鋼結構焊接現(xiàn)場施工工藝分析

文／鄭園園 浙江精工鋼結構集團有限公司 浙江紹興 312030

引言：

鋼結構的焊接施工主要是以人工焊接為主，在施工過程中比較常見的焊接技術主要包括二氧化碳保護焊、電弧焊等。在建筑工程的施工時，鋼結構一般要在現(xiàn)場焊接，而很多施工現(xiàn)場的環(huán)境比較復雜，焊接作業(yè)條件比較惡劣，會在一定程度上對鋼結構的焊接工作產(chǎn)生影響。在具體的鋼結構焊接過程中，現(xiàn)場的溫度、濕度、風力等都會對質(zhì)量產(chǎn)生影響。特別是在冬季低溫條件下進行施工時，如果出現(xiàn)下雪、結冰的情況，會直接影響鋼結構焊接施工的整體質(zhì)量。因此，需要對鋼結構焊接施工現(xiàn)場工藝要點進行深入分析，掌握鋼結構式焊接質(zhì)量保障措施，提升建筑工程鋼結構焊接施工水平。

1、鋼結構焊接施工技術特點

在我國國家產(chǎn)業(yè)技術調(diào)整的背景下，鋼材的需求量在不斷增加，在一定程度上可以保證建筑工程施工的便利度。隨著鋼結構材料的不斷創(chuàng)新，目前在不同的工程建設領域，鋼結構都有所應用。鋼結構工程的主要特點表現(xiàn)在以下方面：

第一，鋼結構更加新穎，結構也比較多樣化，很多大跨度復雜空間形狀的鋼結構構筑物可以在極大程度上提高建筑工程項目的個性化以及審美性。高層鋼結構的成功應用進一步推動了鋼管結構的普及。在住宅建筑設計施工中對新型鋼結構的應用也越來越普遍。

第二，鋼結構構件的形式也越來越多樣化。隨著建筑結構形式的不斷豐富，節(jié)點構造越來越復雜，新品鋼材料也不斷增加。并且對新品種鋼材進行開發(fā)和利用也越來越受到重視，構件材料逐漸朝著低合金高強鋼和鑄鋼的方向發(fā)展。

2、鋼結構焊接施工難點

在鋼結構建筑不斷發(fā)展的過程中，要認識到鋼結構焊接施工的難點，才能夠保證建筑鋼結構的施工質(zhì)量。目前，在鋼結構焊接過程中的難點主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）受施工環(huán)境的影響相對較大。在鋼結構焊接過程中，施工環(huán)境比較惡劣，還需要在高空條件下焊接。鋼結構節(jié)點位置、節(jié)點構造以及結構體型等會導致焊點比較多，焊接面比較廣泛，并且內(nèi)容也比較繁多，導致鋼結構焊接難度增加。除此之外，在鋼結構節(jié)點焊接施工過程中，受拘束應力的影響比較大，很容易導致焊接接頭出現(xiàn)質(zhì)量問題。再加上節(jié)點施工的復雜度比較高，結構比較特殊的造型和焊接接頭約束應力不斷增加，會出現(xiàn)雙向或三向應力，也會導致焊接接頭裂紋概率增加。

（2）因為新鋼材品種的不斷應用，現(xiàn)場焊接施工工藝缺乏完善，很多技術人員并沒有全面掌握新的施工技術和工藝，再加上本身缺乏工作經(jīng)驗，能力有一定限制，就導致焊接過程出現(xiàn)一些質(zhì)量問題。在鑄鋼和低合金高強鋼后板焊接過程中，也會因為鋼材的硬性比較大，裂紋敏感性較大，很容易出現(xiàn)焊接缺陷。

（3）在當前的鋼結構焊接過程中，熱保溫工藝并不完善，在開展鋼結構現(xiàn)場焊接質(zhì)量控制過程中相關的措施力度不夠，未執(zhí)行統(tǒng)一的可行性執(zhí)行頻率標準，也沒有開展節(jié)點焊接超聲波無損檢測探傷，會導致鋼結構焊接質(zhì)量缺陷長期存在。

