淺析低溫下鋼結(jié)構(gòu)焊接的質(zhì)量控制

王緒　張建偉　劉剛

【摘 要】鋼結(jié)構(gòu)工程冬季施工不可避免地涉及低溫焊接，也是我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)施工中不可回避的話題。冬季低溫環(huán)境下，由于焊接溫度與環(huán)境溫度相差較大，焊縫熱脹冷縮急劇，造成焊縫出現(xiàn)裂紋。因此，相比較常溫下焊接，應(yīng)制定更加嚴(yán)格的技術(shù)保證措施。論文以呼和浩特市高架橋鋼箱梁的低溫焊接為例，以期對(duì)焊接質(zhì)量的控制起到參考作用。

【Abstract】The construction of steel structures in winter inevitably involves low temperature welding， which is also an unavoidable subject in the construction of steel structure in China. In the low temperature environment of winter， due to the great difference between the welding temperature and the environment temperature， the thermal expansion and cold shrinkage of the weld seam are rapid， which will cause cracks in the weld seam. Therefore， more stringent technical assurance measures should be formulated compared with normal temperature welding. In this paper， the low temperature welding of steel box girder in Hohhot viaduct is taken as an example， hoping to play a reference role in the control of welding quality.

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu);低溫;焊接;鋼箱梁

【Keywords】steel structure; low temperature; welding; steel box girder

【中圖分類號(hào)】TU391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）06-0009-02

1 低溫焊接易出現(xiàn)的問(wèn)題及原因分析

1.1 焊縫過(guò)寬或過(guò)窄

造成焊縫過(guò)寬或過(guò)窄的原因主要有兩個(gè)，其一是低溫條件下人體的靈敏度降低，操作的精度降低，容易造成焊縫控制不當(dāng)?shù)那闆r;其二是焊接過(guò)程中的脹縮，低溫環(huán)境不僅會(huì)影響焊接后焊材與母材的融合，還會(huì)影響焊材及母材的收縮一致性。

1.2 焊材裂縫或脆斷

焊材的裂縫或脆斷在低溫焊接的過(guò)程中較為常見(jiàn)。當(dāng)母材及焊材處于低溫環(huán)境下，焊接過(guò)程使焊條瞬間加熱至融化狀態(tài)，作用在低溫的母材上時(shí)，又從驟熱突然過(guò)渡到自然環(huán)境的驟冷，使得焊材劇烈收縮，從而出現(xiàn)裂紋及脆斷現(xiàn)象。

1.3 夾渣、未熔透現(xiàn)象

夾渣和未熔透的現(xiàn)象雖然在低溫焊接過(guò)程中不常見(jiàn)。但是處于低溫的環(huán)境，在進(jìn)行焊接的時(shí)候仍舊采用與正常溫度下一樣的電流進(jìn)行加熱焊接，容易導(dǎo)致焊條的融化不完全，從而造成夾渣、未熔透的現(xiàn)象。

2 保證低溫焊接質(zhì)量的措施

2.1 施工前準(zhǔn)備

2.1.1材料準(zhǔn)備

所選用的焊接材料是鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的重要影響因素。焊絲焊劑的選擇必須考慮鋼材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊縫形式以及擬采用焊絲焊劑的材料性能。在保證設(shè)計(jì)要求的前提下，焊絲焊劑優(yōu)先采用屈服強(qiáng)度較低、沖擊韌性好的氨堿含量低或者鈦鈣型焊條。

以呼和浩特市高架橋鋼箱梁的低溫焊接工程為例，該工程所使用的鋼材材質(zhì)為Q345QE，是具有較高的強(qiáng)度、韌性以及抗沖擊能力的材料，而且還具有耐低溫、耐腐蝕的性能，專用于公路橋梁及鐵路的鋼材[1]。

