建筑钢结构焊接工艺分析

建筑 钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性强、外形丰富、维护方便等优点，其应用范围广泛。自20世纪80年代以来，中国建筑 钢结构得到了空前的发展，高层钢结构、空间钢结构、桥梁钢结构、 轻钢结构和住宅钢结构如雨后春笋。焊接作为构建钢结构的一种主要连接方法，在物理、化学、冶金、 材料、电子、计算机、自动控制等学科迅猛发展的今天，随着新技术、新 材料、新设备、新工艺的不断涌现，在我国建筑钢结构建设中发挥更加重要的作用。据 统计，约50％以上的 钢材在投入使用前需要经过焊接加工处理。因此，焊接水平的提高是实现钢结构技术快速发展和确保建筑钢结构 施工质量的关键所在。
　　
　　 1高强钢焊接工艺
　　
　　1.1 焊材选配原则
　　
　　①强匹配。强节点弱杆件：焊接材料熔敷金属的强度、塑性、冲击韧性高于母材 标准规定的最低值。焊接接头(焊缝及热影响区)各项性能全面要求达到母材 标准规定的最低值。②兼顾焊缝塑性。厚板焊接时按厚度效应后的强度选配焊材，节点拘束度大时可在1/4板厚以下配用低强焊材。③满足冲击韧性要求。必须重点选择焊材的韧性，使焊缝及热影响区韧性达到钢材的标准要求。
　　
　　1.2高强钢焊接性评价方法
　　
　　①碳当量计算评定法。②热影响区最高硬度试验评定法。③插销试验临界断裂应力评定法。
　　
　　1.3最低预热温度确定方法
　　
　　①裂纹试验控制。根据斜Y坡口试样抗裂试验确定最低预热温度。②硬度控制。根据一定碳当量的钢材，其不同板厚T形接头角焊缝热影响区硬度达到350HV对应的冷却速度(540℃时)，查表确定焊接线能量。③根据裂纹敏感指数、板厚范围、拘束度等级、熔敷金属扩散氢含量确定最低预热温。④根据接头热输入、冷却时间和钢材的特定曲线图确定最低预热温度。
　　
　　1.4焊接质量控制
　　
　　①控制热输入与冷却速度。控制焊接电流、电压、焊接速度以及熔敷金属800℃～500℃区间的冷却时间。②控制焊缝中碳／硫／磷／氮／氢／氧的质量百分比。选用优质碱性低氢焊材，采用良好的操作手法充分保护熔池金属(短弧、限制摆动、倾角稳定)。③应力与变形控制。选用高能量密度、低热输入的焊接方法，如气体保护焊；用小线能量，多层多道焊接；减小焊接坡口的角度和间隙，减少熔敷金属填充量；采用对称坡口，对称、轮流施焊；长焊缝应分段退焊或多人同时施焊；用跳焊法避免变形和应力集中。
　　
　　总之，对于高强钢的焊接，应根据钢材本身的强化机理和供货状态，综合考虑其性能要求，合理选择焊接材料和试验方法对其焊接性作出评价，制定合理的焊接工艺，以指导实际焊接生产。对该钢种的焊接应主要考虑采取措施以降低其冷裂倾向。在焊接时应严格控制层间温度和焊接线能量，防止接头出现弱化现象。
　　
　 　2低温焊接工艺
　　
　　2.1焊材的选择
　　
　　在低温环境中，应尽量选择低氢或超低氢焊材，对焊材严格执行烘焙和保温措施。
　　
　　2.2焊前防护
　　
　　在焊接作业区域搭防护棚，使焊接区域形成相对封闭的空间，减少热量的损失，若无条件搭设防护棚，应该采取其他有效措施对焊接区域进行防护；气体保护焊时，焊接气瓶也应采取相应措施进行保温。
　　
　　2.3焊接质量控制
　　
　　①预热与层间温度。低温环境下的预热温度应稍高于常温下的焊接预热温度，加热区域为构件焊接区各方向大于或等于二倍钢板厚度且不小于100mm范围内的母材，焊接层间温度不低于预热温度或标准(JGJ81—2002)规定的最低温度20℃(两者取高值)。②加大定位焊时的热输入。适当加大定位焊的热输入，增大焊缝截面和长度，并采用与正式焊接相同的预热条件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧时弧坑一定要填满，可以有效减少由于定位焊接引起的收缩裂纹。③采用合理的焊接方法。尽量使用窄摆幅，多层多道焊，严格控制层间温度。④焊接后热及保温。焊接后及时对焊接接头进行后热保温处理，利于扩散氢气的逸出，防止因冷速过快而引起的冷裂纹，同时适当的后热温度还可以适当降低预热温度。
　　
　　总之，钢结构低温焊接施工前，一定要根据实际情况做好焊接工艺评定试验。必要时还要针对具体钢种进行低温焊接性试验，制作出适合的焊接工艺指导书以指导实际焊接。另外，在低温环境下，对焊工操作的不良影响也应给予足够重视，一般环境温度不宜低于-15℃。
　　
　　 3厚钢板焊接技术
　　
　　建筑钢结构中厚钢板得到大量的使用，如北京新保利大厦工程使用的轧制 H型钢翼板厚度达到125mm，国家体育场(鸟巢)工程用钢最大板厚达110mm。大量 钢结构工程采用厚钢板，促进了厚钢板焊接技术的发展，同时也丰富了建筑用钢的范围。
　　
　　厚钢板焊接的关键是防止由于焊接而产生的裂纹和减少变形，应主要考虑以下几点：
　　
　　①选用合理的坡口形式。如尽量选用双U或X坡口，如果只能单面焊接，应在保证焊透的前提下，采用小角度、窄间隙坡口，以减小焊接收缩量、提高工作效率、降低焊接残余应力。②合理的预热和层间温度。③后热和保温处理。