現(xiàn)階段，手工電弧焊是鋼結構焊接中比較常見的方法，在鋼結構施工過程中，需要加強手工電弧焊的現(xiàn)場管理工作。但項目管理人員的綜合水平和專業(yè)技術能力參差不齊，會影響鋼結構現(xiàn)場施工環(huán)境的防控能力。在露天作業(yè)時，受高溫、高寒、雨雪、大霧等惡劣天氣的影響也比較大，在夜間施工時能見度低，在高空作業(yè)時危險系數(shù)會大幅度上升。高空焊接作業(yè)的施工工序控制難度比較高，無法全面保證鋼結構焊接使用材料和設備的可靠性。在高溫條件和帶電條件下進行施工時，因為鋼結構自身有導電性，在焊接過程中可能受高溫影響比較大。因此，在鋼結構焊接過程中需要對焊接環(huán)境進行嚴格控制，特別是要對焊接材料質(zhì)量產(chǎn)生影響的各種因素進行嚴格控制。

3、鋼結構焊接質(zhì)量的影響因素

（1）施工現(xiàn)場溫度與濕度

在當前的鋼結構焊接質(zhì)量控制過程中，需要對影響鋼結構焊接質(zhì)量的各種因素進行準確把握，其中施工現(xiàn)場的濕度和溫度是對鋼結構焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響的重要因素。在施工現(xiàn)場附近的溫度會對鋼結構焊接傳遞的熱量速度產(chǎn)生影響，從而影響鋼結構焊接點的結晶速度，對焊縫組織會產(chǎn)生影響，最終影響鋼結構的焊接質(zhì)量。在鋼結構焊接過程中會出現(xiàn)理化反應，如果施工現(xiàn)場的溫度不合適會導致焊接接頭的性能出現(xiàn)改變，對工程施工質(zhì)量和安全產(chǎn)生影響。除此之外，在施工現(xiàn)場的附近濕度受氫元素的作用影響會產(chǎn)生化學反應，這些化學反應會影響焊接接頭的性能，并且受高溫和濕度的影響較大，氫元素快速溶解在焊縫中會導致結構產(chǎn)生裂紋的速度增加。在鋼結構焊接的過程中，如果附近的空氣氫元素濃度比較高，可能會出現(xiàn)焊接接頭裂紋，甚至會導致鋼結構斷裂，對焊接接頭的質(zhì)量產(chǎn)生嚴重的負面影響。

（2）施工現(xiàn)場風力

在鋼結構焊接現(xiàn)場施工的過程中，施工現(xiàn)場風力也會對鋼結構的焊接施工質(zhì)量產(chǎn)生影響。鋼結構焊接施工本身是動態(tài)變化的過程，在施工過程中受野外大風的作用相對較大。如果風力比較大，鋼結構焊接的穩(wěn)定性會受到極大影響，大風作用會對鋼結構焊接的可靠性以及穩(wěn)定性產(chǎn)生負面影響，對人工氣保焊施工的穩(wěn)定性會產(chǎn)生嚴重影響，導致鋼結構焊縫快速成型質(zhì)量不佳。與此同時，大風會與溫度濕度共同發(fā)揮作用，對鋼結構的焊縫產(chǎn)生影響。風速比較大的情況下，會導致焊縫冷卻速度增加，從而使融合區(qū)組織變成馬氏體組織，導致焊縫硬度增加，鋼結構裂紋出現(xiàn)概率也會不斷增加。

4、鋼結構現(xiàn)場焊接工藝要點

（1）科學選擇焊接材料

在鋼結構現(xiàn)場焊接的過程中，需要對焊接材料進行科學選擇，這是鋼結構現(xiàn)場焊接工藝的主要施工要點。為了有效選取焊接材料，在鋼結構現(xiàn)場焊接過程中需要對具體使用的材料進行深入分析。鋼結構焊接中使用的材料比較多，并且比較繁雜，除了焊條、焊絲等構件之外，還有焊劑等材料。在材料管理時需要以鋼結構工程項目的具體情況為基礎進行采購和檢測。進場之前要對不同材料的性能進行檢測，查看其是否有質(zhì)量合格證書，禁止偽劣材料進入到施工場地。同時要對微合金化程度比較高的焊材進行檢測，進一步保證焊縫的施工質(zhì)量。除此之外，還要根據(jù)焊接材料的具體情況采取科學合理的方式對焊接材料進行保管，焊接材料要放置在專門的庫房內(nèi)，并且要有專業(yè)人員進行管理。重視庫房內(nèi)的通風干燥，以具體情況在庫房內(nèi)放置溫度計。管理人員要對庫房內(nèi)的濕度和溫度的進行定期觀察，保證庫房內(nèi)溫度適中，使庫房能夠滿足焊接材料的具體性能需求。在焊材放置過程中要盡可能放置在專門的貨架上，確保貨架與地面和墻面有一定距離。除此之外，在開展焊接材料管理的過程中，需要根據(jù)不同材料的具體用途進行分類管理，放置在固定位置并做好標記，方便后期施工時取用。

