鋼結(jié)構(gòu)焊縫連接技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

文/張蔡南 浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 浙江杭州 310012

鋼結(jié)構(gòu)跨度大，通過節(jié)點(diǎn)連接空間整體結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)的連接質(zhì)量對鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體質(zhì)量至關(guān)重要，直接決定了鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用壽命。采用焊縫連接技術(shù)的節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量明顯優(yōu)于其它方式，具有剛度大，密封性好的優(yōu)點(diǎn)，所以成為施工單位的首選技術(shù)。焊縫連接是將鋼結(jié)構(gòu)部件采用物理方式連接在一起，隨著自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，提高了焊接技術(shù)的效率和質(zhì)量，推動(dòng)了焊縫連接技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用。

1、焊縫連接的概述

我國早期建筑是鐵制建筑物的，現(xiàn)代化鋼結(jié)構(gòu)起步較晚，經(jīng)過多年發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)成為鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)國。尤其是2008年奧運(yùn)會(huì)，極大帶動(dòng)了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，奧運(yùn)會(huì)國家體育場等為代表的一批鋼結(jié)構(gòu)工程，都具有國際一流技術(shù)水平，得到了世界各國的廣泛贊譽(yù)。我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)蓬勃發(fā)展，離不開先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，如波紋板自動(dòng)焊接機(jī)床在鋼結(jié)構(gòu)焊接中發(fā)揮著重要作用，實(shí)現(xiàn)了焊接自動(dòng)化，保證了鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)焊接質(zhì)量。世界一流的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)多達(dá)上百家，有很多的鋼結(jié)構(gòu)制作特級和一級企業(yè)。美國新海灣大橋是世界上跨度最大的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，我國振華重工承建了完成了大橋鋼結(jié)構(gòu)的焊接施工，這是整個(gè)項(xiàng)目最大的難題,標(biāo)志著我國焊接技術(shù)的進(jìn)步和成熟。

2、焊縫連接技術(shù)的應(yīng)用

2.1 焊接存在的問題及解決措施

2.1.1 焊接殘余應(yīng)力

鋼結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)后產(chǎn)生劇烈的溫度變化，因?yàn)楹附硬考軣岵粍颍摻Y(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)大，熱脹冷縮的比較顯著，在膨脹時(shí)會(huì)產(chǎn)生縱向殘余應(yīng)力，冷卻收縮時(shí)會(huì)出現(xiàn)橫向殘余應(yīng)力。常見的方法一是利用熱時(shí)效法原理，從減少溫差的角度去消除殘余應(yīng)力的影響。將需要焊接的部件預(yù)先加熱到一定的溫度，然后進(jìn)行焊接，效果比較明顯，但是加熱需要大量的熱能，造成能源的浪費(fèi)。二是局部低溫勢處理法。通過對焊縫兩側(cè)加熱，減少焊縫周圍焊接時(shí)的殘余應(yīng)力，另一方面對其它部位冷卻降溫，讓這兩部分產(chǎn)生的殘余應(yīng)力相互抵消，從而起到消除殘余應(yīng)力的目的。

2.1.2 焊接變形

因?yàn)楹附庸ぷ鲃×业臏囟茸兓院附幼冃问呛附庸ぷ髦胁豢杀苊獾默F(xiàn)象，但是可以通過技術(shù)手段減少焊接變形的影響。非人為因素主要是溫度變化等不可控因素造成的變形，一般都是外界因素的影響。如鋼結(jié)構(gòu)部件焊接時(shí)受熱不均勻引起的變形。人為因素主要是指由施工操作人員的操作引起的變形，與人的技術(shù)水平有很大的關(guān)系，例如鋼結(jié)構(gòu)部件焊縫不均，焊接時(shí)溫度、速度等變化較大等人為可以控制的因素，造成的變形。非人為因素是客觀因襲，不可能完全消除，所以技術(shù)人員要結(jié)合實(shí)際情況，科學(xué)的選擇焊接技術(shù)，減少變形的程度。針對人為因素，可以通過加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高焊接水平等手段減少其不良影響。

