强度螺栓先拧紧70%后，焊接梁的下、上翼缘板，终拧高强度螺栓100%后。

第四，在竖向焊接过程中的顺序为：上层框架梁、柱脚板部位、下层框架梁、压型金属板支托、中层框架梁、压型金属板支托、上柱与下柱等焊接作业。最终进行钢结构焊接检验。

第五，在柱梁节点对称的两根梁焊接时，需要同时进行下梁的两端焊接作业时，不能同时进行焊接。与柱节点进行焊接时，箱形柱的对称两面需要由两名焊工按照焊接顺序进行焊接。梁的焊接需要先完成下翼缘焊接，之后再进行上翼缘焊接，可以减少角变形问题。

（3）强化缺陷处理与检测

在钢结构焊接现场进行施工作业时，需要强化缺陷处理及检测工作。特别是在焊接过程中，如果焊缝表面缺陷已经超过允许范围，施工人员需要利用砂轮进行打磨，完成处理后对焊缝尺寸进行检测。如果焊缝尺寸不达标，出现咬边情况，需要进行补焊返修，保证焊接的质量。利用NDT 对钢结构焊接质量进行检测时，如果内部存在超标缺陷，需要根据具体的情况制定切实可行的返修方案，明确缺陷位置并使用砂轮对缺陷进行清除。在清除缺陷的过程中，还要将刨槽加工成四周边斜面角在100°的坡口，并利用PT 对裂纹内物部是否存在杂物等进行检查，确保能够彻底清理。在返修焊接时需要使用连续焊接的方式进行处理，如果存在特殊情况需要重点关注，做好保温措施。在返修焊接前，需要对钢结构部位是否存在裂纹问题进行检查，之后利用合适的方式进行焊接施工。在补焊过程中，温度要比正常预热温度更高，主要是以工程节点为基础选择合适的焊接工艺。在返修过程中需要注意如果同一部位的补焊超过两次，需要采取其他方式进行处理。如果两次返修仍然不能达标，需要重新制定返修方案，并且要由技术负责人员进行签字才能够执行。在返修焊接之前要加强无损检测，同时要对具体的施工过程进行详细记录，方便后期查阅。

钢结构的不同构件、零件的加工和组装过程中都是以外力和加热作用为基础的，这会导致钢材本身局部钢纤维伸长或缩短，不同部件会出现整体形状改变，外力与热作用消除后，钢材无法恢复到原来的尺寸或形状。通常情况下，导致钢结构变形的主要原因是钢板或构件的切割变形或焊接变形。

第一，切割变形控制。为了防止在钢结构焊接过程中出现切割变形，在切割的过程中需要遵守具体的操作规范，在大工件切割时需要从短边开始。在钢板上切割不同的尺寸工件时，需要先完成小件切割，后完成大件切割。在钢板上切割不同形状的工件时，需要先完成比较复杂的工件切割，后完成简单工件的切割。在长条形板切割过程中，长边要留出50mm不割，等到割完成后再割断。利用高纯度氧进行切割时，要保证氧气的纯度达到99.5%以上，同时要根据切割的具体规范和参数要求进行操作。在具体的切割过程中，要以工件的实际情况对割嘴号码、火焰性质、切割氧压力、割嘴高度、切割速度等进行严格控制。

第二，焊接变形控制。焊接变形主要指的是因为焊接操作导致的工件变形。焊接变形一般是在焊接开始就会发生，会一直持续到焊接后冷却到原始温度。焊接变形主要包括在焊接过程中的变形和焊接残余变形。焊件无法消失的变形被称为焊接残余变形，一般情况下，焊接残余变形也被称为焊接典型变形。焊接变形包括收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形和错边变形等不同形式。

在H 型钢的丁字焊接后，会出现严重的弯曲变形，其次为角变形。在预防焊接变形的过程中，需要完成焊前装配，可以将工件预先制造或者设置在与焊接变形相反的变形，之后在焊接过程中可以使焊接变形与预制变形相互抵消。除此之外，需要对装配焊接顺序进行合理选择，焊接变形可以消失在装配焊接过程中，或者利用不同时期不同位置产生的焊接变形进行消除，达到对焊接变形进行调整和控制的目的。刚性固定法也是对焊接电线进行控制的主要方法之一，高刚性固定法是比较传统的限制焊接变形方法。在具体的使用过程中，需要利用特别的夹具对焊件进行固定，完成焊接冷却后松动夹具。这种方法只能够消减变形，不能彻底消除焊接变形。在焊接变形矫正过程中，比较常用的方法是机械矫正和火焰矫正。其中机械矫正法主要是发挥机械力的作用，完成矫正变形，可以利用螺旋压力及千斤顶等机械完成弯曲变形矫正。气体火焰加热法在应用过程中，需要利用普通气焊使用的氧乙炔火焰完成构件局部加热，确保金属构件在受热后膨胀收缩可以引起新的变化，从而达到矫正、消减已经产生的焊接变形目的。在具体的施工过程中可以对两种方法进行综合应用，需要注意的是在火焰矫正法应用过程中，需要对火焰加热位置和火焰热量、机械矫正持力位置和矫正力度等科学确定。还需要对焊接钢结构的整个施工过程进行综合分析（图1），需要对材料选择、下料、切割、焊接到结构的组装等不同环节进行严格的质量控制工作。