（2）嚴格遵循焊接順序

在鋼結構現(xiàn)場焊接施工的過程中，需要嚴格遵循焊接順序，保證焊接質(zhì)量。根據(jù)平面和立面以及不同的結構形式開展鋼結構現(xiàn)場焊接工作時，需要根據(jù)具體的地理位置進行分區(qū)組織以及施工。鋼結構在安裝完成三個或者三個以上的單元矯正以及高層鋼結構施工時，需要從平面中心位置選擇四邊都有焊接梁的柱子，將其作為基準柱。將這一基準柱作為錘片測量基準。

第一，要讓四周有抗彎焊接的梁朝著四周不斷擴展進行焊接。

第二，嚴格按照安裝順序不斷進行焊接，并且要選擇結構對稱的焊接順序。

第三，在焊接混合節(jié)點時，要根據(jù)相關的設計要求，在梁的腹板高強度螺栓先擰緊70%后，焊接梁的下、上翼緣板，終擰高強度螺栓100%后。

第四，在豎向焊接過程中的順序為：上層框架梁、柱腳板部位、下層框架梁、壓型金屬板支托、中層框架梁、壓型金屬板支托、上柱與下柱等焊接作業(yè)。最終進行鋼結構焊接檢驗。

第五，在柱梁節(jié)點對稱的兩根梁焊接時，需要同時進行下梁的兩端焊接作業(yè)時，不能同時進行焊接。與柱節(jié)點進行焊接時，箱形柱的對稱兩面需要由兩名焊工按照焊接順序進行焊接。梁的焊接需要先完成下翼緣焊接，之后再進行上翼緣焊接，可以減少角變形問題。

（3）強化缺陷處理與檢測

在鋼結構焊接現(xiàn)場進行施工作業(yè)時，需要強化缺陷處理及檢測工作。特別是在焊接過程中，如果焊縫表面缺陷已經(jīng)超過允許范圍，施工人員需要利用砂輪進行打磨，完成處理后對焊縫尺寸進行檢測。如果焊縫尺寸不達標，出現(xiàn)咬邊情況，需要進行補焊返修，保證焊接的質(zhì)量。利用NDT 對鋼結構焊接質(zhì)量進行檢測時，如果內(nèi)部存在超標缺陷，需要根據(jù)具體的情況制定切實可行的返修方案，明確缺陷位置并使用砂輪對缺陷進行清除。在清除缺陷的過程中，還要將刨槽加工成四周邊斜面角在100°的坡口，并利用PT 對裂紋內(nèi)物部是否存在雜物等進行檢查，確保能夠徹底清理。在返修焊接時需要使用連續(xù)焊接的方式進行處理，如果存在特殊情況需要重點關注，做好保溫措施。在返修焊接前，需要對鋼結構部位是否存在裂紋問題進行檢查，之后利用合適的方式進行焊接施工。在補焊過程中，溫度要比正常預熱溫度更高，主要是以工程節(jié)點為基礎選擇合適的焊接工藝。在返修過程中需要注意如果同一部位的補焊超過兩次，需要采取其他方式進行處理。如果兩次返修仍然不能達標，需要重新制定返修方案，并且要由技術負責人員進行簽字才能夠執(zhí)行。在返修焊接之前要加強無損檢測，同時要對具體的施工過程進行詳細記錄，方便后期查閱。

鋼結構的不同構件、零件的加工和組裝過程中都是以外力和加熱作用為基礎的，這會導致鋼材本身局部鋼纖維伸長或縮短，不同部件會出現(xiàn)整體形狀改變，外力與熱作用消除后，鋼材無法恢復到原來的尺寸或形狀。通常情況下，導致鋼結構變形的主要原因是鋼板或構件的切割變形或焊接變形。

