機(jī)械焊接工藝在鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

趙博

摘 要：在建筑領(lǐng)域中，目前使用各種不同類型的鋼結(jié)構(gòu)，在其建設(shè)技術(shù)中焊接技術(shù)是不可或缺的一項(xiàng)重要技術(shù)。各種鋼材在建筑中主要采用焊接方法使結(jié)構(gòu)更加完整，而焊接技術(shù)是連接鋼結(jié)構(gòu)中最主要的一種方法，隨著不斷發(fā)展的時(shí)代技術(shù)而日益豐富，特別是在快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)、電子及材料科學(xué)等技術(shù)中，為使各種鋼結(jié)構(gòu)提高安全性更需要先進(jìn)的焊接技術(shù)。本研究基于焊接技術(shù)，對(duì)相關(guān)問題開展了較為深入地探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械焊接工藝;鋼結(jié)構(gòu)施工;焊接技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU758.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 前言

因鋼結(jié)構(gòu)具有較高的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，在具體工程建設(shè)中應(yīng)用較為方便并具有較大跨度，因此，在企業(yè)廠房建筑上日益廣泛應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)。但近年來廣泛應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生的質(zhì)量事故及存在的一些安全隱患，其中因不合理的焊接而產(chǎn)生的問題所占比例較大。鋼材為形成較為完整的一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)其連接主要采用焊接方式。采用先進(jìn)焊接技術(shù)不只是提高鋼結(jié)構(gòu)的完整性，還可確保鋼結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性及安全性。鋼結(jié)構(gòu)主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在較短的建設(shè)周期、較輕的自重、豐富的外形、較強(qiáng)適應(yīng)性、便于維護(hù)等，具有廣泛的應(yīng)用范圍，使焊接技術(shù)在機(jī)械、冶金、石化、造船等各領(lǐng)域中具有更廣泛的應(yīng)用。隨著日益發(fā)展的焊接技術(shù)及相關(guān)設(shè)備，在鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)中目前主要采用較多種類的焊接技術(shù)，具有或簡(jiǎn)或繁的工藝，但都需要不斷提升焊接技術(shù)水平以明顯提高焊接質(zhì)量。

1 機(jī)械焊接技術(shù)的主要種類及質(zhì)量控制

1.1 機(jī)械焊接技術(shù)的主要種類

根據(jù)實(shí)際采用不同的焊接過程，可將焊接技術(shù)主要分為以下四大類。

一是氣保焊。該技術(shù)是氣體保護(hù)焊的簡(jiǎn)稱，主要是將氫氣和氮?dú)庋b入焊接器中，采用焊接器噴嘴在焊接過程中將這些氣體噴出，使周圍空氣隔離開焊接處確保焊接效果的一種有效焊接方式。

二是壓力焊。該焊接方式對(duì)產(chǎn)生于摩擦、電阻或超聲波等按壓壓力有效利用，可相互結(jié)合焊接接頭部位的金屬原子使焊接任務(wù)順利完成。在鋼結(jié)構(gòu)中，電阻壓力焊是目前最常使用的一種壓力焊。

三是釬焊。這是較為特殊的一種焊接技術(shù)，主要是加熱需焊接部分和釬料達(dá)到比釬料熔點(diǎn)高、比焊接材料熔點(diǎn)低，在焊接中利用釬料的一種技術(shù)，可使焊接時(shí)減少產(chǎn)生的裂縫，使焊接質(zhì)量明顯提高。

四是手工電弧焊。該方式是因使用便捷，在小型鋼結(jié)構(gòu)焊接中目前主要采用的一種技術(shù)，手工電弧焊是其中較為常見的一種焊接方式，在焊接過程中可看到迸濺在焊接部位的火花。

1.2 機(jī)械焊接技術(shù)質(zhì)量控制

焊接質(zhì)量具有非常重要的作用，由于焊接技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性具有重要關(guān)系，特別是大型鋼結(jié)構(gòu)具有更嚴(yán)格的焊接技術(shù)質(zhì)量要求。為確保焊接技術(shù)質(zhì)量，應(yīng)對(duì)焊接接頭部位焊接質(zhì)量提高重視，由于接頭部位與兩部分之間具有密切關(guān)系，特別是焊接兩種不同材料，相當(dāng)于重新融合兩種不同金屬材料。焊接接頭部位是對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響的主要部位，所以在焊接過程中應(yīng)對(duì)控制接頭部位質(zhì)量提高重視，以確保技術(shù)規(guī)范性，采取有效措施對(duì)焊接效果加強(qiáng)檢測(cè)，使可能存在的質(zhì)量隱患及時(shí)得到消除，焊接質(zhì)量明顯提高，為鋼構(gòu)件提高安全性提供重要保證。

