建筑钢结构工程低温焊接技术应用研究

刘福启

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摘要：在焊接温度逐渐降低的情况下，焊缝材料的硬度会逐渐增加。通过有效的预热、焊接层间的温度维持和焊后缓冷等措施，可以降低焊缝金属在冷却上的速度，提高焊缝金属的硬度。加热温度不够时，与焊缝的裂缝倾向增大，因此，通过提高预热温度和对预热方法进行工艺上的调整，可以提高焊缝质量。在施工环境和焊接条件之间建立一个合适的、合理的差异，能够确保焊工的工作保护措施的保暖性和轻便性。在焊接过程中，采用了一种自制的可移动式保温挡风板，配合管端封堵装置，使得整个焊接过程更为顺畅。

关键词：建筑钢结构；低温焊接技术；措施

1低温焊接时的施工工艺

在对建筑钢结构在低温环境下进行焊接的时候，为了更好地完成焊接的工作，需要选用具有较低氢气含量的焊接材料，在焊接的过程中，还需要采用一定的保温、烘焙措施，这样就能将热量的损失降到最低。在焊接的时候，还需要建立保护房，保护房是在焊接的位置上建立的，这样能够形成一个封闭的空间，在进行钢结构焊接的时候，不会出现较大的问题。在这种情况下，如果不能达到最基本的焊接要求，那就要尽量减少热损失。

在进行某些气体保护焊作业时，对气缸也应采取必要的保温措施.层间温度及预热。与常温下的焊接预热相比，低温焊接时的预热温度要稍微高一些，而且需要预热的区域范围也更大一些，一般是在焊接点周围的两倍钢厚度以上的范围，而且这一范围不低于100mm。焊接层的温度一般要比预热温度高，或不能比相应规定的最小温度低20℃以下，在这两个条件中选择较高者；选择合适的焊接方式。

2钢结构的焊接施工技术

2.1焊接施工流程

施焊人员要对图纸有一定的了解，做好焊接工艺技术交底，保证施焊人员持证上岗，对焊工的焊接任务有明确的认识，之后还要做好现场验电，预热，后热温度试验确定等工作。在此基础上，确定了合理的焊接工艺和工艺参数，并进行了试验研究。在焊接作业中，应先将焊口清理干净，检查坡口等是否达到规定的标准，并确认定位焊的紧固性，焊缝周边应无油污及生锈。先对焊材进行预热和保温，之后再根据设定好的焊接参数来进行焊接，在焊接结束之后，要对焊缝周围进行清渣，并做好焊后的保温工作，这样就可以完成了。

2.2焊材的选择和与钢材的匹配

相对于钢的最低要求，焊材的金属强度、韧性和可塑性要显著地高于钢，并且在焊接节点处，其各项基本性能指标均应等于或高于钢的最低要求；为确保焊接接头的延展性，钢板很厚时应按其厚度选用合适的焊接材料；选用具有适当韧度的焊接材料，良好韧度的焊接材料可有效改善焊接接头及热影响区的韧度，从而达到钢结构力学性能的要求。

2.3焊接质量上的控制

在对焊接质量进行控制的过程中，比较重要的一步就是对输入热和焊接冷却的速度展开控制，用控制焊接电压、焊接上的电流、焊接速度和熔融金属的冷却速度等条件，来对焊接的质量展开控制，并对焊缝内部的因素进行控制，要选择高质量的焊材。操作者精湛的技术和技术，能够保证焊接的外观质量。在焊接方式上，选用具有较高能量密度和较小输入热的焊条，从而实现对焊条应力和变形的有效控制。若从钢材料的选择入手，综合考虑各种技能，选用合适的焊材和评价焊接质量的试验方法，如此高的要求才能选择出适合大批量生产的焊接工艺。在焊接过程中，要注意控制层与层之间的温度，以避免焊缝的软化。总之，以最小的费用为目标，以最大限度地提高焊接质量。

