建筑鋼結構的焊接工藝及其性能分析

何凱 江西江鈴集團新能源汽車有限公司

鋼結構，簡單來說，是由鋼制材料組合而成的結構，也是建筑結構類型的重要組成部分。結構主要是由鋼板制成的鋼梁及鋼柱等構件組成，每個部件或者構件之間使用焊接連接方法或者螺栓連接方法。由于其自重較輕，施工簡單方便，所以普遍應用于大型的場館等領域。本文從不同角度分析建筑鋼結構的焊接工藝及其性能，以供大家參考。

1 建筑用高性能鋼的特征

建筑用鋼結構本身必須要具備良好的力學性能和加工性，衡量鋼材性能的重要指標是強度、斷面收縮率及可焊性等等。因此，為了提高建筑結構的可靠性和安全性，在選用材料時，應該進行綜合考慮。從鋼結構焊接標準規范能夠看出，隨著碳當量的逐漸增加，鋼材強度也會不斷上升，該現象的出現，會在很大程度上加大焊接的難度，鋼結構工程焊接的難度級別如表1所示。

表1 鋼結構工程焊接難度級別

2 焊合在建筑鋼結構的重要性

一般來說，焊合在建筑鋼結構的重要性主要體現在以下幾個方面：在鋼結構建筑施工中，選用的連接方法是以焊接工藝為主，有效的應用焊接工藝，既可以確保建筑整體質量，又能夠提高工作效率。在該過程中，若焊接工作實施缺乏和倫理性，或者焊接沒有發揮出實質性的作用，這樣勢必會不利于整項工程的實施，造成大量的工程隱患出現。其二，現如今，鋼結構的連接方法是以焊接為主，在鋼結構中焊接具有良好的性能，靈活性較高。對于施工人員來說，能夠拓寬本身的想象力，在此基礎上制定有關的方案。其三，焊接在建筑鋼結構中起到非常重要的作用。焊接要求具備較強的實踐性和理論性，而且在選擇焊接類型時，由于操作人員是不同的，所以最終獲得效果存在較大的差異性。在具體工作中，一般建筑連接工作都是處在復雜環境的區域內，這就要求各個連接點都要具備較好的連接性能和抗震性能，在降低消耗量的前提下實現最佳的視覺效果。綜合以上所述，想要確保焊接在建筑鋼結構中的質量，必須要建立完善的質量管理體系，科學合理的使用焊接技術是十分重要的。

3 建筑鋼結構的焊接工藝要求

3.1 基本的選用原則

建筑用鋼結構必須要結合實際應用需求，有效的選配鋼材，根據《鋼結構焊接規范》2011，必須要經過專家認真審議后，才可以在工程中應用這種鋼材料，并且需要使用良好的焊接工藝，對焊接接頭進行高效的處理。涉及到高性能鋼材的應用行業，應該將有關的焊接性能技術材料整理后，主要包括兩種類型的鋼材，分別是屈服強度低于170MPa和屈服強度高于460MPa的鋼材。

鋼材焊接性能技術資料可以采用試驗的方法或者廠家來獲取，廠家對鋼材的各方面性能有一定的了解，可以不通過其他的渠道直接向廠家索要。并且可以委托具有專業檢測資質的第三方機構完成鋼材性能試驗的驗證。總而言之，應該獲取完整的系統化技術資料，主要包括鋼材碳當量檢測、焊接材料性能檢驗、焊接工藝評定資料、鋼板熱切割熱矯正實驗資料以及坡口焊接紋實驗等等。