第一，切割變形控制。為了防止在鋼結構焊接過程中出現(xiàn)切割變形，在切割的過程中需要遵守具體的操作規(guī)范，在大工件切割時需要從短邊開始。在鋼板上切割不同的尺寸工件時，需要先完成小件切割，后完成大件切割。在鋼板上切割不同形狀的工件時，需要先完成比較復雜的工件切割，后完成簡單工件的切割。在長條形板切割過程中，長邊要留出50mm不割，等到割完成后再割斷。利用高純度氧進行切割時，要保證氧氣的純度達到99.5%以上，同時要根據(jù)切割的具體規(guī)范和參數(shù)要求進行操作。在具體的切割過程中，要以工件的實際情況對割嘴號碼、火焰性質(zhì)、切割氧壓力、割嘴高度、切割速度等進行嚴格控制。

第二，焊接變形控制。焊接變形主要指的是因為焊接操作導致的工件變形。焊接變形一般是在焊接開始就會發(fā)生，會一直持續(xù)到焊接后冷卻到原始溫度。焊接變形主要包括在焊接過程中的變形和焊接殘余變形。焊件無法消失的變形被稱為焊接殘余變形，一般情況下，焊接殘余變形也被稱為焊接典型變形。焊接變形包括收縮變形、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形和錯邊變形等不同形式。

在H 型鋼的丁字焊接后，會出現(xiàn)嚴重的彎曲變形，其次為角變形。在預防焊接變形的過程中，需要完成焊前裝配，可以將工件預先制造或者設置在與焊接變形相反的變形，之后在焊接過程中可以使焊接變形與預制變形相互抵消。除此之外，需要對裝配焊接順序進行合理選擇，焊接變形可以消失在裝配焊接過程中，或者利用不同時期不同位置產(chǎn)生的焊接變形進行消除，達到對焊接變形進行調(diào)整和控制的目的。剛性固定法也是對焊接電線進行控制的主要方法之一，高剛性固定法是比較傳統(tǒng)的限制焊接變形方法。在具體的使用過程中，需要利用特別的夾具對焊件進行固定，完成焊接冷卻后松動夾具。這種方法只能夠消減變形，不能徹底消除焊接變形。在焊接變形矯正過程中，比較常用的方法是機械矯正和火焰矯正。其中機械矯正法主要是發(fā)揮機械力的作用，完成矯正變形，可以利用螺旋壓力及千斤頂?shù)葯C械完成彎曲變形矯正。氣體火焰加熱法在應用過程中，需要利用普通氣焊使用的氧乙炔火焰完成構件局部加熱，確保金屬構件在受熱后膨脹收縮可以引起新的變化，從而達到矯正、消減已經(jīng)產(chǎn)生的焊接變形目的。在具體的施工過程中可以對兩種方法進行綜合應用，需要注意的是在火焰矯正法應用過程中，需要對火焰加熱位置和火焰熱量、機械矯正持力位置和矯正力度等科學確定。還需要對焊接鋼結構的整個施工過程進行綜合分析（圖1），需要對材料選擇、下料、切割、焊接到結構的組裝等不同環(huán)節(jié)進行嚴格的質(zhì)量控制工作。

圖1 H 型鋼端頭焊接施工順序

（4）重視防風措施

在鋼結構焊接現(xiàn)場施工質(zhì)量控制的過程中，還要注意防風措施的有效應用。防風措施是提高鋼結構焊接質(zhì)量的重要保證。在防風措施應用過程中，需要從以下角度出發(fā)：

第一，要準備抗風式焊機，并且要將防雨防風布對焊口進行包裹。

第二，將防風裝置在焊縫兩側固定，防止在鋼結構焊接操作過程中對焊接操作產(chǎn)生不利影響，可以在兩端設置端板，保證其牢固性，如圖2。

圖2 防風裝置安裝示意圖

第三，完成焊接作業(yè)后，需要及時清理表面碎渣，并且要檢測焊縫部位，確保其滿足施工要求。

（5）開展無損檢測

完成焊接工作1d 后，施工人員需要完成進行焊縫無損檢測探傷，對局部探傷的焊縫要缺陷延伸部位增加探傷長度，如果有超過允許范圍的缺陷，需要對焊縫進行100%的超聲探傷檢查，并且要按照相關規(guī)范要求完成焊縫外觀檢查，焊縫厚度必須保證在12 毫米以內(nèi)。部分焊透焊縫要滿足最少20%超聲波探傷以及20%磁粉探傷。完全焊透的焊縫還要滿足100%超聲波探傷以及至少100%的磁粉探傷。

