建筑钢结构工程低温焊接技术应用研究

　　摘要：文中简要介绍了低温焊接以及在进行低温焊接时的难点，并对低温焊接的影响因素进行了分析，最后提出了低温焊接方法与工艺参数的选择方法，并详细阐述了如何在焊接过程中控制焊接温度，达到好的低温焊接效果。

　　关键词：建筑钢结构；低温焊接；热影响区；温度

　　建筑钢结构的低温焊接一直都是工程界与学术界非常关注的问题。钢结构在低温条件下焊接最直接的危害就是焊接金属会出现裂纹以及断裂的状况。如果控制不好，可能还会导致焊接质量的下降甚至造成安全隐患。只有运用合理的低温焊接技术与防护措施才能保证钢结构工程的建筑质量。

　　一、低温焊接概述

　　（一）低温焊接的概念

　　低温焊接的施工温度指的是实际焊接操作时所处工位的环境温度，既不是平均温度也不是当地的气象报告温度。当进行焊接施工时，如果焊接操作所处工位0.5米范围内的温度比规定的最低焊接施工温度要低，就属于低温焊接。

　　（二）低温焊接的相关规定

　　为了保证焊接的质量，各国都规定了焊接时的最低温度，比如，美国的最低焊接温度为-18℃，日本为-5℃。我国的最低焊接温度为0℃，这是根据我国的实际国情进行综合考虑后制定的规定。我国的复杂、大型建筑钢结构工程日益增多，又缺乏在负温下进行焊接施工的经验。

　　二、钢结构低温焊接的影响因素分析

　　（一）冷却速度

　　在钢结构焊接后等待冷却的过程中，焊缝的冷却速度如果太快，就会在焊缝与热影响区产生马氏体脆性组织；若是速度太慢，热影响区又会由于过热而导致侧板条铁素体组织的产生。

　　（二）结构拘束度

　　如果结构拘束度太大，而焊接熔敷金属的冷却速度又过快，就会造成焊缝金属发生偏析。在拉应力场的作用下，焊接的中心部位会出现结晶裂纹。

　　（三）游离氢的溶解速度

　　如果冷却过程中，游离氢的溶解速度下降，氢的透出时间就会变短，残留在金属中的比例就会增大，导致焊接钢结构出现冷裂纹。

　　（四）工作温度

　　如果构件的工作温度比材料的脆性转变温度低，结构的静载强度就会在拉应力与焊接残余应力的双重作用下大幅降低。并且极有可能会发生脆断的情况。

　　三、钢结构低温焊接的方法与工艺参数的选择

　　对于普通的焊接方法，相关的焊接参数主要有焊丝或焊条的直径、焊接电流的大小、电弧电压、焊接速度、焊接层数等。

　　第一，焊剂堆放的选择。一般我们需要保证对方高度在25～50毫米的范围内，并且堆放要适中。焊接粒度的选择则需要根据电流的大小来确定。如果电流过大就应该采用细粒度焊接剂；电流过小的话就应该选择粗粒度焊接，否则，焊接的表面就会出现麻坑。

　　第二，焊接电流的选择。焊接电流若是过小，容易导致电弧不稳定、夹渣、出现冷裂纹等情况；而焊接电流过大又会造成热裂纹、咬合边、烧穿等问题的出现，同时，飞溅情况也会增加。所以，在进行焊接时，必须选择合适的焊接电流。电流大小的确定主要依据焊材的厚度、类型以及接头形式等确定。其中，最重要的因素是焊缝的空间位置与焊丝的直径。

　　第三，焊接速度的选择。焊接速度若是过小，木材就会出现过热变脆，并且焊缝过宽的情况；焊接速度过小的话又会造成焊缝过窄，并出现气孔、夹渣的情况。在选择焊接的速度时，需要与焊接的电流相相配。

　　第四，焊接层数的选择。焊接层数需要根据焊件的厚度来确定，焊接的层数多利于焊缝塑性与韧性的提高，但也有可能会导致接头过热、扩大热影响的后果。所以，焊接层数的确定需要进行综合的考虑，一般每层的厚度都不能超过5毫米。

　　四、钢结构低温焊接的温度控制

　　低温焊接需要解决的关键问题是防止产生焊接裂纹。因此，我们需要准确的控制好预热温度、层间温度以及后热温度。

　　（一）预热温度。在严寒地区进行焊接施工，必须在焊前通过大范围的加热

　　来缩小母材与焊缝区的巨大温差，让钢材的板厚方向在进行压应力到拉应力的转换时可以得到一定程度的减缓，从而保证接头在相同轴线上均匀的收缩与膨胀。因此，我们需要选择合适的预热措施与方式来减少裂纹的产生。火焰加热的预热方法需要使用大功率的烤枪来操作，因此只适用于对接焊缝。预热的热源采用的是氧-乙炔的中性火焰。如果是T型角的对接组合焊缝，由于焊缝比较长，如果采用烤枪预热会导致受热不均，因此需要在钢管上侧均匀的开洞，在通入天然气以后开始燃烧并保证加热的均匀。预热范围要超过焊缝两侧的100毫米。预热温度的测试应该在距离板厚3倍以外的地方进行。当预热温度达到预定值以后，需要用覆盖保温棉的方式来保持温度，大约需要保温20～30分钟。

　　（二）层间温度控制

　　在焊接过程中，层间温度需要稳定在120～150℃范围内，并且每个接头都

　　应该一次性焊接完毕。层间温度的保持方法可以借鉴预热温度的保持方法。在进行连续焊接时，应该对焊接区的木材温度进行检测，使其最低温度与预热温度相近。如果焊接操作必须中断，则应该适当的采取保温与后热措施。重新焊接时，应该根据板厚情况适当的将预热温度提高一些。

　　（三）焊后加热控制

　　焊接操作以后，由于环境温度与焊接处存在温差的缘故，焊接金属的峰值温度会快速下降。焊后加热的目的就是为了延长焊缝金属从峰值温度冷却到室温时的时间，留下充分的时间让焊接中的溢出，同时还可以避免冷裂纹的出现。所以，在面层的焊接操作结束以后，需要及时地实施焊后后热措施。它不仅可以保持住接头的温度，而且可以有效地改善焊接区出热不均匀的状况。焊后后热的温度一般为200～250℃，如果所处的地区异常严寒，那么焊后温度可以相应的提高50～100℃。

　　（四）焊后保温

　　不管是焊前预热、层间温度控制还是焊后后热，它们的目标都是为了消除膨胀与收缩不均、骤冷骤热以及延长冷却时间。而这些措施并不能完全解决低温焊接所出现的所有问题。在达到后热温度以后，还需要通过覆盖石棉布来保温，让空气流通部位密封完好，直到接头区域、背部以及焊缝表面的温度与环境温度相同为止。

　　结语

　　在钢结构的焊接工程中，低温焊接是冬季施工过程中最应该注意的问题。必须先根据实际情况进行综合分析，选择最合适的焊接方法与工艺措施来克服环境带来的不良影响，提高低温焊接的质量并控制焊接过程中可能出现的变形情况。低温焊接虽然有一定难度，但只要严格按照以上要求操作，低温焊接中存在的问题还是可以被克服的。另外，工程的实际情况需要我们灵活的分析焊接方案，达到最好的焊接效果。本文来自《低温工程》杂志