刘立宝

沈阳中辰钢结构工程有限公司

建筑钢结构工程低温焊接技术应用研究

刘立宝

沈阳中辰钢结构工程有限公司

钢结构工程中的低温焊接(即在冬季施工)一直是学术界和工程界共同关注的课题。钢结构低温焊接对焊缝金属危害的直接表征就是出现裂纹和工作状态下发生脆断，控制不好就会导致焊接质量下降甚至造成不安全隐患，因此受到各方面的高度重视。但根据建筑钢结构焊接工程冬季施工的理论规律，可以确定冬季施焊的两大关键：一是尽量避免三向应力状态下施焊；二是努力提高焊接环境和结构构件的实际温度。

建筑工程；钢结构；低温焊接

建筑钢结构的低温焊接历来是学术界、工程界共同关注的课题。尤其在以北京“2008”奥运工程为代表的钢结构工程中，因其大量应用Q345低合金高强度钢，部分结构采用Q390/Q420/Q460钢，板厚达到50～150mm，且冬期施工的工程量巨大，在冬季低温环境下施焊将使冷却速度加快，焊接裂纹敏感性加剧，对防止裂纹产生的各项技术措施要求比常温焊接时更为严格。在此情况下，采取何种焊接施工技术才能保证钢结构工程的低温焊接施工质量便成为工程技术人员普遍关注的焦点。下面介绍一下建筑钢结构低温焊接施工。

1 低温焊接技术概述

1.1 低温焊接的由来

工程上的低温焊接主要是指在实际焊接操作过程中，焊接处的附近0.5m的工位温度低于环境温度。换句话说，实际焊接点温度偏低于外界气象温度。如果当这个温度差达到一定的温度界限时，这样的焊接操作通常在工程上被称作钢结构的低温焊接。这里的低温并不是通常人们所理解的寒冷，是一个相对温度偏低的概念，但是就是因为这样一个温度差的存在，会加大施工的技术要求和质量要求。

1.2 低温焊接的相关标准

由于各国的建筑标准与实际参考的参照物不同，所以每个国家对钢结构焊接的标准与定义不尽相同，但是有一点是相同的，就是结合本国的实际情况，定义了自己的低温焊接温度与施工要求。《建筑工程冬季施工规程》是这样规定我国钢结构最低焊接温度的，对于低碳钢材料规定的最低焊接温度是一30℃，对于低合金钢材料规定的最低焊接温度是-26℃。但是在《建筑钢结构焊接技术规程》一书中有着不同的解释，这部参考文献充分结合了我国各地的实际施工环境的不同以及施工工况的复杂多变性而编著。

2 低温环境对钢结构焊接施工的影响

具体来讲低温环境对钢结构焊接施工质量的影响主要体现在以下几方面：

2.1 通常在焊缝的冷却期间需要控制其冷却速度。若冷却速度过快会使钢结构的熔覆金属出现焊缝或者马氏体脆性组织而冷却速度过慢则会使焊接部位形成粗大脆性组织也容易出现焊缝。

2.2 如果结构约束度较大焊缝熔覆金属的冷速度加快就会直接导致焊缝金属出现偏析的情况。在结构性约束力的作用下就会导致焊缝的偏析位置与焊缝的中心发生结晶性裂纹，可以看做是一种热裂纹。

2.3 焊缝金属在冷却的时候，游离的氢原子的溶解速度会降低，令却速度越快氢原子透出的时间就越短，此时残留在金属内的比例也就越大就会直接增加冷裂纹的效应延迟效应同残留在金属构件中的氢原子含量是一种正比关系。

2.4 钢结构件在低于材料脆性转变温度的情况下工作在拉应力和焊接应力的共同作用下就会使得静态载荷强度降低，而且容易形成材料脆断。

3 低温焊接的施工工艺

建筑钢结构一般是在低温环境中进行焊接的，为了有效完成相关焊接任务，最好选择氢含量相对比较低的焊接材料，此时还要对焊接材料提供有效的保温以及烘焙措施。为了减少热量的损失，焊接作业的地方最好构建相应的保护房，形成密闭的空间。如果条件不允许时，也可以采取一些措施来降低热量的损失。在进行气体保护焊接操作过程中，要对气瓶提供相应的保温措施。与低温条件下的焊接预热相比，低温焊接过程中所需要的预热温度要高一些，并且需要较大范围的区域预热，一般情况下焊接点范围2倍钢厚度，该范围一般＞100mm。焊接层温度的控制一般要高于规定中的最低温度20℃或者是高于预热温度，而实际情况下是取二者之间的较高温度。焊接方法的选取，一般是多层多道焊接，尽量使用窄摆幅，对层间温度进行科学、合理的控制。

4 建筑钢结构低温焊接施工技术

4.1 加强对焊工的培训

由于在低温环境中进行焊接施工与平常普通施工不同因此这是一种特殊的焊接作业这就要求焊工必须要具备一定的特殊焊接技能为此施工前必须要对焊工统一进行低温焊接施工技术培训焙训内容包括理论与实践操作两方面在实践操作培训中可以结合实际工程的焊接需要进行一致训练，以利于焊工在实际操作中能够更加熟练的进行焊接。另外要加强焊工的安全防护汾发防寒用品、防滑物品等，以保证焊工能够正常安全的作业做好施工组织计划必要时可以实施两班倒的施工组织方式，以减少焊接作业所占工期时间。

4.2 做好焊接设备的御寒工作

由于在低温环境中进行焊接会对焊接设备性能和使用寿命造成一定影响，因此还要对焊接设备进行必要的抗寒处理首先焊机必须要放在能够随时随地移动但又具备保温功能的防护棚中使焊接设备在施工中是处于常温状态所用气瓶也必须要集中放置做好防寒措施在使用时也要把气瓶放在焊机的防护棚中加以防寒，以确保液化气体及时气化为保证焊接质量提供稳定气流。

4.3 加强实际运用

在建筑钢结构焊接技术领域，这个重要技术观念第一次在国家体育场“鸟巢”钢结构焊接工程低温焊接试验中正式提出，引起了人们的广泛关注。进而，又深入研究了常温状态下钢结构热裂纹的机理，这对焊接技术的改进和发展极其有利。建筑钢结构低温焊接理论的充实和完善，必然带来焊接技术的进步，国家体育场“鸟巢”钢结构焊接工程中所形成的管理理念和焊接工艺，也必将为建筑钢结构焊接工程带来新的格局。

根据冬季焊接量大、面广的特点，本工程采取本文介绍的从焊工防护及适应性训练到焊接防风措施等一系列低温焊接技术，很好地保证了低温焊接质量，对保证钢结构工程的总体进度具有重要意义。

[1] 刘景凤，段斌，马德志. 新技术在国内建筑钢结构焊接中的应用[J].电焊机，2007，04：38-44+63.

[2] 邱德隆，戴为志，芦广平. 建筑钢结构工程低温焊接技术应用研究[J]. 焊接技术，2007，S1：1-6.