3.2 焊接工藝的要點

3.2.1 選用適合的焊接方式

對于建筑鋼結構的焊接性能而言，焊接方式是非常重要的，必須要結合實際需求和結構特征進行高效的選用。按照《鋼結構焊接規范》的有關規定，在民用或者工業鋼結構工程中，在動荷載和靜荷載同時作用下的超出3mm后的鋼結構焊接，可以選擇焊絲自保護焊、埋弧焊以及電渣焊等組織形式。但是針對結構性能要求高的鋼結構焊接，必須要保證較低的焊接熱輸入量。這種類型焊接方法可以選擇氣體保護焊、氣電立焊以及焊條電弧焊等等。同時，許多實驗表明，高強鋼的焊接熱輸入量低于50kj/cm。因此，面對極端的情況時，氣電立焊、埋弧焊等最大熱輸入量可以超出50kj/cm，所以不能選用。對于性能高的鋼材來說，為了可以獲取水準高的焊縫金屬性能，必須要嚴格控制焊接熱輸入量。尤其是E類鋼材，以避免高的焊接熱輸入導致焊縫接頭韌性的減少。當前，對于焊接熱輸入量的控制方法是指嚴格控制單道焊縫寬度，不同的焊接方法，單道焊縫寬度的寬度也是不同的。比如：焊條電弧焊的寬度要小于5倍的焊條直徑，氣保焊的寬度要小于20mm，而且盡可能不要使用雙絲焊型的埋弧焊。

3.2.2 對于焊接質量的有效控制

在最低預熱溫度控制中，應該從以下幾點入手：首先，實施裂紋實驗，結合實際情況確定板厚約束度、裂紋指數等等，對這個時間段進行全面控制。想要從根本上實現焊接質量的正確控制，應該采用控制冷卻液速度、變形材料等方法。然后，在低溫焊接中，需要選擇氫含量低的焊接材料，而且要做好低溫處理工作，在焊接過程給中防止出現熱損失的情況。對于厚板塊來說，必須要選用適當的坡口種類及城建溫度，這樣可以避免出現焊接變形的問題，最后，焊接高強鋼時，應該考慮鋼材質的強化機理，而且在遵循相關指標要求的前提下，選擇合適的鋼材及先進的焊接工藝，以此確保焊接全過程的質量。

3.2.3 選擇合適的焊接材料

相對于常規的鋼結構焊接，高性能剛接材料的選用方面具有一定的特殊性，具體表現在以下幾點：其一，等強匹配性。因為母材的韌性與焊接材料是不同的，需要根據母材的性能，對焊接材料的性能對合理的匹配，確保焊接金屬性能不會小于母材的性能下限，比如：熱影響區、焊縫等焊接接頭性能。其二，綜合考慮焊縫的塑性，因為實際生產過程中鋼材存在厚度效應，在選用焊縫材料上要進行全方面的考慮，并且在厚度效應的前提下選擇焊接材料。如果節點約束度相對較大，應該選擇強度低的焊接材料。其三，必須要考慮到沖擊韌性要求，在鋼材焊接材料中沖擊韌性是關鍵性能，為了可以使焊接韌性與鋼結構設計準則相符合，必須要精準控制焊接材料的氧、硫等元素，比如：對于無裂紋鋼材的焊接，可以選擇低氫類焊料；超過零度，鋼板厚度低于50mm的時候，可以直接省略掉預熱環節，并且獲得優異的沖擊性能。

4 實驗測量和結果論述

在日常的實驗工作，最常用的實驗材料是鋼結構板材厚度為13mm的405/q235r復合板，碳、硫元素在405鋼化學成分中分別占據0.07和0.021。而屈服強度和抗拉強度主要是315Mpa和400Mpa。

焊接工藝采用E5015型焊絲的焊條電弧焊，焊材分別采用ER309L和A302來對比其焊接質量之間的差異性，接頭的拉伸力學性能采用CMT5105型電子萬能拉伸機實施測試工作，以此獲得程度不同的屈服強度、斷后伸長率數值等等，利用電子顯微鏡和照相機對焊接的宏觀形貌進行觀察。

5 結語

在實際應用中，鋼結構容易受到不同條件的影響，比如：沉降、溫度以及荷載等等。因此，鋼結構應該具備良好的加工性能和加工性能，包括焊接性能、強度性能等等。同時，應該認真做好鋼結構部件之間的焊接，以確保鋼結構建筑的穩定性、可靠性和安全性。