高性能焊接技術在建筑鋼結構中的應用分析

李峰 胥文彪 李永利 張棟

中核工程咨詢有限公司，北京 100071

現(xiàn)階段工程建筑施工當中，建筑結構大多以建筑鋼結構為主，建筑鋼結構無論是在質(zhì)量上還是材質(zhì)上都有著很大優(yōu)點。相對于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構，建筑鋼結構具有質(zhì)量輕、強度高塑性的特點，同時還具有韌性好、材質(zhì)均勻等優(yōu)點，因此，在當今我國的工程建筑施工當中，建筑鋼結構成為了工程建筑當中所采用的主要建筑結構。建筑鋼結構在施工中是以電弧焊接的方式完成的，通過焊接、鉚釗和螺栓連接等進行加工連接而成，在焊接加工處理時，由于建筑鋼結構具有強度高塑性的特點，對于結構加工的任何形狀都能很好的進行焊縫連接，所以建筑鋼結構焊接質(zhì)量的好壞，對工程建筑的質(zhì)量有著重要的影響。建筑企業(yè)在工程施工中，對于建筑鋼結構焊接的質(zhì)量工作要進行嚴格檢驗，控制好施工過程中每一道焊接工序，既保障了焊接工藝質(zhì)量，同時也提高了焊接工作的生產(chǎn)效率，加快了工程建設順利完成腳步[1]。

1 建筑用高性能鋼的特點

衡量結構用鋼材性能的主要指標有：屈服強度(ReH、ReL)、抗拉強度(Rm)、屈強比(ReL/Rm)、延伸率(A)、斷面收縮率(Z)、沖擊韌性(AKV)、可焊性。通常希望得到綜合性能良好的鋼材，如強度高、韌塑性好、可焊性好等。隨著強度增高，鋼材的碳當量會增加，可焊性變差，焊接難度加大。這一點從《鋼結構焊接規(guī)范》GB5066-2011 第三章表3.0.1鋼結構工程焊接難度等級可以看出。當鋼材強度大于 420 MPa 或碳當量大于0.5時，鋼材可焊性變差，在鋼結構焊接規(guī)范中將其歸入難焊等級。對于有抗震要求的結構用鋼材，還需關注其屈強比和韌、塑性指標。在國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010中明確規(guī)定鋼結構的鋼材應符合下例規(guī)定：

（1）鋼材的屈服強度實測值與抗拉強度實測值的比值不應大于0.85。

（2）鋼材應有明顯的屈服臺階，且伸長率不小于 20%。

（3）鋼材應有良好的焊接性和沖擊韌性。隨著鋼材強度的增加，不僅塑性、韌性、可焊性降低，屈強比的劣化更加明顯，當為了獲得較好的綜合性能而采用 TMCP鋼時，屈強比的變化更加顯著[2]。

2 建筑鋼結構高性能鋼焊接技術

2.1 合理選擇焊接方法

首先，施工期間技術人員需要對鋼構件的尺寸、形狀做出分析，同時還要研究材料的成分和接頭形式等要素，并針對上述內(nèi)容合理選擇可行合理的焊接方法。此外，在選擇焊接方法時，還要考慮到現(xiàn)場的實際條件、工人的技術水平等因素。在權衡各項影響條件的前提下，盡可能選擇最經(jīng)濟、最實用的焊接方法，有效提高焊接工作的質(zhì)量。另外，焊接方法的選擇還要考慮到不同方法的適用范圍與穩(wěn)定程度等因素，同時還要考慮到設備要求以及勞動生產(chǎn)率等要素。當焊接方法明確之后，就要進行焊接材料的選擇。

2.2 低溫焊接技術

低溫下，建筑鋼結構容易發(fā)生表面出現(xiàn)裂紋或者脆斷的情況，沒有很好的控制，將會導致其質(zhì)量下降而出現(xiàn)難以預估的安全隱患。因此低溫焊接中因根據(jù)框架的結構特點，合理安排焊接的順序。正確的選擇預熱方式，一般是采用電加熱，電加熱能夠使預熱區(qū)溫度均勻，防止受熱不均造成的附加應力，升溫的速度相對較快可控，防止結構過熱無法焊接的情況，同時對整個建筑框架而言，防止受熱不均使建筑結構發(fā)生形變的情況。

2.3 做好焊接前的準備工作

一方面，在開展焊接工作之前，要進行操作平臺的搭建。比如，對于柱焊接工作而言，常使用鋼管進行操作平臺的搭建，對于鋼梁焊接工作來說，可以將特制吊籃作為操作平臺。另一方面，施工前要對建筑項目的實際狀況做出分析，并針對焊接任務量合理選擇焊接設備以及材料，確保后續(xù)焊接工作的順利開展。如果工程的焊接任務量相對較大，那么可以使用CO2保護焊技術進行施工，該技術的施工速度相對較快。需要注意的是，焊接工作之前要對焊接設備以及相關的輔助設備進行檢查。此外，當焊接任務確定之后，要做好現(xiàn)場人員的安排。焊接環(huán)節(jié)需要施工人員有著較強的專業(yè)性，并要求施工人員具備一定的施工經(jīng)驗。同時，還要根據(jù)現(xiàn)場實際狀況安排管理人員進行監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)問題要及時責令改正。另外，施工現(xiàn)場要嚴格落實持證上崗制度，參與焊接施工的技術人員要具備相應的資格證明[3]。

2.4 節(jié)點形式與焊縫的檢測

準備工作做好之后，可以正式開展焊接工作，而在其具體操作過程中，需要認真按照建筑鋼結構的設計要求和安裝內(nèi)容選擇焊接的具體形式。焊接工作主要是將建筑鋼結構的各個構件進行焊接，使其連接在一起。如對鋼柱和鋼柱之間進行焊接、鋼柱和鋼梁之間進行焊接以及其他節(jié)點部位進行焊接工作。而其所采用的焊接方式為全熔透焊。在施工中除了將建筑鋼結構的關鍵部位進行焊接之外，還需要采用高強螺栓對梁板等部位進行有效的連接，焊接鋼柱腳和連接板之間的位置。由于鋼板材料具有較大的厚度，所以在具體的焊接工作中通常會選擇全熔透焊的焊接方式來進行焊接，這樣可以有效地保證焊接質(zhì)量。除此之外，技術人員還應對焊縫進行檢測和實驗，防止焊接過程中出現(xiàn)問題，如發(fā)現(xiàn)問題應該及時地進行有效的調(diào)整，并將相關的檢測數(shù)據(jù)上交到管理人員，開展重復焊接工作，解決不良問題。對于焊縫位置的檢測工作則一般采用超聲波探傷檢測儀器，這樣能夠充分地找到探傷位置和焊接中存在的缺陷問題，使焊縫符合建筑鋼結構建筑安裝的相關標準。

3 結語

綜上所述，想要確保建筑鋼結構高性能鋼焊接技術質(zhì)量符合相關施工標準需求，就需要從實際出發(fā)，最大程度的滿足相關需求，并通過現(xiàn)代技術全面引進自動化焊接模式，從而確保建筑鋼結構高性能鋼焊接技術符合適合市場需求，為建筑鋼結構行業(yè)發(fā)展奠定堅實基礎。