2.1.3 焊縫節(jié)點(diǎn)脆性斷裂

焊縫節(jié)點(diǎn)脆性斷裂是焊接工程中常見的問題之一，主要是鋼材地韌性、塑性等特性的變化引起的。它是焊縫節(jié)點(diǎn)不明顯的變形引起的斷裂。鋼材中除了含有鐵元素之外，還包括其它的元素，如碳、硅、錳等，這些元素含量多少直接影響了鋼材的物理性能。所以造成焊縫節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生質(zhì)量問題，出現(xiàn)裂紋、砂眼等情況，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。外界環(huán)境對焊接質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生較大的影響，如果溫度較低，鋼材的韌性等性能降低，導(dǎo)致焊接出現(xiàn)脆性斷裂的幾率加大。為了保證鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量，減少焊縫節(jié)點(diǎn)脆性斷裂可以從以下方面入手：一是科學(xué)選擇焊接工藝，在進(jìn)行當(dāng)板拼接時(shí)，根據(jù)材料的材質(zhì)厚度等合理設(shè)定焊接參數(shù)，并采用對接焊縫，及時(shí)打磨焊縫表面減少應(yīng)力變形。二是選用優(yōu)質(zhì)焊條，悍跳的材質(zhì)決定了焊接的質(zhì)量，不同的材料膨脹系數(shù)不一樣，所以要盡量選擇與鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)強(qiáng)度一致的焊條，減少膨脹系數(shù)的差距，減少形變引起的脆性斷裂。

2.2 焊接形式及其優(yōu)越性

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接是鋼結(jié)構(gòu)施工的核心環(huán)節(jié)，直接影響著工程的整體質(zhì)量。節(jié)點(diǎn)的連接一般采用單一的連接方式，但是在進(jìn)行項(xiàng)目的改造時(shí)，可以根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，在一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)處采用兩種以上的連接方式，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度等性能，提高節(jié)點(diǎn)的連接質(zhì)量。現(xiàn)在普遍的使用焊縫連接與栓接相結(jié)合的新型節(jié)點(diǎn)連接方式，大大提高了鋼結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，保證了鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性和安全性。焊接技術(shù)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)材料的性質(zhì)來選擇，襯板應(yīng)該采用雙邊焊縫構(gòu)造，對接焊縫構(gòu)造形式適用于梁柱節(jié)點(diǎn)。如果選用當(dāng)角焊縫進(jìn)行梁柱節(jié)點(diǎn)連接，容易產(chǎn)生裂紋。焊接連接技術(shù)與其它技術(shù)相比較，具有高效、成本低、操作簡單、節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量好等優(yōu)勢，可以提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3 二氧化碳保護(hù)焊

因?yàn)槎趸急Ｗo(hù)焊利用二氧化碳隔絕空氣與焊絲，由于二氧化碳的防護(hù)保證了焊接的穩(wěn)定性，減少了焊接部件的形變，提供了焊接的質(zhì)量。二氧化碳保護(hù)焊操作簡單，焊接時(shí)對空氣污染小，焊接表面清潔不用進(jìn)行后處理。而且適用范圍廣，不受工件厚度等因素影響。由于二氧化碳的保護(hù)作用，焊接時(shí)產(chǎn)生熱量及時(shí)冷卻，產(chǎn)生的應(yīng)力變形小，提高了節(jié)點(diǎn)焊接的質(zhì)量。焊接時(shí)由于光熱輻射較強(qiáng)，所以應(yīng)該注意做好防護(hù)措施。深圳大運(yùn)中心主體育館采用了二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，解決了焊接變形和應(yīng)力過大等難題，成為二氧化碳保護(hù)焊應(yīng)用的標(biāo)志性工程，體現(xiàn)了其在鋼結(jié)構(gòu)焊機(jī)領(lǐng)域的優(yōu)勢。

結(jié)語：

焊縫連接技術(shù)的發(fā)展，提高了鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而推動(dòng)了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。焊縫連接技術(shù)具有優(yōu)越性能是其它連接技術(shù)無法比擬的。但是焊接技術(shù)的應(yīng)用過程中也有節(jié)點(diǎn)脆性斷裂、焊接變形等缺陷，針對這些缺陷，要不斷優(yōu)化焊縫連接技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的應(yīng)用，提高鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)焊接質(zhì)量，從而保證鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體質(zhì)量，促進(jìn)我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。