钢结构焊接技术探讨及其质量管理

摘要：钢结构近些年开始广泛应用于公共建筑以及工业建筑，越来越多的大型工程已经开始采用钢结构，钢结构施工速度快，施工污染小，重量轻，优秀的抗震性、耐久性等，这些优势让它成为未来建筑的发展趋势。而建筑钢结构也在新工艺、技术以及材料的推动下不断地进步。基于此，本文就将对钢结构施工中焊接技术及其质量管理措施进行分析探讨。

关键词：钢结构；焊接；技术；质量

1、我国钢结构焊接技术发展现状

随着现代人们对建筑外形美感的要求，钢结构工程因其空间可塑性越来越受到人们的青睐，最具代表性的当属国家体育场――鸟巢，国家游泳中心――水立方，超高、大跨度钢结构工程一次又一次出现在人们的视野中，造型新颖，独具美感。但是，结构复杂，节点繁多，对焊接技术的超高要求也随之而来，比如，“鸟巢”中空间弯扭构件多分支节点，“水立方”中非对称、不规则球状节点，2014青岛世界园艺博览会空间管桁架立体拼接节点，这些都对钢结构的焊接技术提出了新要求，难度大大提高。但也可以从这些成功建成的建筑中看到，我们钢结构焊接技术人员克服了一个又一个技术难题，发展迅速。

2、建筑钢结构焊接技术探讨

2.1、主要焊接技术

连接件接头受拉（压）时的静载强度计算：（全焊透对接接头的各种受力示意，如图1，F为接头所受的拉（压）力，Q为剪切力，M为平面内弯矩）。

图1

焊缝受拉（压）时的强度验算：

焊缝弯矩、剪力时的强度验算：

式中L――焊缝长度（mm）；M――焊缝截面的截面模量（mm3）；I――焊缝截面对其中和轴的惯性矩（mm4）；S――焊缝截面剪力处以上对中和轴的面积矩（mm3）；δ1――连接件中较薄板的厚度（mm）；σ――连接件受拉（σt）或受压（σα）时焊缝所承受的应力（N/mm2）――连接件受剪力焊缝中所承受的应力（N/mm2）〔σ′t、σ′α、σ′V〕――分别为焊缝抗拉、抗压、抗剪时的许用应力设计值（N/mm2）

因为焊接发生的高温，会致使钢材内部的晶体排列发生变化，反应在钢结构使得焊缝处的钢材塑性减弱，脆性加强，增大了钢构件发生脆断的可能。受焊接时的高温影响，在焊缝附近焊接主体中会存在一部分“热影响区”这个区的大小会随着焊接参数的不同而变化，在焊接所产生的高温影响下其内部的金相组织和性能会发生较大的变化，此区域内金属晶粒会变粗，这会导致这部分区域金属的塑性与韧性降低，硬度变大，为了有效避免这种不利情况的出现，规范规定同一焊缝处，焊接的次数不应超过两次。

2.2、电加热技术

电加热凭借其加热均匀、温度易控等优点已被广泛地应用于施工焊接中。根据焊接热处理构件的形状、尺寸、厚度定制带工装强力碳钢的优质陶瓷电加热器，如陶瓷磁铁式，固定在焊缝坡口对应两侧，有的焊件截面比较复杂可以用铁丝绑扎，然后用接长导线连接到电脑温控仪通电加热。采用电加热预热升温速度应缓慢，一般情况控制在50℃/h以内，即保证温度的均匀性。预热宽度从对口中心开始，在焊缝及其两侧100mm处进行加热。加热范围每侧不小于焊件厚度的1.5倍且≥100mm。根据不同材质、不同厚度设定加热温度，采用红外线测温仪检测加热温度。预热和后热的温度都由电脑温控仪设定并自动控温。整条焊道焊完后，应立即后热，后热温度为250～300℃，恒温1～2h，然后保温缓冷。后热温度不小于规定值，在零下温度下焊接时，适当提高后热温度100～200℃左右，保温时间按工件板厚及相关要求执行，达到保温时间后缓冷至常温。设置专门的防风防雨措施，确保焊接加热温度。

3、强化钢结构焊接质量的管理

3.1、焊接变形控制

如果要减少或杜绝在焊接过程中出现焊接变形情况，那就要在焊接过程中及时进行矫正，当形变情况刚刚出现时就进行矫正，不但工作量较小，取得效果也是最佳。而当变形情况严重时，矫正工作就较为复杂，在矫正过程中也会产生参与变形，因此对于这种情况就需要进行多次矫正，但是这种矫正也是存在一定风险的，最终钢结构很可能会由于多次矫正失败而直接导致报废。由此看出，及早发现并纠正焊接过程中出现的变形情况，对于整个工程质量来说是非常重要的，如果早期不及时进行介入，不但会之间影响钢结构整体质量，同时也会影响全部施工进度。

3.2、残余应力控制

钢结构焊接如果在施工过程中出现残余应力会对钢结构材料的刚性属性产生严重影响，从而导致钢结构材料承受能力出现严重下降，而这又有可能会造成更为严重的质量问题。因此如果要保证钢结构焊接质量，就需要加大相关实践和探究工作，在焊接过程中，加强相关技术事项管理和控制工作，使焊接过程在人员、材料、设备等方面可以及时做好规划工作，从而提升工作效率。

4、钢结构焊接技术的发展趋势

4.1、技术与工艺的创新

建筑钢结构的优势在于其空间较大、跨度较高且较为环保节能。因此建筑钢结构在近几十年间得到了迅速的发展与广泛的应用，其焊接技术与焊接工艺也在不断改革与创新。建筑钢结构焊接技术是用来连接建筑中钢结构的重要技术，它的焊接工艺与切割工艺对于整个焊接工作来说十分重要。在未来，智能切割与智能焊接设备的研究生产会为建筑钢结构焊接技术的发展带来新的能量。

4.2、向自动化焊接发展

现如今，国外发达国家的建筑钢结构焊接技术已经纷纷开始走向自动化，自动化焊接技术的应用范围越来广，其技术水平也越来越发达。利用自动化焊接技术来进行钢结构的焊接工作，可以有效提高建筑钢结构的整体质量与其建设效率，并能大大缩短建设工期，可谓省时、省力、省钱。而在我国，自动化焊接技术也正在越来越多地受到业内工作者的关注和使用。应用自动化焊接技术，可以在一定程度上弥补我国专业焊接技术人才不足的缺点，因为自动化焊接技术对焊接人员的素质要求比较低，因此在未来一段时间内，自动化焊接技术将会是我国建筑钢结构焊接行业内的重点发展方向。

总言之，目前焊接技术的发展迅速，焊接工艺已经广泛应用于钢结构的连接当中。焊接方式比较灵活，能满足连接部位的刚度、强度以及延性，焊接质量易于保证，所以焊接是当前钢结构的主要连接方式。而新型焊接技术的开发与运用也将加快钢结构在越来越多建筑工程中的运用。在以后的实际工作中，钢结构焊接技术和质量管理应进一步得到我们的重视和发展。

参考文献

[1]钢结构焊接规范（GB 50611-2011） 中国建筑工业出版社

[2]魏孝贤.钢结构焊接技术与质量管理[J].中国建筑金属结构，2013，08：26.

[3]范洁群.钢结构主承建项目质量控制研究[D].重庆大学，2005.

[4]陈养源.钢结构工程质量控制方法及工程应用[D].浙江大学，2006.

[5]张友权，侯敏.浅谈建筑钢结构焊接技术在我国的发展[J].钢结构，2012，S1：327-334.