低溫條件下鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制

摘 ?要：鋼結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)階段常用建筑材料，其焊接質(zhì)量在一定程度上直接影響工程的整體質(zhì)量和施工效率。研究表明在低溫操作環(huán)境中進(jìn)行焊接，加熱不均會產(chǎn)生殘留應(yīng)力，進(jìn)而對鋼的整體結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生極其不利影響。本文依托福山基地標(biāo)準(zhǔn)化廠房項(xiàng)目二標(biāo)段江鈴新能源汽車總裝車間鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)，介紹了現(xiàn)階段低溫焊接的常見問題，并對其優(yōu)化措施進(jìn)行了綜合分析。確保了焊接質(zhì)量，為類似焊接項(xiàng)目提供了參考。

關(guān)鍵詞：低溫環(huán)境;鋼材結(jié)構(gòu);焊接質(zhì)量

中圖分類號：TU391??文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A????文章編號：2096-6903（2019）05-0000-00

1引言

近年來，隨著城鄉(xiāng)一體化的不斷推進(jìn)，鋼材已成為最常見的建筑材料之一。項(xiàng)目施工，不可避免的會遇到冬季施工。因此，低溫環(huán)境下會存在焊接問題如焊縫尺寸和預(yù)期焊接不一致，發(fā)生焊接材料裂紋和脆性斷裂問題，夾渣，未熔透等現(xiàn)象。大量調(diào)查分析，可知低溫環(huán)境下的焊接操作由于焊接溫度與外部環(huán)境溫度之間的溫差大，容易引起一系列問題，例如焊接和裂紋。對焊接效率有一定的影響，對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了巨大的威脅。

2 工程概況

富山基地標(biāo)準(zhǔn)化廠房項(xiàng)目二標(biāo)段的江鈴新能源汽車總裝車間，建筑面積為118081m，主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。本工程施工時(shí)間為2018年10月至2019年3月，安裝過程基本經(jīng)歷了當(dāng)?shù)氐牡蜏仄?，所以低溫條件下鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制是本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制的重點(diǎn)。本工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，鋼框架結(jié)構(gòu)抗震等級為不抗震，焊縫質(zhì)量等級為Ⅱ級。

3 低溫環(huán)境下焊接問題

目前，不一致的焊縫尺寸和焊縫裂紋是低溫焊接中常見焊接問題。另外，在低溫環(huán)境下進(jìn)行焊接時(shí)，夾渣和不滲透也是一個(gè)問題，但是這個(gè)問題的發(fā)生率比較低。

3.1焊縫的尺寸與預(yù)期焊接不一致

在低溫環(huán)境下，焊接尺寸與預(yù)期焊接目標(biāo)不一致是一個(gè)常見的焊接問題。焊縫太寬和太窄的原因如下：

（1）在低溫操作環(huán)境中，由于外部溫度影響，操作人員的靈敏度在操作期間相對較低，因此在焊接控制方面存在某些問題。

（2）在焊接過程中，焊接材料與基礎(chǔ)材料的熔合受外部溫度影響，因此收縮的一致性往往難以達(dá)到均勻，最終對整體產(chǎn)生不利的影響。

3.2焊材裂縫和脆斷問題的產(chǎn)生

經(jīng)過大量研究可知，在焊接過程中，由于焊接溫度與外部環(huán)境溫度之間存在明顯的溫差，因此焊接材料和基礎(chǔ)材料之間存在較大的溫差，焊接溫度較高。研究表明焊接材料的溫度和基體材料的低溫都將導(dǎo)致焊接材料的收縮率急劇變化，從而導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋和脆性斷裂問題。

3.3夾渣、未熔透現(xiàn)象

在焊接過程中，仍采用與常溫相同的電流進(jìn)行加熱和焊接，使焊接材料無法完全熔化，與母材融合時(shí)會出現(xiàn)上述問題，焊接質(zhì)量和焊接效率最終將受到影響。

