淺析低溫下鋼結構焊接的質量控制

王緒，張建偉，劉剛

（中國建筑第七工程局有限公司，鄭州 450053）

WANG Xu1,ZHANG Jian-wei2,LIU Gang3

(China Construction Seventh Engineering Division.Corp.Ltd.,Zhengzhou450053,China)

1 低溫焊接易出現的問題及原因分析

1.1 焊縫過寬或過窄

造成焊縫過寬或過窄的原因主要有兩個，其一是低溫條件下人體的靈敏度降低，操作的精度降低，容易造成焊縫控制不當的情況；其二是焊接過程中的脹縮，低溫環境不僅會影響焊接后焊材與母材的融合，還會影響焊材及母材的收縮一致性。

1.2 焊材裂縫或脆斷

焊材的裂縫或脆斷在低溫焊接的過程中較為常見。當母材及焊材處于低溫環境下，焊接過程使焊條瞬間加熱至融化狀態，作用在低溫的母材上時，又從驟熱突然過渡到自然環境的驟冷，使得焊材劇烈收縮，從而出現裂紋及脆斷現象。

1.3 夾渣、未熔透現象

夾渣和未熔透的現象雖然在低溫焊接過程中不常見。但是處于低溫的環境，在進行焊接的時候仍舊采用與正常溫度下一樣的電流進行加熱焊接，容易導致焊條的融化不完全，從而造成夾渣、未熔透的現象。

2 保證低溫焊接質量的措施

2.1 施工前準備

2.1.1 材料準備

所選用的焊接材料是鋼結構焊接質量的重要影響因素。焊絲焊劑的選擇必須考慮鋼材的化學成分、力學性能、焊縫形式以及擬采用焊絲焊劑的材料性能。在保證設計要求的前提下，焊絲焊劑優先采用屈服強度較低、沖擊韌性好的氨堿含量低或者鈦鈣型焊條。

以呼和浩特市高架橋鋼箱梁的低溫焊接工程為例，該工程所使用的鋼材材質為Q345QE，是具有較高的強度、韌性以及抗沖擊能力的材料，而且還具有耐低溫、耐腐蝕的性能，專用于公路橋梁及鐵路的鋼材[1]。

該工程擬采用CO2氣體保護焊的焊接方法，焊機大電流工作時，熱量輸出較大，焊絲的選用時應考慮此因素造成的影響。必須保證焊縫焊絲在此工作狀態下有良好的抗沖擊性能及外觀質量。本工程擬選用韌性較好的Supercored 71H藥芯焊絲，此焊材是適用于構件全部焊縫位置的鈦型藥芯焊絲，此焊材除了具有良好的韌性外，焊接時電弧穩定，脫渣性良好。2.1.2人員準備

進行重要鋼結構焊接的人員，必須經專業培訓且通過考試，并持有效證件。但因焊接構件類別、規格、材質的不同，焊接人員技能資格等級要求也不同，因而必須對焊工技能資格進行嚴控。一是核查及確認焊接工人資格，即考核項目與焊接工作一致；二是監控焊工資格的時效性。

2.1.3 焊接工藝選擇

坡口樣式：焊接接頭切割坡口是為了保證電弧深入焊縫底部,使底部能夠熔透。在選擇坡口樣式時應能保證焊縫熔透，坡口易加工，提高效率，節約焊材，減少焊后變形等。為此，工程中應根據實際條件采用合理坡口形式。本工程主要采用單邊V形坡口，T形接頭采用K形坡口。

焊接次序：先焊收縮量較大焊接節點、后焊收縮量較小焊接節點、先單獨焊接后整體焊接,化解約束的合理順序，從根本上減少裂紋源。由于本工程對接焊縫較長,由兩焊工自中間同時向兩端退焊，以防鋼箱梁扭曲變形[2]。

2.1.4 施工作業條件及安全設施

焊接操作平臺、馬道、吊籃等均應注意清除雪、水，并有防止人員滑倒的措施。焊工和其他輔助人員要配備防寒服裝。應該充分認識到低溫焊接施工在安全保障方面的難度是很大的，必須有充分的措施保證。

