浅谈钢结构施工中机械焊接工艺的应用

摘要：目前在建筑领域使用的钢结构可谓五花八门，在各种钢结构的建设技术中，必不可少的自然是钢的焊接技术。建筑中各种钢材主要是依靠焊接的方法组成一个完整的结构，同时焊接技术作为最主要的钢构连接方法，也是随着时代技术的发展而不断丰富发展的，尤其是在计算机技术以及电子技术和材料科学迅速发展的今天，加强各种钢结构的安全性更是离不开先进的焊接技术。文章主要从焊接技术出发，探讨了相关的问题。

关键词：钢结构；机械焊接；新工艺；焊接反变形技术

中图分类号：TG457

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）23-0056-02

1　机械焊接技术简介

钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性强、外形丰富、维护方便等优点，其应用范围广泛，在机械、石化、冶金、造船等领域都离不开钢结构的应用，这使得焊接技术的应用范围更加广泛。随着焊接技术和设备的发展，目前在钢结构的建设中主要的焊接技术可谓种类繁多，工艺或简单或复杂，但是都在不断地追求焊接技术的进步和焊接质量的提高。

1.1　主要的机械焊接技术种类

根据具体焊接过程的不同，可以将焊接技术分为气保焊、压力焊、钎焊和手工电弧焊四大类。

1.1.1　气保焊：气体保护焊的简称，主要是指在焊接器中装入氮气和氢气这两种气体，在焊接时利用焊接器喷嘴喷出这些气体，将周围的空气与焊接处隔离开以保证焊接效果的焊接方式。

1.1.2　压力焊：这种焊接方式可以利用电阻、摩擦或者超声波等按压所产生的压力，使得焊接接头处的金属原子可以相互结合而完成焊接任务。目前钢结构中最常使用的压力焊就是电阻压力焊。

1.1.3　钎焊：这是一种比较特殊的焊接技术，主要是把需要焊接的部分和钎料加热直至高于钎料的熔点、低于焊接材料的熔点后，利用钎料进行焊接的技术，这种技术可以有效地减少焊接时产生的裂缝，提高焊接的质量。

1.1.4　手工电弧焊：这种方式由于使用起来简单方便，是目前小型钢结构焊接主要采用的技术种类，我们经常所看到的焊接方式就是手工电弧焊，焊接时我们可以看到焊接处迸溅的火花。

1.2　焊接技术的质量控制

焊接的质量问题至关重要，因为焊接技术关系到整个钢结构的安全性和稳定性，尤其是大型的钢结构中，焊接技术的质量要求更为严格。要保证焊接技术的质量，就要重点关注焊接接头处的焊接质量，因为接头处关系着两部分之间的联系，尤其是两种不同材料之间的焊接，实质上相当于两种不同金属材料重新融合的过程。焊接接头处是影响焊接质量的主要部位，因此在焊接时应该重点加强对接头处的质量控制，保证技术的规范性，采取一定的措施加强对焊接效果的检测，及时消除质量隐患，能够有效地提高焊接质量，保证钢构件的安全性。在焊接时，要保证技术操作的规范性，获得良好的焊接效果，要重点做好焊道的尺寸、强度、外观、漏水试验要求和焊接变形等工作。

焊接技术工人在进行焊接工作时，一定要熟悉焊接要求，根据焊接图谱进行焊接，要保证程序化的操作焊接技术，在焊接开始时，首先要检查焊接材料以及焊接接头处的材料表面情况，保证材料的光滑清洁卫生，以免影响焊接效果。在焊接时要遵照工艺图开展工作，同时要注意焊接后的材料的实用性，保证焊接处的圆滑过渡以及适当的余高，留下改进空间，保证不影响材料的使用。按规定，焊缝的余高应该在0.5～3.5mm之间。同时焊接完成后要进行质量检修，及时地处理不合格的构件，同时要限制返修的次数，因为反复焊接会影响焊接处金属的物理质量，影响材料性能的稳定性。

要想保证焊接的质量， 焊接工人熟练的技术和先进的焊接设备以及焊工高度的责任意识是关键。

2　焊接技术新工艺的发展

随着现代焊接工艺的发展和建筑钢结构新的技术要求，未来的焊接技术主要的发展趋势可以从两个方面进行具体分析：一是新技术的研发方面，主要是为了提高焊接的质量，扩大焊接技术的范围；二是要创新焊接工作的技术设备，将计算机人工智能技术引进焊接领域，提高焊接现代化水平。

2.1　研发新的焊接反变形技术

实际生活中，由于焊接技术的限制和钢构件的使用环境所致，经常会出现焊接处变形的情况。这种情况限制了领域内技术的发展和业务的扩大。从实际情况来看，变形主要分为纵向、横向收缩变形、弯曲变形、角变形和波浪变形等，因此有必要研发焊接反变形技术。实际应用中主要是通过完善焊接工作各个环节以提高焊接质量的方法避免变形的程度。而对于新的反变形技术，虽然也有研究，但是成果并不丰富。目前反变形技术的一个创新是利用残余角变形的方法，主要的技术规范是在焊接开始前对焊接材料进行技术处理，施加弹性的反向变形，利用热弹塑性有限元法来模拟结构的焊接过程，确定焊接结构的弹性反变形规律：焊接前施加弹性反变形的结构在焊接后角变形趋于零，效果十分理想。

2.2　低温焊接

焊接钢构件有时候也会出现断裂的问题，主要是由于低温造成的，尤其是当钢构件中存在缺口的时候，断裂发生的概率更大。科学研究焊结构件断裂的原因，结果表明低温焊接能够有效地减少断裂事件的发生。因为低温焊接比较重视焊接时对焊件的预热，并根据周围的环境温度进行调节预热与后热。同时也可以通过调整焊缝金属的微合金化的程度，同焊接规范相配合，使焊缝金属产生针状铁素体而获得理想的焊缝强韧性，从而取得焊接工艺评定试验的成功，确保工程实体质量。焊接工艺参数设定：冷却条件的改变影响相变，热影响区的组织取决于钢材的化学成分和焊接的冷却条件，同时也影响扩散氢的逸出和焊接应力的改变。焊接热影响区的冷裂纹大多数在马氏体内部产生，焊接区冷却速度过大易产生马氏体组织。在工程中应注意以下几条原则：（1）尽量减少焊接残余应力。（2）限制结构拘束度。焊缝所处的工况完全不同，焊缝中心产生偏析，低温焊接防治冷裂纹的同时，还须防范由于结构拘束度大，照搬工艺试验的结果很可能适得其反，甚至造成严重后果。（3）力图选用电加热。电加热可以使预热区域受热均匀，有效防止局部受热造成接头附加应力；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。（4）焊后处理措施：由于液-固态氢溶解度不同，在结晶温度下液态溶氢量是固态时的4倍以上，溶氢较多的半溶化晶界起了“通道”作用，氢很容易沿着该通道从焊缝——熔合区——热影响区扩散。（5）控制线能量。在低温施工中，控制AV≥0.6的前提下，采用控制不同焊接位置的AV，实现大电流，防止淬硬组织的产生。

参考文献

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[2]　张辉．浅谈钢材焊接裂纹成因与防治措施[J]． 科技创新与应用，2012，（13）．

[3]　高向东，龙观富，汪润林，Katayama Seiji．大功率盘形激光焊飞溅特征分析[J]．物理学报，2012，（9）．

作者简介：陈立新（1970-），男，浙江萧山人，杭州铁牛机械有限公司机械工程师，研究方向：地铁隧道管片模具、高铁轨道板、道岔板及大型桥梁制品模具及钢构、设备制造（包括焊接、机加工、组装）。