劉立寶

沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司

建筑鋼結(jié)構(gòu)工程低溫焊接技術(shù)應(yīng)用研究

劉立寶

沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司

鋼結(jié)構(gòu)工程中的低溫焊接(即在冬季施工)一直是學(xué)術(shù)界和工程界共同關(guān)注的課題。鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接對(duì)焊縫金屬危害的直接表征就是出現(xiàn)裂紋和工作狀態(tài)下發(fā)生脆斷，控制不好就會(huì)導(dǎo)致焊接質(zhì)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(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接工程冬季施工的理論規(guī)律，可以確定冬季施焊的兩大關(guān)鍵：一是盡量避免三向應(yīng)力狀態(tài)下施焊；二是努力提高焊接環(huán)境和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際溫度。

建筑工程；鋼結(jié)構(gòu)；低溫焊接

建筑鋼結(jié)構(gòu)的低溫焊接歷來是學(xué)術(shù)界、工程界共同關(guān)注的課題。尤其在以北京“2008”奧運(yùn)工程為代表的鋼結(jié)構(gòu)工程中，因其大量應(yīng)用Q345低合金高強(qiáng)度鋼，部分結(jié)構(gòu)采用Q390/Q420/Q460鋼，板厚達(dá)到50～150mm，且冬期施工的工程量巨大，在冬季低溫環(huán)境下施焊將使冷卻速度加快，焊接裂紋敏感性加劇，對(duì)防止裂紋產(chǎn)生的各項(xiàng)技術(shù)措施要求比常溫焊接時(shí)更為嚴(yán)格。在此情況下，采取何種焊接施工技術(shù)才能保證鋼結(jié)構(gòu)工程的低溫焊接施工質(zhì)量便成為工程技術(shù)人員普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。下面介紹一下建筑鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接施工。

1 低溫焊接技術(shù)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(shí)際焊接操作過程中，焊接處的附近0.5m的工位溫度低于環(huán)境溫度。換句話說，實(shí)際焊接點(diǎn)溫度偏低于外界氣象溫度。如果當(dāng)這個(gè)溫度差達(dá)到一定的溫度界限時(shí)，這樣的焊接操作通常在工程上被稱作鋼結(jié)構(gòu)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(gè)相對(duì)溫度偏低的概念，但是就是因?yàn)檫@樣一個(gè)溫度差的存在，會(huì)加大施工的技術(shù)要求和質(zhì)量要求。

1.2 低溫焊接的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

由于各國的建筑標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際參考的參照物不同，所以每個(gè)國家對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接的標(biāo)準(zhǔn)與定義不盡相同，但是有一點(diǎn)是相同的，就是結(jié)合本國的實(shí)際情況，定義了自己的低溫焊接溫度與施工要求。《建筑工程冬季施工規(guī)程》是這樣規(guī)定我國鋼結(jié)構(gòu)最低焊接溫度的，對(duì)于低碳鋼材料規(guī)定的最低焊接溫度是一30℃，對(duì)于低合金鋼材料規(guī)定的最低焊接溫度是-26℃。但是在《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》一書中有著不同的解釋，這部參考文獻(xiàn)充分結(jié)合了我國各地的實(shí)際施工環(huán)境的不同以及施工工況的復(fù)雜多變性而編著。

2 低溫環(huán)境對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接施工的影響

具體來講低溫環(huán)境對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接施工質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)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(huì)使鋼結(jié)構(gòu)的熔覆金屬出現(xiàn)焊縫或者馬氏體脆性組織而冷卻速度過慢則會(huì)使焊接部位形成粗大脆性組織也容易出現(xiàn)焊縫。