图1 H 型钢端头焊接施工顺序

（4）重视防风措施

在钢结构焊接现场施工质量控制的过程中，还要注意防风措施的有效应用。防风措施是提高钢结构焊接质量的重要保证。在防风措施应用过程中，需要从以下角度出发：

第一，要准备抗风式焊机，并且要将防雨防风布对焊口进行包裹。

第二，将防风装置在焊缝两侧固定，防止在钢结构焊接操作过程中对焊接操作产生不利影响，可以在两端设置端板，保证其牢固性，如图2。

图2 防风装置安装示意图

第三，完成焊接作业后，需要及时清理表面碎渣，并且要检测焊缝部位，确保其满足施工要求。

（5）开展无损检测

完成焊接工作1d 后，施工人员需要完成进行焊缝无损检测探伤，对局部探伤的焊缝要缺陷延伸部位增加探伤长度，如果有超过允许范围的缺陷，需要对焊缝进行100%的超声探伤检查，并且要按照相关规范要求完成焊缝外观检查，焊缝厚度必须保证在12 毫米以内。部分焊透焊缝要满足最少20%超声波探伤以及20%磁粉探伤。完全焊透的焊缝还要满足100%超声波探伤以及至少100%的磁粉探伤。

5、提高钢结构焊接质量的措施

（1）做好焊接前准备工作

在钢结构焊接现场进行质量管理的过程中，需要做好焊接前准备工作。在焊接之前需要做好手工电弧焊、CO2 气保焊、特制钢梁焊接、吊篮、钢管搭接操作平台等，并且需要对焊接材料以及焊接设备技术条件进行全面检查，保证其符合国家标准。清渣、气刨、焊条、烘干、保温装置也要准备齐全。在焊接之前要先完成检查和预热，对坡口角度、钝边、间隙等进行全面检查，确保彻底清楚坡口内与两侧锈斑、油污、氧化铁皮等杂物。在焊接之前，需要利用特制的烤枪完成出口以及两侧100mm 范围内的母材加热工作。在加热时需要利用测温计对温度进行测量，防止温度不满足要求或者表面局部氧化。在检查预热温度时，如果温度不够需要重新加热，确保其满足焊接要求。

（2）加强质量管理和安全管理

在钢材焊接过程中，需要对很多工具进行科学评估与检验。在钢结构焊接部位检验时，检验方法主要是完成单位评价报告和控制记录进行检查。在焊接后需要完成弯曲检查，一般情况下要抽检每批同类物件10%，并且在10 件以上作为检查数量。在检查过程中需要对焊钉弯曲300°后，利用角尺检查。焊接完成后焊钉根部焊缝需要均匀，并且检验数量要按照焊钉总数的1%进行抽查，保证在10 件以上。一般是以观察检验为主。此外，操作人员需要佩戴防护眼罩，同时要穿防护服装，单独开展电源布设工作。在焊接电源和焊钉枪布设过程中，要保证接地可靠，防止在焊接过程中飞溅的熔渣引发火灾隐患。

（3）加强施工现场环境管理与控制

在施工现场环境管理和控制的过程中，需要从施工现场的温度、湿度、风力等不同角度出发开展管理工作，提高钢结构焊接区域施工环境的规范性。根据具体的工作经验在开展钢结构焊接环境管理工作，时，需要对电弧焊接施工进行有效控制。第一，在电弧焊接控制过程中，需要保证其速度的规范性，要按照技术要求对手工电弧焊接的速度进行严格控制，一般保持在250 毫米/分钟左右。第二，要重视焊接工作区域的湿度控制工作，工作区域的湿度不能比外界空气湿度的80%更大。同时要尽可能保持在恒温状态下开展钢结构焊接施工，防止在焊接工作区域中有污水、杂物等影响焊接材料的质量。