3低温焊接的影响分析及对策

3.1影响分析

钢结构在低温环境下的破坏行为，通过焊接裂纹与脆性工作等方式，直接体现出来。其原因是延迟开裂，结晶，游离氢的存储。在冷却温度为800至500℃时，其结晶结构按下述方式发生变化。

(1）若在800至500的温度区间，冷却金属的熔融速度太快，将在焊缝区及受热区形成脆性马氏体；由于冷却速度太慢，使热影响区温度太高，在边部形成了较大的脆性铁素体组织，从而避免了在焊接过程中直接或后期产生的高温开裂。

(2）由于其结构的局限性，使得金属的焊接过程中，由于冷却速率太快，极易造成金属的脱开。在较大的应力作用下，以热烈的方式在焊缝中心产生了结晶性裂缝。

(3）随着焊条的冷却，由于焊条中自由氢气的溶解度减小，冷却速率增大，氢气的渗透率减小，所以焊条中的残留元素相对于焊条中的金属有增大的趋势，而其对焊条的影响则减小。它直接关系到在金属残余物中所含的氢气。

(4）若在焊接拉力与剩余电位的联合作用下，结构的工作温度在材料脆性转换温度以下，其静态强度将大大下降，且其脆性将大大低于由外部因素所引起的质点处。

3.2对策

在此基础上，通过控制熔化金属的冷却速率，达到500-800℃，防止出现脆性马氏体和粗大组织；同时，我们还设计了一套预热与后热处理体系，以保证氢气在焊层中的充分扩散与迁移。其具体措施有：

(1）所选用的钢结构，其性能水平必须达到C级钢的抗冲击强度。如果C级与B级在常温下是一致的，那么所选用的焊料必须满足相应的要求。

(2）选择焊料时，应根据焊料的强度，与焊料的组织相符合，与焊料的工艺规范相一致。按照设计要求，焊缝金属不能形成环状，而且要保证焊缝的强度。

(3）按照设计要求，对焊接次序进行调整，以降低焊缝中的残余应力。

(4）在对工艺、施工和焊接过程进行全面评估的基础上，根据环境温度、钢种和焊缝厚度等因素，选择适当的预热温度；在两倍的板厚（1.5倍的板厚在恒温下）进行预热。为保证预热区温度均一，避免被测材料温度过高，应选用电加热法。

(5)）选择合适的焊接工艺，并对热源进行控制。采用多道焊接，大电流，精细滚压，多层作业，以增加焊接温度，阻止焊接自愈。

4克服低温焊接对工程质量影响的措施

首先，在施工工艺方面，就是要不断的改善施工材料的性能。必须充分达到C类钢材的质量标准。与此同时，他们还必须保证在0℃的温度下有很好的强度，抗冲击能力，而且至少要达到B类，也就是对钢铁的特殊需求。

其次，对焊条的选用，既要符合焊条的力学性能，又要与焊条的显微组织相匹配。若经焊接后符合一定的技术指标及要求，其组织形态可与针状铁质相媲美，具有较好的抗焊性及强度。

第三，在焊接之前，要合理的安排焊接次序，这样才能最大限度地降低焊接应力对焊接质量的不利影响。另外，要设定比较合理的预热温度。同时，通过对焊接过程的评价，从焊接温度，材料质量，爬升等几个角度对施工材料进行了科学的选择。

最后，为了获得最优的焊接参数，制定出一套合理的焊接方案，需要在较低的温度下进行焊接。另外，为了保证焊接质量，焊工也要有适应能力。

结语

综上所述，在较低温度条件下，焊缝金属在较短的时间内会发生快速的冷却、焊缝金属的生长和弹塑性变形。在钢结构焊接工艺中，由于晶化作用，使焊缝的变形速度加快，使其产生热裂的可能性增大。对钢结构中热裂缝产生机理的深入研究，推动了焊接工艺的不断完善与发展。在钢结构方面，由于采用了大量的低温热焊工艺，使得在冬季施工中遇到的技术困难得到了很好地解决。在建筑学上，它扮演了一个非常重要的角色。随着钢深焊理论的发展，其研究成果将为钢深焊技术的发展提供新的思路与方法。

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