2.2 如果結(jié)構(gòu)約束度較大焊縫熔覆金屬的冷速度加快就會(huì)直接導(dǎo)致焊縫金屬出現(xiàn)偏析的情況。在結(jié)構(gòu)性約束力的作用下就會(huì)導(dǎo)致焊縫的偏析位置與焊縫的中心發(fā)生結(jié)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(shí)候，游離的氫原子的溶解速度會(huì)降低，令卻速度越快氫原子透出的時(shí)間就越短，此時(shí)殘留在金屬內(nèi)的比例也就越大就會(huì)直接增加冷裂紋的效應(yīng)延遲效應(yīng)同殘留在金屬構(gòu)件中的氫原子含量是一種正比關(guān)系。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)件在低于材料脆性轉(zhuǎn)變溫度的情況下工作在拉應(yīng)力和焊接應(yīng)力的共同作用下就會(huì)使得靜態(tài)載荷強(qiáng)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(jié)構(gòu)一般是在低溫環(huán)境中進(jìn)行焊接的，為了有效完成相關(guān)焊接任務(wù)，最好選擇氫含量相對(duì)比較低的焊接材料，此時(shí)還要對(duì)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(yè)的地方最好構(gòu)建相應(yīng)的保護(hù)房，形成密閉的空間。如果條件不允許時(shí)，也可以采取一些措施來降低熱量的損失。在進(jìn)行氣體保護(hù)焊接操作過程中，要對(duì)氣瓶提供相應(yīng)的保溫措施。與低溫條件下的焊接預(yù)熱相比，低溫焊接過程中所需要的預(yù)熱溫度要高一些，并且需要較大范圍的區(qū)域預(yù)熱，一般情況下焊接點(diǎn)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(guī)定中的最低溫度20℃或者是高于預(yù)熱溫度，而實(shí)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(duì)層間溫度進(jìn)行科學(xué)、合理的控制。

4 建筑鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接施工技術(shù)

4.1 加強(qiáng)對(duì)焊工的培訓(xùn)

由于在低溫環(huán)境中進(jìn)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(yè)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(duì)焊工統(tǒng)一進(jìn)行低溫焊接施工技術(shù)培訓(xùn)焙訓(xùn)內(nèi)容包括理論與實(shí)踐操作兩方面在實(shí)踐操作培訓(xùn)中可以結(jié)合實(shí)際工程的焊接需要進(jìn)行一致訓(xùn)練，以利于焊工在實(shí)際操作中能夠更加熟練的進(jìn)行焊接。另外要加強(qiáng)焊工的安全防護(hù)汾發(fā)防寒用品、防滑物品等，以保證焊工能夠正常安全的作業(yè)做好施工組織計(jì)劃必要時(shí)可以實(shí)施兩班倒的施工組織方式，以減少焊接作業(yè)所占工期時(shí)間。

4.2 做好焊接設(shè)備的御寒工作

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

4.3 加強(qiáng)實(shí)際運(yùn)用

在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)領(lǐng)域，這個(gè)重要技術(shù)觀念第一次在國家體育場(chǎng)“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程低溫焊接試驗(yàn)中正式提出，引起了人們的廣泛關(guān)注。進(jìn)而，又深入研究了常溫狀態(tài)下鋼結(jié)構(gòu)熱裂紋的機(jī)理，這對(duì)焊接技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展極其有利。建筑鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接理論的充實(shí)和完善，必然帶來焊接技術(shù)的進(jìn)步，國家體育場(chǎng)“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)焊接工程帶來新的格局。

根據(jù)冬季焊接量大、面廣的特點(diǎn)，本工程采取本文介紹的從焊工防護(hù)及適應(yīng)性訓(xùn)練到焊接防風(fēng)措施等一系列低溫焊接技術(shù)，很好地保證了低溫焊接質(zhì)量，對(duì)保證鋼結(jié)構(gòu)工程的總體進(jìn)度具有重要意義。

[1] 劉景鳳，段斌，馬德志. 新技術(shù)在國內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接中的應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2007，04：38-44+63.

[2] 邱德隆，戴為志，蘆廣平. 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程低溫焊接技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 焊接技術(shù)，2007，S1：1-6.