建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接施工工藝

王東元

摘 要：隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新，建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接方面的的工藝以及技術(shù)也在不斷的更新和完善，近些年新的焊接技術(shù)不斷的被創(chuàng)造和使用到工程施工中去，不僅為建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接施工帶來(lái)了更加簡(jiǎn)單快捷的方法，而且實(shí)現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)在建筑領(lǐng)域的快速發(fā)展，以及鋼結(jié)構(gòu)在建筑方面的質(zhì)量保證，鋼結(jié)構(gòu)的焊接水平提高起到了至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接；施工

1 前言

建筑鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、建設(shè)周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、外形豐富、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍廣泛。焊接技術(shù)是鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中非常重要的技術(shù)，焊接技術(shù)的好壞不僅僅決定著鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量，從跟高的角度來(lái)看，是焊接技術(shù)賦予了鋼結(jié)構(gòu)以生命。目前我國(guó)的建筑鋼材存在很大不足，在品種、規(guī)格和質(zhì)量水平上和發(fā)達(dá)國(guó)家還有較大差距。在高層鋼框架結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域，技術(shù)水平高、管理能力強(qiáng)的建筑企業(yè)很少，鋼結(jié)構(gòu)施工成套技術(shù)尚處于完善階段。

2 高強(qiáng)鋼焊接施工工藝

2.1 焊材選配原則

①?gòu)?qiáng)匹配。強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件：焊接材料熔敷金屬的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性高于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值。焊接接頭（焊縫及熱影響區(qū)）各項(xiàng)性能全面要求達(dá)到母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值。②兼顧焊縫塑性。厚板焊接時(shí)按厚度效應(yīng)后的強(qiáng)度選配焊材，節(jié)點(diǎn)拘束度大時(shí)可在1/4板厚以下配用低強(qiáng)焊材。③滿(mǎn)足沖擊韌性要求。必須重點(diǎn)選擇焊材的韌性，使焊縫及熱影響區(qū)韌性達(dá)到鋼材的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 高強(qiáng)鋼焊接性評(píng)價(jià)方法

①碳當(dāng)量計(jì)算評(píng)定法。②熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)評(píng)定法。③插銷(xiāo)試驗(yàn)臨界斷裂應(yīng)力評(píng)定法。

2.3 最低預(yù)熱溫度確定方法

①裂紋試驗(yàn)控制。根據(jù)斜Y坡口試樣抗裂試驗(yàn)確定最低預(yù)熱溫度。②硬度控制。根據(jù)一定碳當(dāng)量的鋼材，其不同板厚T形接頭角焊縫熱影響區(qū)硬度達(dá)到350HV對(duì)應(yīng)的冷卻速度（540℃時(shí)），查表確定焊接線(xiàn)能量。③根據(jù)裂紋敏感指數(shù)、板厚范圍、拘束度等級(jí)、熔敷金屬擴(kuò)散氫含量確定最低預(yù)熱溫。④根據(jù)接頭熱輸入、冷卻時(shí)間和鋼材的特定曲線(xiàn)圖確定最低預(yù)熱溫度。

2.4 焊接質(zhì)量控制

①控制熱輸入與冷卻速度?？刂坪附与娏?、電壓、焊接速度以及熔敷金屬800℃～500℃區(qū)間的冷卻時(shí)間。②控制焊縫中碳/硫/磷/氮/氫/氧的質(zhì)量百分比。選用優(yōu)質(zhì)堿性低氫焊材，采用良好的操作手法充分保護(hù)熔池金屬（短弧、限制擺動(dòng)、傾角穩(wěn)定）。③應(yīng)力與變形控制。選用高能量密度、低熱輸入的焊接方法，如氣體保護(hù)焊；用小線(xiàn)能量，多層多道焊接；減小焊接坡口的角度和間隙，減少熔敷金屬填充量；采用對(duì)稱(chēng)坡口，對(duì)稱(chēng)、輪流施焊；長(zhǎng)焊縫應(yīng)分段退焊或多人同時(shí)施焊；用跳焊法避免變形和應(yīng)力集中。

總之，對(duì)于高強(qiáng)鋼的焊接，應(yīng)根據(jù)鋼材本身的強(qiáng)化機(jī)理和供貨狀態(tài)，綜合考慮其性能要求，合理選擇焊接材料和試驗(yàn)方法對(duì)其焊接性作出評(píng)價(jià)，制定合理的焊接工藝，以指導(dǎo)實(shí)際焊接生產(chǎn)。對(duì)該鋼種的焊接應(yīng)主要考慮采取措施以降低其冷裂傾向。在焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度和焊接線(xiàn)能量，防止接頭出現(xiàn)弱化現(xiàn)象。

3 低溫焊接施工工藝

3.1 焊材的選擇

在低溫環(huán)境中，應(yīng)盡量選擇低氫或超低氫焊材，對(duì)焊材嚴(yán)格執(zhí)行烘焙和保溫措施。

3.2 焊前防護(hù)

在焊接作業(yè)區(qū)域搭防護(hù)棚，使焊接區(qū)域形成相對(duì)封閉的空間，減少熱量的損失，若無(wú)條件搭設(shè)防護(hù)棚，應(yīng)該采取其他有效措施對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行防護(hù)；氣體保護(hù)焊時(shí)，焊接氣瓶也應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行保溫。

