低温焊接施工在建筑钢结构中的应用

摘 要：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。本文结合个人工作经验对钢结构低温焊接技术的应用进行论述，希望为相关的从业人员提供借鉴。

关键词：低温焊接；钢结构；施工

1 建筑钢结构施工对低温焊接的需求

焊接质量对建筑中的钢结构力学性能有直接影响，低劣的焊接不仅会降低建筑结构整体的稳定性，而且对后续的混凝土施工等工序也有负面作用。在低温环境下，受冷却速度过快、材料脆性增加等因素的影响，焊接质量很难确保，但另一方面，钢结构施工中对低温焊接的质量要求往往比常温焊接更高，这是因为必须考虑到温度变化对焊接质量带来的不利影响。因此，钢结构施工对低温焊接的施工工艺有非常高的需求。

2 建筑钢结构施工中低温焊接的技术难点

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

3 建筑钢结构施工中低温焊接的优化策略

3.1 通过焊接预热优化低温焊接

上文所述的四类难点中，前三类都可以通过对冷却速度的控制实现完全或局部的解决，而控制冷却速度的最常用手段就是焊接预热。低温焊接中，冷却速度过快一方面是受到周围冷空气的影响，另一方面是因为钢结构本身的温度过低，焊接预热能有效提升焊缝周围的溫度，减缓焊接冷却速度，其对焊接质量的影响可以通过试验来证实。根据对比试验可知，实行预热处理后的钢结构在焊缝与熔合线部位都具备比非预热情况下更好的焊接性能。

3.2 通过参数控制优化低温焊接

优化低温焊接的另一种有效手段是参数控制，这种手段的本质在于控制输入的焊接热量，保证线能量的输入量足够合理，所以不仅能够保证焊缝热量，延缓冷却速度，而且对普通焊接中常见的淬硬组织等缺陷也有控制作用，因此参数控制对低温焊接的优化是多方面的。举例来说，根据试验可知，焊接区域残余的氢元素要在焊接部分冷却到100℃以下时才会导致裂纹的产生，所以通过参数控制，令100℃以上的冷却时间尽可能延长可以有效减少裂纹产生，提高焊接质量。

3.3 通过优选材料优化低温焊接

为了有效解决材料脆性问题，有必要对钢结构的材料本身进行优选。在优选材料时不能单纯考虑材料的低温韧性，还要考虑材料的焊接适性，并根据钢结构材料选择相应的焊接材料。具体来说，需要进行低温焊接的钢结构，其材料至少应达到C级钢水准，同时能保证0℃甚至以下的冲击韧性，常温冲击韧性则至少应有B级钢水准。焊接材料要选择几种低温材料中最能配合钢结构材料本身的类型。

4 建筑钢结构施工中低温焊接的应用措施

4.1 低温焊接的防寒御寒措施

在实际施工中，无论是焊接材料本身还是用于焊接的焊接设备，都要进行防寒御寒处理。具体来说，焊接材料的防寒御寒处理包括防潮、防湿、气体保护等，此外，在实际使用焊接材料之前可以对其进行适当的做烘干处理。焊接设备的防寒御寒处理则可以通过将设备尽量控制于常温状态来实现。这些措施可以保证焊接材料与焊接设备的温度，避免其温度过低导致的焊接质量下降，也能抑制低温对冷却速度造成的不良影响。

4.2 低温焊接的焊接预热措施

如前文所示，预热是控制低温焊接冷却速度的最有效手段，在建筑施工中，预热措施要根据具体的工程条件加以选择。根据实际环境温度、钢结构材料温度、钢材厚度、焊接要求等因素选择预热所必须的预热方式、预热温度、测温点、预热范围等。需要注意的是，常用的预热方式包括火加热与电加热两种，二者在操作要点和适用对象上有所区别，因此必须谨慎加以选择。

4.3 低温焊接的焊工培训措施

由上述分析可知，在建筑施工技术中，钢结构的低温焊接属于相对复杂的一种，不仅注意事项和影响因素多，而且视具体工程的不同会有很大的区别，这就对焊工的实际操作水平提出了较高的要求。因此，除了在技术上优化低温焊接工艺外，还要对焊工进行有针对性的专门培训，提高他们对低温焊接的了解程度和操作素质，这样才能保证上述优化措施得到落实。

5 低温焊接注意事项

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点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。

6 结束语

目前在建筑工程中钢结构的应用日趋广泛，虽然具备诸多的优良性能，但是也有其不足之处，比如在一些低温条件下钢结构会变得比较脆，造成断裂，因此低温焊接技术得到了发展。

参考文献：

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