低温条件下钢结构焊接质量控制

摘  要：钢结构作为现阶段常用建筑材料，其焊接质量在一定程度上直接影响工程的整体质量和施工效率。研究表明在低温操作环境中进行焊接，加热不均会产生残留应力，进而对钢的整体结构部件产生极其不利影响。本文依托福山基地标准化厂房项目二标段江铃新能源汽车总装车间钢结构焊接作业，介绍了现阶段低温焊接的常见问题，并对其优化措施进行了综合分析。确保了焊接质量，为类似焊接项目提供了参考。

关键词：低温环境;钢材结构;焊接质量

中图分类号：TU391  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）05-0000-00

1引言

近年来，随着城乡一体化的不断推进，钢材已成为最常见的建筑材料之一。项目施工，不可避免的会遇到冬季施工。因此，低温环境下会存在焊接问题如焊缝尺寸和预期焊接不一致，发生焊接材料裂纹和脆性断裂问题，夹渣，未熔透等现象。大量调查分析，可知低温环境下的焊接操作由于焊接温度与外部环境温度之间的温差大，容易引起一系列问题，例如焊接和裂纹。对焊接效率有一定的影响，对人们的生命财产安全构成了巨大的威胁。

2 工程概况

富山基地标准化厂房项目二标段的江铃新能源汽车总装车间，建筑面积为118081m，主体结构为钢结构。本工程施工时间为2018年10月至2019年3月，安装过程基本经历了当地的低温期，所以低温条件下钢结构焊接质量控制是本项目结构质量控制的重点。本工程钢结构设计使用年限50年，结构安全等级为二级，钢框架结构抗震等级为不抗震，焊缝质量等级为Ⅱ级。

3 低温环境下焊接问题

目前，不一致的焊缝尺寸和焊缝裂纹是低温焊接中常见焊接问题。另外，在低温环境下进行焊接时，夹渣和不渗透也是一个问题，但是这个问题的发生率比较低。

3.1焊缝的尺寸与预期焊接不一致

在低温环境下，焊接尺寸与预期焊接目标不一致是一个常见的焊接问题。焊缝太宽和太窄的原因如下：

（1）在低温操作环境中，由于外部温度影响，操作人员的灵敏度在操作期间相对较低，因此在焊接控制方面存在某些问题。

（2）在焊接过程中，焊接材料与基础材料的熔合受外部温度影响，因此收缩的一致性往往难以达到均匀，最终对整体产生不利的影响。

3.2焊材裂缝和脆断问题的产生

经过大量研究可知，在焊接过程中，由于焊接温度与外部环境温度之间存在明显的温差，因此焊接材料和基础材料之间存在较大的温差，焊接温度较高。研究表明焊接材料的温度和基体材料的低温都将导致焊接材料的收缩率急剧变化，从而导致出现裂纹和脆性断裂问题。

3.3夹渣、未熔透现象

在焊接过程中，仍采用与常温相同的电流进行加热和焊接，使焊接材料无法完全熔化，与母材融合时会出现上述问题，焊接质量和焊接效率最终将受到影响。

4 低温下钢结构焊接质量控制

4.1 施工前准備工作

在工程施工过程中，为了有效地避免上述问题，并有效地保证钢焊接结构的质量和结构效率，在工程施工过程中需要做好以下工作。

（1）材料准备：焊接材料对钢结构焊接质量和焊接效率的影响不容忽视，从根本上避免其他一系列焊接问题。在保证设计要求的前提下，选择焊接材料时应综合考虑钢的基本性能，以选择合适的焊接材料，为实现预期的焊接目标奠定良好的基础。结合该项目的建设，最好使用屈服强度低，冲击韧性好，氨碱含量低的线状电极或钛钙电极。

（2）人员准备：焊接工人作为焊接操作的执行者，具有专业能力和综合素养，这在一定程度上对焊接质量和焊接效率产生重大影响。在进行重要钢结构焊接作业时，应从根本上提高人员选拔标准，并应加强对操作人员的培训，在保证自身能力和综合素养的基础上，保证焊接作业的科学性。另外，在进行焊接操作之前，施工单位需要检查并确认焊接工人的资格，以确保焊接人员的技术资格水平要求与焊接部件的操作内容相一致。

（3）合理选择焊接工艺：焊接时，有必要根据实际情况选择合适的坡口类型。另外，在焊接操作期间，焊接顺序也是残余应力的主要原因。

切割焊接接头以确保电弧穿透焊缝的底部并允许底部熔透。选择坡口样式时，应能够确保焊接熔接，坡口易于加工，提高效率，节省焊接材料并减少焊接后变形（如图1）。因此，项目应根据实际情况采用合理的斜角形式。该项目主要使用单面V形凹槽，T形接头使用K形凹槽。