焊接過程中，為使技術(shù)操作確保規(guī)范性，焊接效果良好，應(yīng)在焊道尺寸、外觀、強(qiáng)度、焊接變形及漏水試驗(yàn)要求等方面重點(diǎn)做好相關(guān)工作。焊接工人在焊接過程中，應(yīng)對(duì)焊接要求十分熟悉，結(jié)合焊接圖譜開展焊接工作，確保焊接技術(shù)程序化操作，開始焊接時(shí)，應(yīng)對(duì)焊接材料及焊接接頭部位的材料表面詳細(xì)檢查，確保潔凈及光滑，避免對(duì)焊接效果產(chǎn)生不利影響。焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格按照工藝圖的要求，并對(duì)材料焊接后提高重視其實(shí)用性，確保焊接部位的圓滑過渡及余高合適，留下一定的空間用于改進(jìn)，確保對(duì)材料正常使用不產(chǎn)生影響。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，焊縫余高應(yīng)保持在0.5～3.5毫米之間。完成焊接后應(yīng)檢修其質(zhì)量，對(duì)質(zhì)量不合格的構(gòu)件及時(shí)進(jìn)行處理，并對(duì)返修次數(shù)進(jìn)行限制，由于反復(fù)焊接將對(duì)焊接部位金屬的質(zhì)量及材料性能產(chǎn)生不利影響。為確保焊接質(zhì)量，關(guān)鍵在于焊接工人技術(shù)應(yīng)熟練、焊接設(shè)備應(yīng)先進(jìn)、焊工應(yīng)具有較高的責(zé)任意識(shí)。

2 焊接工藝的發(fā)展

隨著不斷發(fā)展的現(xiàn)代焊接工藝及建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)提出的新要求，焊接技術(shù)的發(fā)展主要呈現(xiàn)出的趨勢(shì)為：一是研發(fā)新技術(shù)主要為使焊接質(zhì)量提高，焊接技術(shù)逐漸擴(kuò)大范圍;二是在焊接領(lǐng)域引進(jìn)，對(duì)焊接技術(shù)設(shè)備不斷創(chuàng)新，采用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)使焊接現(xiàn)代化水平不斷提高。

2.1 新的焊接反變形技術(shù)的研發(fā)

在實(shí)際生活中，因焊接技術(shù)條件的限制及鋼構(gòu)件使用具體環(huán)境造成焊接部位發(fā)生變形情況具有較高的發(fā)生率，這對(duì)領(lǐng)域內(nèi)不斷發(fā)展的技術(shù)及擴(kuò)大業(yè)務(wù)產(chǎn)生一定限制作用。結(jié)合實(shí)際而言，變形類型主要有橫向收縮、縱向、彎曲、角及波浪等很多種，所以，應(yīng)對(duì)焊接反變形技術(shù)深入開展相關(guān)研究工作。實(shí)際應(yīng)用中采用對(duì)焊接各環(huán)節(jié)的不斷完善，使焊接提高質(zhì)量的方法以免產(chǎn)生較大程度的變形。盡管針對(duì)新的反變形技術(shù)也開展了相關(guān)研究，但未獲得豐富的成果。反變形技術(shù)目前的主要?jiǎng)?chuàng)新是對(duì)殘余角變形方法的有效利用，在開始焊接前提高技術(shù)處理焊接材料的規(guī)范性，對(duì)彈性反向變形進(jìn)行施加，采用熱彈塑性有限元法對(duì)結(jié)構(gòu)焊接過程進(jìn)行模擬，使焊接結(jié)構(gòu)確定彈性反變形規(guī)律：彈性反變形在焊接前被施加的結(jié)構(gòu)，幾乎在焊接后不會(huì)產(chǎn)生角變形，具有比較理想的效果。

2.2 低溫焊接

有時(shí)鋼構(gòu)件焊接也發(fā)生斷裂問題，主要是因溫度較低而引發(fā)，特別是缺口在鋼構(gòu)件中時(shí)，具有更大的概率發(fā)生斷裂。對(duì)焊結(jié)構(gòu)件發(fā)生斷裂的主要原因進(jìn)行深入研究可發(fā)現(xiàn)，低溫焊接可使產(chǎn)生斷裂的事件明顯降低生產(chǎn)率。由于在焊接過程中低溫焊接對(duì)預(yù)熱焊件較為重視，并與周圍環(huán)境溫度相結(jié)合調(diào)節(jié)預(yù)熱與后熱。