4 低溫下鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制

4.1 施工前準(zhǔn)備工作

在工程施工過程中，為了有效地避免上述問題，并有效地保證鋼焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)效率，在工程施工過程中需要做好以下工作。

（1）材料準(zhǔn)備：焊接材料對鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量和焊接效率的影響不容忽視，從根本上避免其他一系列焊接問題。在保證設(shè)計(jì)要求的前提下，選擇焊接材料時(shí)應(yīng)綜合考慮鋼的基本性能，以選擇合適的焊接材料，為實(shí)現(xiàn)預(yù)期的焊接目標(biāo)奠定良好的基礎(chǔ)。結(jié)合該項(xiàng)目的建設(shè)，最好使用屈服強(qiáng)度低，沖擊韌性好，氨堿含量低的線狀電極或鈦鈣電極。

（2）人員準(zhǔn)備：焊接工人作為焊接操作的執(zhí)行者，具有專業(yè)能力和綜合素養(yǎng)，這在一定程度上對焊接質(zhì)量和焊接效率產(chǎn)生重大影響。在進(jìn)行重要鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)時(shí)，應(yīng)從根本上提高人員選拔標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)加強(qiáng)對操作人員的培訓(xùn)，在保證自身能力和綜合素養(yǎng)的基礎(chǔ)上，保證焊接作業(yè)的科學(xué)性。另外，在進(jìn)行焊接操作之前，施工單位需要檢查并確認(rèn)焊接工人的資格，以確保焊接人員的技術(shù)資格水平要求與焊接部件的操作內(nèi)容相一致。

（3）合理選擇焊接工藝：焊接時(shí)，有必要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的坡口類型。另外，在焊接操作期間，焊接順序也是殘余應(yīng)力的主要原因。

切割焊接接頭以確保電弧穿透焊縫的底部并允許底部熔透。選擇坡口樣式時(shí)，應(yīng)能夠確保焊接熔接，坡口易于加工，提高效率，節(jié)省焊接材料并減少焊接后變形（如圖1）。因此，項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采用合理的斜角形式。該項(xiàng)目主要使用單面V形凹槽，T形接頭使用K形凹槽。

對于焊接前收縮量大的焊接節(jié)點(diǎn)，焊接后收縮量小的焊接節(jié)點(diǎn)，焊接需分別進(jìn)行，然后再整體進(jìn)行。解決合理的約束順序，從根本上減少裂紋源。

（4）施工作業(yè)條件及安全設(shè)施：在低溫環(huán)境下進(jìn)行焊接操作時(shí)，從根本上保證焊接的安全性和可靠性，從根本上認(rèn)識到低溫環(huán)境對焊接施工安全的影響，并采取科學(xué)有效的安全措施對施工進(jìn)行支持。人員創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

首先在建筑物周圍布置一條主生命線，然后沿要焊接的鋼梁布置一條生命線。救生索的高度比梁的頂表面高約1 m，并且安全網(wǎng)懸掛在鋼梁的下方。救生繩采用8 mm鋼絲繩，并用三張U形卡固定與桿的連接處。沿建筑物外圍布置的主救生索桿通過角鋼焊接固定在鋼梁上。極夾固定在鋼梁上。在吊起鋼梁并用鋼梁吊起之前，已經(jīng)安裝了救生索。工人佩戴安全帽，防滑鞋和雙鉤安全帶。工人使用安全帶扣在救生索上行走以進(jìn)行施工。

4.2 焊接過程質(zhì)量控制

在進(jìn)行焊接作業(yè)過程中，焊接溫度和環(huán)境溫度之間較大的溫度差是造成焊接質(zhì)量問題的主要原因。

（1）焊接前預(yù)熱：通過減小焊接材料的溫差，確保焊接過程中溫度的一致性，避免了焊接材料嚴(yán)重的熱脹冷縮現(xiàn)象，最終確保了焊縫的緊密性和穩(wěn)定性。金屬結(jié)構(gòu)在確保母材與焊接區(qū)域之間的溫度差的一致性的基礎(chǔ)上，工人可以利用熱量加熱各個(gè)部件并進(jìn)行焊接操作。