对于焊接前收缩量大的焊接节点，焊接后收缩量小的焊接节点，焊接需分别进行，然后再整体进行。解决合理的约束顺序，从根本上减少裂纹源。

（4）施工作业条件及安全设施：在低温环境下进行焊接操作时，从根本上保证焊接的安全性和可靠性，从根本上认识到低温环境对焊接施工安全的影响，并采取科学有效的安全措施对施工进行支持。人员创造了良好的工作环境，为实现预期目标奠定了坚实的基础。

首先在建筑物周围布置一条主生命线，然后沿要焊接的钢梁布置一条生命线。救生索的高度比梁的顶表面高约1 m，并且安全网悬挂在钢梁的下方。救生绳采用8 mm钢丝绳，并用三张U形卡固定与杆的连接处。沿建筑物外围布置的主救生索杆通过角钢焊接固定在钢梁上。极夹固定在钢梁上。在吊起钢梁并用钢梁吊起之前，已经安装了救生索。工人佩戴安全帽，防滑鞋和双钩安全带。工人使用安全带扣在救生索上行走以进行施工。

4.2 焊接过程质量控制

在进行焊接作业过程中，焊接温度和环境温度之间较大的温度差是造成焊接质量问题的主要原因。

（1）焊接前预热：通过减小焊接材料的温差，确保焊接过程中温度的一致性，避免了焊接材料严重的热胀冷缩现象，最终确保了焊缝的紧密性和稳定性。金属结构在确保母材与焊接区域之间的温度差的一致性的基础上，工人可以利用热量加热各个部件并进行焊接操作。

（2）縮小温差：为了避免在遇到一定的恶劣环境时对焊接工作的影响，采用设置罩的方法，在提高周围工作环境温度的基础上，缩短了焊接工作的温差，最终实现预期的建设目标创造良好条件。目前，在焊接操作过程中，严格控制焊接夹层温度以确保其温度保持在100°C至200°C之间。此外，在焊接过程中，每个接头均不应在焊接过程中停止一旦。如果在焊接过程中需要中途停止，必须在停止过程中严格控制每个焊接点与焊接水平之间的温度关系，并通过采取一系列的隔热措施（例如后加热和慢冷却）来缩短温度差。最后，当立即开始焊接时，必须根据接头类型和板厚重新进行预热并提高预热温度。只有这样，才能实现焊接水平之间的紧密结合。

（3）焊接后的热量：为了从根本上提高焊接质量和焊接效率，并避免残余应力的产生，焊接材料需要在焊接操作后重新加热。该措施的意义在于减少焊接材料的裂纹和脆性的发生。

（4）焊接后缓慢冷却：焊后热加工后，为了确保后续操作的顺利进行，需要将焊接材料以厚棉布和包裹物的形式缓慢冷却。具体而言，必须密封空气循环并缓慢冷却至焊接区域。焊缝的正反面均达到环境温度。

4.3 焊接质量验收

保证焊接质量不仅需要焊接后的验收检查，还需要在焊接前和焊接中进行检查以实现全过程控制。 通常，焊接检查包括三个阶段：焊接前，焊接中和焊接后检查。具体的检查表如表1所示。每个阶段的检查工作内容应符合设计要求和现行技术规范。

5 结语

钢结构作为最常见的建筑材料，残余应力的存在大大降低了工程的施工质量和效率。在钢结构焊接中，必须创造良好的焊接环境，同时选择合理的焊接工艺以确保焊接安全和质量。采用焊接接头切割坡口，减少焊后变形，控制好焊接的顺序，从根本上减少裂纹源。此外，通过在建筑物的四周布置一圈主生命线，保证焊接人员安全。

参考文献

[1]戴浩，毛永虹，王新武.高强度钢材焊接工程施工实践与应用[J].洛阳理工学院学报（自然科学版），2013（03）：27-29，33.

[2]陈明.建筑钢结构焊接施工技术及质量控制[J].黑龙江科技信息，2017（18）：243.

收稿日期：2019-08-05

作者简介：左永猛（1988—），男，河北衡水人，本科，工程师，研究方向：土建工程施工质量管理。

Research on welding quality control of steel structure under low temperature

ZUO Yongmeng

（China Railway 16th Bureau Group Fourth Engineering Co.Ltd.，Beijing  101400）

Abstract：As a common building material， the welding quality of steel structure has a direct impact on the overall quality and construction efficiency of the project to a certain extent. The results show that welding in low temperature environment will produce residual stress， which will have a very adverse effect on the whole structure of steel. Based on the steel structure welding operation of Jiangling new energy vehicle assembly workshop in the second bid section of Fushan base standardization plant project， this paper introduces the common problems of low temperature welding at this stage， and comprehensively analyzes the optimization measures. It ensures the welding quality and provides reference for similar welding projects.

Key words：Low temperature environment;Steel structure;welding quality