3.3 焊接質(zhì)量控制

①預(yù)熱與層間溫度。低溫環(huán)境下的預(yù)熱溫度應(yīng)稍高于常溫下的焊接預(yù)熱溫度，加熱區(qū)域?yàn)闃?gòu)件焊接區(qū)各方向大于或等于二倍鋼板厚度且不小于100mm范圍內(nèi)的母材，焊接層間溫度不低于預(yù)熱溫度或標(biāo)準(zhǔn)（JGJ81—2002）規(guī)定的最低溫度20℃（兩者取高值）。②加大定位焊時(shí)的熱輸入。適當(dāng)加大定位焊的熱輸入，增大焊縫截面和長(zhǎng)度，并采用與正式焊接相同的預(yù)熱條件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧時(shí)弧坑一定要填滿(mǎn)，可以有效減少由于定位焊接引起的收縮裂紋。③采用合理的焊接方法。盡量使用窄擺幅，多層多道焊，嚴(yán)格控制層間溫度。④焊接后熱及保溫。焊接后及時(shí)對(duì)焊接接頭進(jìn)行后熱保溫處理，利于擴(kuò)散氫氣的逸出，防止因冷速過(guò)快而引起的冷裂紋，同時(shí)適當(dāng)?shù)暮鬅釡囟冗€可以適當(dāng)降低預(yù)熱溫度。

鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接施工前，一定要根據(jù)實(shí)際情況做好焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。必要時(shí)還要針對(duì)具體鋼種進(jìn)行低溫焊接性試驗(yàn)，制作出適合的焊接工藝指導(dǎo)書(shū)以指導(dǎo)實(shí)際焊接。另外，在低溫環(huán)境下，對(duì)焊工操作的不良影響也應(yīng)給予足夠重視，一般環(huán)境溫度不宜低于-15℃。

4 厚鋼板焊接技術(shù)

建筑鋼結(jié)構(gòu)中厚鋼板得到大量的使用，如北京新保利大廈工程使用的軋制H型鋼翼板厚度達(dá)到125mm，國(guó)家體育場(chǎng)（鳥(niǎo)巢）工程用鋼最大板厚達(dá)110mm。大量鋼結(jié)構(gòu)工程采用厚鋼板，促進(jìn)了厚鋼板焊接技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也豐富了建筑用鋼的范圍。厚鋼板焊接的關(guān)鍵是防止由于焊接而產(chǎn)生的裂紋和減少變形，應(yīng)主要考慮以下幾點(diǎn)：

①選用合理的坡口形式。如盡量選用雙U或X坡口，如果只能單面焊接，應(yīng)在保證焊透的前提下，采用小角度、窄間隙坡口，以減小焊接收縮量、提高工作效率、降低焊接殘余應(yīng)力。②合理的預(yù)熱和層間溫度。③后熱和保溫處理。

5 焊接質(zhì)量控制的主要措施

5.1 制定焊接施工計(jì)劃

（1）方法、材料、人員管理焊接條件；焊接方法；使用鋼材（復(fù)驗(yàn)）；焊接材料及其管理；焊工培訓(xùn)、考試及管理；質(zhì)量控制機(jī)構(gòu)；質(zhì)量控制制度；防護(hù)措施；安全措施。（2）加工。坡口要領(lǐng)；坡口加工要領(lǐng)；引弧板安裝要領(lǐng)；組裝及焊接順序。（3）組裝。預(yù)熱要領(lǐng)；引弧板處理；定位焊要領(lǐng)；清根要領(lǐng)；焊縫及加工要領(lǐng)；后熱要領(lǐng)；產(chǎn)生不良時(shí)的矯正要領(lǐng)；焊縫返修要領(lǐng)。（4）檢查。外觀檢查標(biāo)準(zhǔn)、方法、要領(lǐng)；無(wú)損檢查方法、標(biāo)準(zhǔn)、要領(lǐng)。

5.2 焊前準(zhǔn)備質(zhì)量控制焊接前進(jìn)行認(rèn)真的準(zhǔn)備

（1）環(huán)境。作業(yè)環(huán)境；焊接環(huán)境；安全衛(wèi)生注意事項(xiàng)。（2）材料及器具。電源容量；焊接材料種類(lèi)及組合；焊接材料狀態(tài)；使用器具狀態(tài)。（3）加工拼裝。坡口形狀；坡口尺寸；根部間隙；錯(cuò)邊；背面墊板的安裝狀態(tài)；定位焊；引弧板的安裝狀態(tài)。（4）其它。焊接坡口表面的清理和加工；預(yù)熱。

5.3 焊接過(guò)程中質(zhì)量控制

焊接過(guò)程中施焊人員應(yīng)嚴(yán)格按焊接計(jì)劃書(shū)要求及焊接工藝指導(dǎo)書(shū)執(zhí)行，嚴(yán)肅工藝紀(jì)律，對(duì)以下項(xiàng)目進(jìn)行確認(rèn)。焊接順序；焊接電源；電弧電壓；焊接速度；運(yùn)條方法；焊縫的設(shè)置方法；電弧的位置；前層的焊縫狀態(tài)；清根；層間溫度；焊條或焊絲直徑的選擇；后熱、保溫。

5.4 焊后質(zhì)量控制

（1）外觀及表面缺陷。焊縫表面規(guī)整與否；壓坑；焊瘤；懸垂物；咬邊；火口狀態(tài)；表面氣孔；表面裂紋。（2） 尺寸。余高尺寸；焊接長(zhǎng)度；角焊焊腳長(zhǎng)度，補(bǔ)強(qiáng)角焊的大??；角焊的不等腳長(zhǎng)。（3）內(nèi)部缺陷。裂紋；未熔合；未焊透；夾渣；氣孔。（4）處理。引弧板的處理；飛濺物清除合格與否；端部周邊焊；焊縫返修。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邱葭菲.焊工工藝學(xué)（第三版）[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2005.

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