潮湿环境高强钢焊接工艺及工程应用

近年来，随着国内钢结构工程飞速发展，高强结构钢得到了越来越广泛的应用。焊接作为钢结构最主要的连接方式，其施工质量直接关系到结构安全。高强钢焊接质量对环境更为敏感，尤其是施工现场环境复杂多变，多雨、高湿、低温等恶劣天气伴随着焊接施工，时常超出规范的环境限值，对工程开展和质量造成严重影响。海口中心地处热带沿海城市，常年多雨潮湿，大气湿度时常超出90%，该工程钢柱采用了大量Q420、Q390钢材，板厚最大100mm，其中Q420级别钢材应用16000t，为国内建筑高强钢用量之最。

1工程概况

1.1工程总体概况

海口中心工程由288m的塔楼和附属裙房组成。工程效果如图1所示。塔楼采用钢结构，柱为矩形钢管混凝土；裙房采用钢筋混凝土框架结构，与主楼用 抗震缝脱开。 钢结构工程量4万t。 本工程主要钢材材质为Q345B、Q390GJC和Q420GJC，最小板厚为6mm，最大板厚为100mm。

图1工程效果

框柱主要截面为箱型、钢管柱。箱型最大截面为□2000×1200×100×100。钢管柱截面为800× 700。 材质主要为Q420C、Q390C。 钢梁主要截面焊接H形截面。 最大板厚55mm，材质为 Q345B。 侧面支撑主要截面焊接H形截面，最大截面为H900×750×50×50，材质为Q345B。

1.2预制构件概况

本工程13栋住宅楼预制构件主要包括预制墙板、预制叠合楼板、预制楼梯、预制PCF板、预制空调板，共5种形式，构件的预制率范围为40.2%~41.8%。预制构件数量共计32892块，其中墙板65种、叠合板57种、空调板8种、楼梯板2种、PCF板4种。为了保证现场进度，场内存料2层以上，约5500块。

2潮湿环境下高强钢焊接工艺

2.1工艺流程

工艺流程如图2所示。

图2工艺流程

2.2操作要点

2.2.1焊接材料准备

为了克服潮湿环境对焊缝的不利影响，在大气湿度超过90%时要选择实芯焊丝，保护气体选用富氩混合气体，强度与母材等强匹配。 大气湿度小于90%时可采用药芯焊丝和CO ₂ 气体。焊接材料要存放在干燥、通风的场所，严防焊接材料受潮。焊丝保存中确保包装完好，开封后当天要使用完毕。

2.2.2焊接人员准备

在正式施工前需要对焊接操作人员的理论知识和实际操作能力进行强化培训和考核，并针对多雨高湿环境进行技术交底，强化关键工艺控制点，最终确定焊接技术过硬、责任心强、具有团队合作精神的焊接人员。配置足够的焊接质量检查人员，对每条焊缝进行全过程跟踪检查，同时掌握焊工的实际水平能力，对焊工进行系统管理。

2.2.3焊接工艺制订

为了避免由于焊接参数不当造成焊缝质量缺陷，同时验证焊接材料及其工艺性能，在焊接前进行焊接工艺评定试验，确定工艺参数。 由于焊接工艺评定试验无法模拟实体结构焊接 时板厚、拘束度等复杂因素，在规模施焊前要在工地环境下进行样板构件焊接，进一步验证加热方法、焊接工艺、防护措施可靠性，并加以规范，形成工艺指 导书。

2.2.4焊接前防护

焊接前搭设稳固的焊接维护平台和防雨工装。为了避免焊缝受到雨水影响，在焊缝上500~800mm处设置防雨篷。 防雨篷包括挡雨板和支撑架。 挡雨板采用彩涂板制成，投影宽度不小于1000mm，探出平台外缘，长度根据柱宽设置，单面坡度5%，坡向柱外，挡雨板靠近柱子一侧设置50mm高泛水板，与钢柱通过防水胶粘牢，形成对雨水的阻断； 支撑架由角钢制成，与挡雨板通过拉铆钉固定，支撑架设置插销与钢柱上的套管进行连接。 上人平台走道宽度不小于800mm，挡板需超出焊缝上400~500mm，与雨篷间隙约100mm，对焊接区域形成有效的防护。 焊接防护三维示意如图3所示，焊接防护立面示意如图4所示。

图3焊接防护三维示意

图4焊接防护立面示意

2.2.5焊接前检查

检查坡口尺寸，对高强钢的热切割剖口用角磨机进行打磨，打磨厚度不小于0.5mm，直至露出金属光泽。焊缝附近的油污和水分是扩散氢的来源之一，主要分布在母材的焊接坡口及两侧50mm范围内，在焊接前须彻底清除氧化皮、锈、油、灰尘、水等杂质。检查环境湿度是否满足焊件 条件要求，对湿度进行记录；检查CO2气体纯度、气路畅通、气压等是否符合工艺要求；检查焊机是否正常运行，以及电压、送丝速率是否符合要求。

2.2.6预热除湿

结合材质、板厚、环境温度、湿度等综合条件确定预热温度和加热方法。加热宽度为焊接板厚2倍以上且不小于200mm。测温采用红外测温仪，在距焊件受热面不大于200mm处测温。当采用火焰加热时，正面测温应在火焰离开后5min后进行。焊接过程中伴随加热，应控制焊缝附近温度在预热温度以上，持续降低焊缝附近湿度。

2.2.7焊接环境监测

焊接过程中必须用湿度仪对焊接区域湿度按时进行检查，检查时间为1点、7点、14点、19点、22点，并且在雨天加大监测频次。当湿度高于90%时，暂停施焊，进行加热除湿，降低焊接环境湿度后方可 施焊。

2.2.8焊接工艺

焊接过程中严格按照评定的工艺参数执行多层多道焊、窄焊道薄焊层的焊接方法。立焊焊缝宽度不超过25mm，其他焊接位置焊缝宽度不超过20mm。同时电弧长度不宜过长，可降低扩散氢的溶解度。焊接过程中层间温度控制在120~200℃，以促使扩散氢逸出。测温采用红外测温仪，测温点距电弧经过前焊接点各方向不小于75mm。

2.2.9消氢处理

焊接完毕后，根据即时大气湿度采取不同的后热保温措施。当大气湿度不小于90%时，需紧急将焊缝进一步加热到250~300℃，然后保温缓冷。当大气湿度小于90%时，可直接采取紧急保温缓冷措施，无须进一步加热。焊后保温不仅能使扩散氢充分逸出，还能韧化热影响区和焊缝的组织性能，降低淬硬性的同时，还可避免冷裂倾向。

2.2.10焊缝检测

高强钢在高湿度地区存在延迟裂纹的风险，待焊缝区温度降至常温且达到48h后，拆除保温棉，进行外观检查。将焊道两侧200mm范围内的焊渣、飞溅物、码板等打磨干净，进行UT检测。

3结论

潮湿环境下高强钢焊接工艺有效地解决了高湿多雨气候对高强钢焊接造成的不利影响，提高了焊接一次合格率，在保证焊接质量的同时在加快了工程进度，确保了工期目标如期完成。大幅推进了工程项目的顺利开展，节省了施工工期，采用具体的焊接参数指导施工，避免了资源的过度投入，具有良好的经济效益，并推动了高强钢焊接在不利气候条件下的顺利开展。