建筑钢结构工程中的低温焊接技术研究

摘要：随着科技的飞速发展，也使得钢结构在建筑工程结构设计中获得日益广泛的应用，主要用于焊接施工。但是有时受工期限制，需要在冬季进行施工，冬季气温较低，会给焊接施工质量的控制带来一定难度。为此必须要采取低温焊接的施工技术进行焊接，以保证焊接质量。

关键词：建筑工程；结构工程；低温焊接

导言

钢结构工程中的低温焊接（即在冬季施工）一直是我国科研机构的主要研究课题之一。钢的结构决定了在某些特定条件下，例如低温条件下，容易变得更加的脆，很容易就能破裂，所以在低温条件下钢结构的焊接技术就成为了大问题。本篇文章针对钢的低温条件下的焊接施工技术做出了细致的探讨。

一、建筑钢结构施工中低温焊接的技术难点

（一）冷却速度方面的技术难点

在低温环境的影响下，焊接后的钢结构往往会以非常快的速度冷却，这样一来就会对焊接部位产生很大的影响。具体来说，过快的冷却速度会令焊接的熔覆金属中产生马氏体脆性组织，进而导致焊缝的出现。但相对的，如果采用的控制措施失当，冷却速度反而过慢，焊接部位会产生另一种粗大的脆性组织，同样导致焊缝的出现。因此，冷却速度的控制是低温焊接的一大技术难点。

（二）结构约束方面的技术难点

在低温焊接中，钢结构的焊缝部位对结构约束非常敏感，尤其是在冷却速度较快的情况下，由于焊缝处的熔覆金属会产生偏析，这时如果结构约束偏高，焊缝中心和偏析处都会受到结构约束的作用，进而导致结晶性裂纹的产生，即热裂纹。因此，在实行低温焊接时必须谨慎控制结构约束度。此外，为了降低焊缝对结构约束的敏感性，与上述的冷却速度控制手段相结合也是必要的。

（三）氢原子残留方面的技术难点

焊缝金属冷却期间，其中含有的氢原子（游离状态）会呈现溶解速度下降的趋势，这种趋势会随金属冷却而产生幅度的变化。换言之，当冷却速度加快时，留给氢原子用于透出的时间就变短了，所以游离态氢原子在低温焊接中往往被大量遗留在金属内。对钢结构的焊接来说，氢的比例越大，冷裂纹的出现几率就越高，这是因为延迟效应基本正比于氢原子含量。因此，在低温焊接时还要注意控制氢原子的透出。

（四）材料脆性方面的技术难点

建筑钢结构所使用的材料主要是钢管与各种型钢，这些材料在低温环境下基本都面临材料脆性增加的问题。如果环境温度超过了钢材的脆性转变温度区间，则静态载荷强度会因为焊接应力与拉应力的作用而降低，这种静态载荷的降低对外体现为材料脆性增加，进而导致材料脆断。虽然该情况的产生并非由低温焊接引起，但由于这种脆性增加是低温焊接不得不面对与考虑的问题，所以也属于低温焊接的技术难点之一。

二、低温焊接原则

在实际工程的施工中还有一个更重要的方面就是冷却焊缝，一旦温度过低就会导致焊缝裂开，得不尝失。因此，在工程中应注意以下应用原则。

（1）根据所要建造的建筑物的特點来合理的分配焊接顺序，合理的顺序冷却是保证一旦焊缝出现了问题我们可以进行第一时间的补救，这样的方式方法虽然听起来没有什么技术性，然而所起到的作用是巨大的。

（2）钢材本身应实现正温。要使用不同的方式方法来进行钢材本身的预热，只有钢材本身的预热效果达到了，才能确保钢内部结构和各项指标在低温焊接以后不容易出现差错。

（3）正确选择预热方式。在预热的温度和预热的效果有这明确的规定的前提下，我们要使用正确的预热方法来进行预热加固。

通常，我们所使用的预热方法主要有两种，一种是电加热，一种是火焰加热。电加热比火焰加热的效果更加的明显：预热区域受热均匀，有效防止局部受热造成的接头附加应力；升温速度均匀、可控，防止造成母材过热等现象，可达到母材充分均匀预热；对于整体结构焊缝而言，防止受热不均造成构件变形。

三、现场低温焊接技术规程

（一）焊工防护及适应性训练

（1）要确保工程的的顺利进行，焊工的技术一定要过硬理论知识一定要明确。在进行低温焊接的技术性训练中，要使用的钢板是δ≥25mm钢板，进行横、立、仰位置的施焊，并以UT检测及外观检验合格为标准。

（2）焊工在正式焊接前，必须要做好充分的心理准备，做好防寒措施，有可能工期会很长，保温措施不到位很有可能会引起自身的人身安全问题。

（3）在冬季施工，尤其是低温焊接不仅耗费巨大的体力，而且长时间的高强度工作会导致人的精神收到损害，所以适当的缩短倒班时间是一个很好的方法。

（4）在低温焊接的过程中，应该设置有专业的监管人员，对焊工的施工状态有一个明确的判断，及时的判断工作人员的工作状态。确保工程的顺利进行，工作人员的人身安全。

（5）在下雪的天气中进行高空施工作业时，要安排专门的工作人员来进行通道的积雪处理，确保在施工过程中不能打滑，保护焊工的人身安全。

（二）焊接方法及技术措施

（1）预热方式的设定：δ≥30mm，采用电加热；δ≤25mm，采用火焰预热。

（2）预热温度的要求如下所示。预热温度钢材牌号接头最厚部件的厚度在δ≤2525<δ≤4040<δ≤6060<δ≤80δ>80Q3452之内，那么所要预热的温度就要在0～4060～8080～100100～120150Q460E>150（℃）之内。

（3）在拘束度大的情况下，我们的预热温度要适当的提高15～30℃。才能保证钢材的各项指标能够趋于正常。

（4）要注意，钢材的种类不同那么所对应的钢材的预热条件就不同，所要达到的标准就不同，在具体的施工中要注意。

（三）焊接环境具体规定

低温焊接环境温度范围为0～-15℃。一旦低于最低的温度要立即停止施工，不仅对工程进度没好处，对人身安全也有这巨大的威胁。雪天及雪后进行作业时，焊缝两端1m处，应设置密封装置，防止雪水进入焊接区域。

四、结语

综上所述，建筑工程中的钢结构主要可以通过两方面的手段来进行低温焊接优化，第一方面是温度控制，第二方面是材料控制，其中前者又包括了预热、参数控制等多种手段，在工程上较为复杂，但实用度也更高。在实际工程中要注意这两方面手段的配合使用。

参考文献：

[1]王大伟.建筑钢结构低温焊接施工技术应用研究[J].建筑知识，2017，（9）：23-24.

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