2.2 施工過程控制

2.2.1焊前預熱

低溫焊接易出現質量問題的主要原因就是焊接環境的溫度與焊接過程中的溫度差別太大，從而導致焊接材料出現劇烈的熱脹冷縮現象，嚴重地影響了金屬結構的嚴密性和穩定性，使得焊接結果無法滿足工藝需求。針對這一問題，本文認為可以采用焊前預熱的工藝減小焊接過程與焊接前后的焊接材料的溫差，從而使得焊接材料在焊接過程中收縮均勻。而進行焊前預熱的方法可以采用火焰對其各部位均勻升溫，去除焊時母材與焊接區域的過大溫差，盡量促使接頭在同軸線上均勻脹縮。提高焊接材料焊接前與焊接過程中的溫度穩定性，從而使其達到整個過程中金屬結構的穩定。

本工程運用火焰加熱預熱，對接焊縫區域加熱采用大型烤槍,熱源采用氧—乙炔中性焰，操作者進行對稱加熱。較長焊縫采用烤槍加熱受熱不勻,沿焊縫長度向布置一根圓鋼管，在鋼管一側等間距開孔,在鋼管中通入天然氣進行均勻加熱。預熱范圍沿焊接區域中心向兩邊100mm以上，并按最厚母材板厚三倍以上范圍實施。加熱力求均布,采用溫度儀實時監測,嚴控加熱溫度，以保焊縫區域均勻受熱。預熱溫度監測須在距坡口邊沿離板厚3倍的地方實施。當預熱區域溫度均勻達預定值后，覆蓋保溫物資至恒溫20～30min。

2.2.2 防風及層間溫度控制

施工時原則上遇到風、雨、雪天不得施焊，如需施焊需注重對風的防范。應當選取防風的場所或者搭設棚罩進行擋風，這樣不僅可以使得環境溫度在一定程度得以提升，而且可以起到更好的恒溫效果。

在焊接中需嚴控層間溫度，保證其恒溫在110～190℃之間,每個接頭應一次焊完中間不得停歇。如果確需中斷，需嚴格把控各個焊接點及焊接層次之間的溫度關系，采用必要的后熱、緩冷措施,開始焊接時應重新預熱并據節點形式及板厚提高預熱溫度，只有這樣才能實現焊接層次之間的緊密結合。此外，二次加熱需在一次加熱區擴大大于等于一倍板厚的區域。

2.2.3 焊后熱

在進行焊接工藝之后對焊接材料進行二次加熱，這一舉措的意義在于減少焊接材料裂縫及脆斷情況的發生。后熱溫度一般為200～250℃,在較寒冷地區焊后熱溫度需較溫暖地區高 50～100℃。

2.2.4 焊后緩冷

在進行焊后加熱過程之后，對焊接材料采取厚棉被覆蓋包裹等形式進行緩冷，密閉空氣流通部位，并緩冷至焊接區、焊縫正面、背面均達周圍環境溫度為止。焊后保溫可以有效地對焊接后的金屬材料的散熱進行有效控制，從而防止驟冷驟熱對焊接工藝的效果產生影響。

3 焊接質量檢查

焊接質量的保證，不僅焊后要進行驗收，還需在焊前及焊中進行檢查，實現全程管控。通常焊接檢查包括焊前、焊中和焊后檢查3個階段。在各階段，檢查工作內容應符合設計要求及現行技術規范。

4 結語

在鋼結構焊接工程中，低溫焊接是冬季鋼結構施工的重要一環。為滿足進度要求，鋼結構冬季焊接必須進行時，如何控制低溫厚板焊接質量，是需工程技術人員重點解決的難題。必須據工程實際分析,采取必要的技術措施、焊接工藝及管理措施,克服低溫環境的不利影響,從根本上提高焊接質重和大幅度減少焊接變形以達到設計及現行規范要求。