（2）縮小溫差：為了避免在遇到一定的惡劣環(huán)境時(shí)對焊接工作的影響，采用設(shè)置罩的方法，在提高周圍工作環(huán)境溫度的基礎(chǔ)上，縮短了焊接工作的溫差，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期的建設(shè)目標(biāo)創(chuàng)造良好條件。目前，在焊接操作過程中，嚴(yán)格控制焊接夾層溫度以確保其溫度保持在100°C至200°C之間。此外，在焊接過程中，每個(gè)接頭均不應(yīng)在焊接過程中停止一旦。如果在焊接過程中需要中途停止，必須在停止過程中嚴(yán)格控制每個(gè)焊接點(diǎn)與焊接水平之間的溫度關(guān)系，并通過采取一系列的隔熱措施（例如后加熱和慢冷卻）來縮短溫度差。最后，當(dāng)立即開始焊接時(shí)，必須根據(jù)接頭類型和板厚重新進(jìn)行預(yù)熱并提高預(yù)熱溫度。只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)焊接水平之間的緊密結(jié)合。

（3）焊接后的熱量：為了從根本上提高焊接質(zhì)量和焊接效率，并避免殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，焊接材料需要在焊接操作后重新加熱。該措施的意義在于減少焊接材料的裂紋和脆性的發(fā)生。

（4）焊接后緩慢冷卻：焊后熱加工后，為了確保后續(xù)操作的順利進(jìn)行，需要將焊接材料以厚棉布和包裹物的形式緩慢冷卻。具體而言，必須密封空氣循環(huán)并緩慢冷卻至焊接區(qū)域。焊縫的正反面均達(dá)到環(huán)境溫度。

4.3 焊接質(zhì)量驗(yàn)收

保證焊接質(zhì)量不僅需要焊接后的驗(yàn)收檢查，還需要在焊接前和焊接中進(jìn)行檢查以實(shí)現(xiàn)全過程控制。 通常，焊接檢查包括三個(gè)階段：焊接前，焊接中和焊接后檢查。具體的檢查表如表1所示。每個(gè)階段的檢查工作內(nèi)容應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范。

5 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)作為最常見的建筑材料，殘余應(yīng)力的存在大大降低了工程的施工質(zhì)量和效率。在鋼結(jié)構(gòu)焊接中，必須創(chuàng)造良好的焊接環(huán)境，同時(shí)選擇合理的焊接工藝以確保焊接安全和質(zhì)量。采用焊接接頭切割坡口，減少焊后變形，控制好焊接的順序，從根本上減少裂紋源。此外，通過在建筑物的四周布置一圈主生命線，保證焊接人員安全。

參考文獻(xiàn)

[1]戴浩，毛永虹，王新武.高強(qiáng)度鋼材焊接工程施工實(shí)踐與應(yīng)用[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（03）：27-29，33.

[2]陳明.建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接施工技術(shù)及質(zhì)量控制[J].黑龍江科技信息，2017（18）：243.

收稿日期：2019-08-05

作者簡介：左永猛（1988—），男，河北衡水人，本科，工程師，研究方向：土建工程施工質(zhì)量管理。

Research?on welding quality control of steel structure under low temperature

ZUO Yongmeng

（China Railway 16th Bureau Group Fourth Engineering Co.Ltd.，Beijing ?101400）

Abstract：As a common building material， the welding quality of steel structure has a direct impact on the overall quality and construction efficiency of the project to a certain extent. The results show that welding in low temperature environment will produce residual stress， which will have a very adverse effect on the whole structure of steel. Based on the steel structure welding operation of Jiangling new energy vehicle assembly workshop in the second bid section of Fushan base standardization plant project， this paper introduces the common problems of low temperature welding at this stage， and comprehensively analyzes the optimization measures. It ensures the welding quality and provides reference for similar welding projects.

Key words：Low temperature environment;Steel structure;welding quality