該工程擬采用CO2氣體保護(hù)焊的焊接方法，焊機(jī)大電流工作時(shí)，熱量輸出較大，焊絲的選用時(shí)應(yīng)考慮此因素造成的影響。必須保證焊縫焊絲在此工作狀態(tài)下有良好的抗沖擊性能及外觀質(zhì)量。本工程擬選用韌性較好的Supercored 71H藥芯焊絲，此焊材是適用于構(gòu)件全部焊縫位置的鈦型藥芯焊絲，此焊材除了具有良好的韌性外，焊接時(shí)電弧穩(wěn)定，脫渣性良好。

2.1.2 人員準(zhǔn)備

進(jìn)行重要鋼結(jié)構(gòu)焊接的人員，必須經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)且通過(guò)考試，并持有效證件。但因焊接構(gòu)件類別、規(guī)格、材質(zhì)的不同，焊接人員技能資格等級(jí)要求也不同，因而必須對(duì)焊工技能資格進(jìn)行嚴(yán)控。一是核查及確認(rèn)焊接工人資格，即考核項(xiàng)目與焊接工作一致;二是監(jiān)控焊工資格的時(shí)效性。

2.1.3 焊接工藝選擇

坡口樣式：焊接接頭切割坡口是為了保證電弧深入焊縫底部，使底部能夠熔透。在選擇坡口樣式時(shí)應(yīng)能保證焊縫熔透，坡口易加工，提高效率，節(jié)約焊材，減少焊后變形等。為此，工程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件采用合理坡口形式。本工程主要采用單邊V形坡口，T形接頭采用K形坡口。

焊接次序：先焊收縮量較大焊接節(jié)點(diǎn)、后焊收縮量較小焊接節(jié)點(diǎn)、先單獨(dú)焊接后整體焊接，化解約束的合理順序，從根本上減少裂紋源。由于本工程對(duì)接焊縫較長(zhǎng)，由兩焊工自中間同時(shí)向兩端退焊，以防鋼箱梁扭曲變形[2]。

2.1.4 施工作業(yè)條件及安全設(shè)施

焊接操作平臺(tái)、馬道、吊籃等均應(yīng)注意清除雪、水，并有防止人員滑倒的措施。焊工和其他輔助人員要配備防寒服裝。應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到低溫焊接施工在安全保障方面的難度是很大的，必須有充分的措施保證。

2.2 施工過(guò)程控制

2.2.1 焊前預(yù)熱

低溫焊接易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的主要原因就是焊接環(huán)境的溫度與焊接過(guò)程中的溫度差別太大，從而導(dǎo)致焊接材料出現(xiàn)劇烈的熱脹冷縮現(xiàn)象，嚴(yán)重地影響了金屬結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密性和穩(wěn)定性，使得焊接結(jié)果無(wú)法滿足工藝需求。針對(duì)這一問(wèn)題，本文認(rèn)為可以采用焊前預(yù)熱的工藝減小焊接過(guò)程與焊接前后的焊接材料的溫差，從而使得焊接材料在焊接過(guò)程中收縮均勻。而進(jìn)行焊前預(yù)熱的方法可以采用火焰對(duì)其各部位均勻升溫，去除焊時(shí)母材與焊接區(qū)域的過(guò)大溫差，盡量促使接頭在同軸線上均勻脹縮。提高焊接材料焊接前與焊接過(guò)程中的溫度穩(wěn)定性，從而使其達(dá)到整個(gè)過(guò)程中金屬結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

本工程運(yùn)用火焰加熱預(yù)熱，對(duì)接焊縫區(qū)域加熱采用大型烤槍，熱源采用氧—乙炔中性焰，操作者進(jìn)行對(duì)稱加熱。較長(zhǎng)焊縫采用烤槍加熱受熱不勻，沿焊縫長(zhǎng)度向布置一根圓鋼管，在鋼管一側(cè)等間距開(kāi)孔，在鋼管中通入天然氣進(jìn)行均勻加熱。預(yù)熱范圍沿焊接區(qū)域中心向兩邊100mm以上，并按最厚母材板厚三倍以上范圍實(shí)施。加熱力求均布，采用溫度儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)控加熱溫度，以保焊縫區(qū)域均勻受熱。預(yù)熱溫度監(jiān)測(cè)須在距坡口邊沿離板厚3倍的地方實(shí)施。當(dāng)預(yù)熱區(qū)域溫度均勻達(dá)預(yù)定值后，覆蓋保溫物資至恒溫20～30min。

