建筑鋼結構工程低溫焊接技術應用研究

劉立寶

沈陽中辰鋼結構工程有限公司

建筑鋼結構工程低溫焊接技術應用研究

劉立寶

沈陽中辰鋼結構工程有限公司

鋼結構工程中的低溫焊接(即在冬季施工)一直是學術界和工程界共同關注的課題。鋼結構低溫焊接對焊縫金屬危害的直接表征就是出現裂紋和工作狀態下發生脆斷，控制不好就會導致焊接質量下降甚至造成不安全隱患，因此受到各方面的高度重視。但根據建筑鋼結構焊接工程冬季施工的理論規律，可以確定冬季施焊的兩大關鍵：一是盡量避免三向應力狀態下施焊；二是努力提高焊接環境和結構構件的實際溫度。

建筑工程；鋼結構；低溫焊接

建筑鋼結構的低溫焊接歷來是學術界、工程界共同關注的課題。尤其在以北京“2008”奧運工程為代表的鋼結構工程中，因其大量應用Q345低合金高強度鋼，部分結構采用Q390/Q420/Q460鋼，板厚達到50～150mm，且冬期施工的工程量巨大，在冬季低溫環境下施焊將使冷卻速度加快，焊接裂紋敏感性加劇，對防止裂紋產生的各項技術措施要求比常溫焊接時更為嚴格。在此情況下，采取何種焊接施工技術才能保證鋼結構工程的低溫焊接施工質量便成為工程技術人員普遍關注的焦點。下面介紹一下建筑鋼結構低溫焊接施工。

1 低溫焊接技術概述

1.1 低溫焊接的由來

工程上的低溫焊接主要是指在實際焊接操作過程中，焊接處的附近0.5m的工位溫度低于環境溫度。換句話說，實際焊接點溫度偏低于外界氣象溫度。如果當這個溫度差達到一定的溫度界限時，這樣的焊接操作通常在工程上被稱作鋼結構的低溫焊接。這里的低溫并不是通常人們所理解的寒冷，是一個相對溫度偏低的概念，但是就是因為這樣一個溫度差的存在，會加大施工的技術要求和質量要求。

1.2 低溫焊接的相關標準

由于各國的建筑標準與實際參考的參照物不同，所以每個國家對鋼結構焊接的標準與定義不盡相同，但是有一點是相同的，就是結合本國的實際情況，定義了自己的低溫焊接溫度與施工要求?！督ㄖこ潭臼┕ひ幊獭肥沁@樣規定我國鋼結構最低焊接溫度的，對于低碳鋼材料規定的最低焊接溫度是一30℃，對于低合金鋼材料規定的最低焊接溫度是-26℃。但是在《建筑鋼結構焊接技術規程》一書中有著不同的解釋，這部參考文獻充分結合了我國各地的實際施工環境的不同以及施工工況的復雜多變性而編著。

2 低溫環境對鋼結構焊接施工的影響

具體來講低溫環境對鋼結構焊接施工質量的影響主要體現在以下幾方面：

2.1 通常在焊縫的冷卻期間需要控制其冷卻速度。若冷卻速度過快會使鋼結構的熔覆金屬出現焊縫或者馬氏體脆性組織而冷卻速度過慢則會使焊接部位形成粗大脆性組織也容易出現焊縫。

2.2 如果結構約束度較大焊縫熔覆金屬的冷速度加快就會直接導致焊縫金屬出現偏析的情況。在結構性約束力的作用下就會導致焊縫的偏析位置與焊縫的中心發生結晶性裂紋，可以看做是一種熱裂紋。

2.3 焊縫金屬在冷卻的時候，游離的氫原子的溶解速度會降低，令卻速度越快氫原子透出的時間就越短，此時殘留在金屬內的比例也就越大就會直接增加冷裂紋的效應延遲效應同殘留在金屬構件中的氫原子含量是一種正比關系。

2.4 鋼結構件在低于材料脆性轉變溫度的情況下工作在拉應力和焊接應力的共同作用下就會使得靜態載荷強度降低，而且容易形成材料脆斷。

3 低溫焊接的施工工藝

建筑鋼結構一般是在低溫環境中進行焊接的，為了有效完成相關焊接任務，最好選擇氫含量相對比較低的焊接材料，此時還要對焊接材料提供有效的保溫以及烘焙措施。為了減少熱量的損失，焊接作業的地方最好構建相應的保護房，形成密閉的空間。如果條件不允許時，也可以采取一些措施來降低熱量的損失。在進行氣體保護焊接操作過程中，要對氣瓶提供相應的保溫措施。與低溫條件下的焊接預熱相比，低溫焊接過程中所需要的預熱溫度要高一些，并且需要較大范圍的區域預熱，一般情況下焊接點范圍2倍鋼厚度，該范圍一般＞100mm。焊接層溫度的控制一般要高于規定中的最低溫度20℃或者是高于預熱溫度，而實際情況下是取二者之間的較高溫度。焊接方法的選取，一般是多層多道焊接，盡量使用窄擺幅，對層間溫度進行科學、合理的控制。

4 建筑鋼結構低溫焊接施工技術

4.1 加強對焊工的培訓

由于在低溫環境中進行焊接施工與平常普通施工不同因此這是一種特殊的焊接作業這就要求焊工必須要具備一定的特殊焊接技能為此施工前必須要對焊工統一進行低溫焊接施工技術培訓焙訓內容包括理論與實踐操作兩方面在實踐操作培訓中可以結合實際工程的焊接需要進行一致訓練，以利于焊工在實際操作中能夠更加熟練的進行焊接。另外要加強焊工的安全防護汾發防寒用品、防滑物品等，以保證焊工能夠正常安全的作業做好施工組織計劃必要時可以實施兩班倒的施工組織方式，以減少焊接作業所占工期時間。

4.2 做好焊接設備的御寒工作

由于在低溫環境中進行焊接會對焊接設備性能和使用壽命造成一定影響，因此還要對焊接設備進行必要的抗寒處理首先焊機必須要放在能夠隨時隨地移動但又具備保溫功能的防護棚中使焊接設備在施工中是處于常溫狀態所用氣瓶也必須要集中放置做好防寒措施在使用時也要把氣瓶放在焊機的防護棚中加以防寒，以確保液化氣體及時氣化為保證焊接質量提供穩定氣流。

4.3 加強實際運用

在建筑鋼結構焊接技術領域，這個重要技術觀念第一次在國家體育場“鳥巢”鋼結構焊接工程低溫焊接試驗中正式提出，引起了人們的廣泛關注。進而，又深入研究了常溫狀態下鋼結構熱裂紋的機理，這對焊接技術的改進和發展極其有利。建筑鋼結構低溫焊接理論的充實和完善，必然帶來焊接技術的進步，國家體育場“鳥巢”鋼結構焊接工程中所形成的管理理念和焊接工藝，也必將為建筑鋼結構焊接工程帶來新的格局。

根據冬季焊接量大、面廣的特點，本工程采取本文介紹的從焊工防護及適應性訓練到焊接防風措施等一系列低溫焊接技術，很好地保證了低溫焊接質量，對保證鋼結構工程的總體進度具有重要意義。

[1] 劉景鳳，段斌，馬德志. 新技術在國內建筑鋼結構焊接中的應用[J].電焊機，2007，04：38-44+63.

[2] 邱德隆，戴為志，蘆廣平. 建筑鋼結構工程低溫焊接技術應用研究[J]. 焊接技術，2007，S1：1-6.