并采取焊縫金屬調(diào)整微合金化程度，積極配合焊接規(guī)范，使焊縫金屬為提高焊縫強(qiáng)韌性而產(chǎn)生針狀鐵素體，進(jìn)而使評(píng)定焊接工藝的試驗(yàn)獲得成功，為工程質(zhì)量提供保證。設(shè)定焊接工藝參數(shù)：改變冷卻條件對(duì)相變產(chǎn)生影響，焊接冷卻條件及鋼材化學(xué)成分對(duì)于熱影響區(qū)的組織具有決定性作用，并對(duì)改變焊接應(yīng)力及溢出擴(kuò)散氫產(chǎn)生影響。焊接熱影響區(qū)的大部分冷裂紋產(chǎn)生于馬氏體內(nèi)部，焊接區(qū)過大的冷卻速度易使馬氏體組織產(chǎn)生。工程中應(yīng)對(duì)以下原則提高重視：一是焊接殘余應(yīng)力盡可能減小。二是對(duì)結(jié)構(gòu)拘束度進(jìn)行限制。由于焊縫所處的不同工況，產(chǎn)生偏析的焊縫中心，冷裂紋采用低溫焊接進(jìn)行防治時(shí)，應(yīng)對(duì)因結(jié)構(gòu)較大的拘束度進(jìn)行防范，對(duì)工藝試驗(yàn)結(jié)果照搬容易產(chǎn)生反作用，甚至導(dǎo)致的后果較為嚴(yán)重。三是盡可能采用電加熱方式。電加熱可提高預(yù)熱區(qū)域的受熱均勻，避免局部受熱導(dǎo)致接頭附加應(yīng)力。均勻升溫速度具有可控性，避免母材過熱等問題產(chǎn)生，可實(shí)現(xiàn)充分均勻預(yù)熱母材。四是焊后可采取的處理措施。因液-固態(tài)氫具有不同的溶解度，液態(tài)溶氫量在結(jié)晶溫度下超過固態(tài)時(shí)的4倍，較多的溶氫在半溶化晶界具有“通道”作用，氫由焊縫—熔合區(qū)—熱影響區(qū)易沿通道進(jìn)行擴(kuò)散。五對(duì)線能量有效控制。低溫施工中基于對(duì)AV不小于0.6的有效控制，采用對(duì)焊接位置不同的AV進(jìn)行控制，使大電流避免產(chǎn)生淬硬組織。

3 結(jié)構(gòu)施工中的機(jī)械焊接工藝

鋼結(jié)構(gòu)具有較輕自重、較強(qiáng)適應(yīng)性及便于應(yīng)用等特性。對(duì)其焊接應(yīng)特別注意各步驟，施工應(yīng)嚴(yán)格遵循焊接工序，確保鋼結(jié)構(gòu)具有較高的質(zhì)量及安全性。在焊接加工鋼結(jié)構(gòu)中，應(yīng)嚴(yán)格遵循施工圖中對(duì)材料和距離的標(biāo)注，將焊接縮短量及加工余量提前進(jìn)行預(yù)留。對(duì)鋼材的相關(guān)規(guī)定比較明確，下料前對(duì)規(guī)定鋼材應(yīng)深入分析，偏差值經(jīng)改正調(diào)整后不可比標(biāo)準(zhǔn)許可偏差值超出，確保下料時(shí)的鋼材質(zhì)量。

應(yīng)采用焊接方式安置吊掛壁，吊掛壁坡度應(yīng)結(jié)合焊接節(jié)點(diǎn)調(diào)整，對(duì)各項(xiàng)要求確認(rèn)準(zhǔn)確后再焊接。對(duì)靠邊吊掛壁確認(rèn)正常指標(biāo)后，再安置另一條吊掛壁。安置完畢兩條掛壁后，對(duì)吊掛壁準(zhǔn)確標(biāo)出最高最低標(biāo)高線。焊接無縫鋼管中，應(yīng)先焊接后再校正。裝置完成吊掛壁設(shè)備后，應(yīng)對(duì)各連接點(diǎn)及其臨近區(qū)域加強(qiáng)質(zhì)量檢查，確保各連接點(diǎn)與質(zhì)量規(guī)定符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。并確保吊掛壁豎向面的掛壁坡度、不垂直度等有關(guān)指標(biāo)與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相符。完成焊接鋼結(jié)構(gòu)整體的相關(guān)工藝后，還應(yīng)采取防銹噴漆等一些必要的防護(hù)措施。將焊接中可能產(chǎn)生的熔渣或飛濺物及時(shí)進(jìn)行徹底清理，確保鋼結(jié)構(gòu)表面達(dá)到較為潔凈的程度。并且在通常情況下，不銹鋼件應(yīng)采用噴白漆防銹噴漆處理，噴白漆時(shí)應(yīng)對(duì)選擇涂料及處理漆膜厚度等提高重視，并關(guān)注掉肢型鋼內(nèi)側(cè)部分避免被漏涂。為提高規(guī)范化實(shí)施焊接工藝過程中，應(yīng)確保焊接施工人員對(duì)焊接工藝技術(shù)熟練掌握，明確各步驟的具體標(biāo)準(zhǔn)要求，并使工作人員不斷深入學(xué)習(xí)研究焊接技術(shù)，對(duì)焊接工藝的技術(shù)不斷進(jìn)行更新。

4 結(jié)語

綜上所述，焊接工藝影響鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性的程度較大，焊接工藝及質(zhì)量問題具有重要作用。隨著我國日益擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)于建筑物的正常使用將產(chǎn)生直接影響。所以，不僅要積極革新、創(chuàng)新機(jī)械焊接工藝，還要確保焊接整個(gè)過程與焊接工藝的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求相符，進(jìn)而在鋼結(jié)構(gòu)施工中確保機(jī)械焊接工藝的先進(jìn)性及較高的安全性。

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