2.2.2 防風(fēng)及層間溫度控制

施工時(shí)原則上遇到風(fēng)、雨、雪天不得施焊，如需施焊需注重對(duì)風(fēng)的防范。應(yīng)當(dāng)選取防風(fēng)的場(chǎng)所或者搭設(shè)棚罩進(jìn)行擋風(fēng)，這樣不僅可以使得環(huán)境溫度在一定程度得以提升，而且可以起到更好的恒溫效果。

在焊接中需嚴(yán)控層間溫度，保證其恒溫在110～190℃之間，每個(gè)接頭應(yīng)一次焊完中間不得停歇。如果確需中斷，需嚴(yán)格把控各個(gè)焊接點(diǎn)及焊接層次之間的溫度關(guān)系，采用必要的后熱、緩冷措施，開(kāi)始焊接時(shí)應(yīng)重新預(yù)熱并據(jù)節(jié)點(diǎn)形式及板厚提高預(yù)熱溫度，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)焊接層次之間的緊密結(jié)合。此外，二次加熱需在一次加熱區(qū)擴(kuò)大大于等于一倍板厚的區(qū)域。

2.2.3 焊后熱

在進(jìn)行焊接工藝之后對(duì)焊接材料進(jìn)行二次加熱，這一舉措的意義在于減少焊接材料裂縫及脆斷情況的發(fā)生。后熱溫度一般為200～250℃，在較寒冷地區(qū)焊后熱溫度需較溫暖地區(qū)高50～100℃。

2.2.4 焊后緩冷

在進(jìn)行焊后加熱過(guò)程之后，對(duì)焊接材料采取厚棉被覆蓋包裹等形式進(jìn)行緩冷，密閉空氣流通部位，并緩冷至焊接區(qū)、焊縫正面、背面均達(dá)周圍環(huán)境溫度為止。焊后保溫可以有效地對(duì)焊接后的金屬材料的散熱進(jìn)行有效控制，從而防止驟冷驟熱對(duì)焊接工藝的效果產(chǎn)生影響。

3 焊接質(zhì)量檢查

焊接質(zhì)量的保證，不僅焊后要進(jìn)行驗(yàn)收，還需在焊前及焊中進(jìn)行檢查，實(shí)現(xiàn)全程管控。通常焊接檢查包括焊前、焊中和焊后檢查3個(gè)階段。在各階段，檢查工作內(nèi)容應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范。

4 結(jié)語(yǔ)

在鋼結(jié)構(gòu)焊接工程中，低溫焊接是冬季鋼結(jié)構(gòu)施工的重要一環(huán)。為滿足進(jìn)度要求，鋼結(jié)構(gòu)冬季焊接必須進(jìn)行時(shí)，如何控制低溫厚板焊接質(zhì)量，是需工程技術(shù)人員重點(diǎn)解決的難題。必須據(jù)工程實(shí)際分析，采取必要的技術(shù)措施、焊接工藝及管理措施，克服低溫環(huán)境的不利影響，從根本上提高焊接質(zhì)重和大幅度減少焊接變形以達(dá)到設(shè)計(jì)及現(xiàn)行規(guī)范要求。

【參考文獻(xiàn)】

【1】徐海林.談鋼結(jié)構(gòu)焊接施工質(zhì)量控制[J].山西建筑，2015（12）：210-220.

【2】陳忠，徐前，陳久勇.建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接施工的質(zhì)量控制分析[J].金屬加工（熱加工），2015（8）：74-76.