5、提高鋼結構焊接質(zhì)量的措施

（1）做好焊接前準備工作

在鋼結構焊接現(xiàn)場進行質(zhì)量管理的過程中，需要做好焊接前準備工作。在焊接之前需要做好手工電弧焊、CO2 氣保焊、特制鋼梁焊接、吊籃、鋼管搭接操作平臺等，并且需要對焊接材料以及焊接設備技術條件進行全面檢查，保證其符合國家標準。清渣、氣刨、焊條、烘干、保溫裝置也要準備齊全。在焊接之前要先完成檢查和預熱，對坡口角度、鈍邊、間隙等進行全面檢查，確保徹底清楚坡口內(nèi)與兩側銹斑、油污、氧化鐵皮等雜物。在焊接之前，需要利用特制的烤槍完成出口以及兩側100mm 范圍內(nèi)的母材加熱工作。在加熱時需要利用測溫計對溫度進行測量，防止溫度不滿足要求或者表面局部氧化。在檢查預熱溫度時，如果溫度不夠需要重新加熱，確保其滿足焊接要求。

（2）加強質(zhì)量管理和安全管理

在鋼材焊接過程中，需要對很多工具進行科學評估與檢驗。在鋼結構焊接部位檢驗時，檢驗方法主要是完成單位評價報告和控制記錄進行檢查。在焊接后需要完成彎曲檢查，一般情況下要抽檢每批同類物件10%，并且在10 件以上作為檢查數(shù)量。在檢查過程中需要對焊釘彎曲300°后，利用角尺檢查。焊接完成后焊釘根部焊縫需要均勻，并且檢驗數(shù)量要按照焊釘總數(shù)的1%進行抽查，保證在10 件以上。一般是以觀察檢驗為主。此外，操作人員需要佩戴防護眼罩，同時要穿防護服裝，單獨開展電源布設工作。在焊接電源和焊釘槍布設過程中，要保證接地可靠，防止在焊接過程中飛濺的熔渣引發(fā)火災隱患。

（3）加強施工現(xiàn)場環(huán)境管理與控制

在施工現(xiàn)場環(huán)境管理和控制的過程中，需要從施工現(xiàn)場的溫度、濕度、風力等不同角度出發(fā)開展管理工作，提高鋼結構焊接區(qū)域施工環(huán)境的規(guī)范性。根據(jù)具體的工作經(jīng)驗在開展鋼結構焊接環(huán)境管理工作，時，需要對電弧焊接施工進行有效控制。第一，在電弧焊接控制過程中，需要保證其速度的規(guī)范性，要按照技術要求對手工電弧焊接的速度進行嚴格控制，一般保持在250 毫米/分鐘左右。第二，要重視焊接工作區(qū)域的濕度控制工作，工作區(qū)域的濕度不能比外界空氣濕度的80%更大。同時要盡可能保持在恒溫狀態(tài)下開展鋼結構焊接施工，防止在焊接工作區(qū)域中有污水、雜物等影響焊接材料的質(zhì)量。

結語：

總而言之，本文對鋼結構工程項目大懸挑鋼屋蓋結構施工關鍵技術進行分析。同時對不同鋼結構工程焊接經(jīng)驗進行總結對比，獲取了以下研究結果：

（1）在鋼結構焊接施工過程中，必須根據(jù)鋼結構焊接的具體質(zhì)量要求對焊材進行科學選擇；

（2）需要根據(jù)工程項目的具體施工要求，確定合理的焊接順序，加強在焊接過程中的工藝選擇，并對焊接缺陷進行有效處理；

（3）為了保證焊接過程的安全性，還要充分應用防風措施，提升焊接效率和質(zhì)量；

（4）通過無損檢測能夠掌握鋼結構焊接過程的問題，并以無損檢測結果為基礎進行補焊或者二次焊接，可以提高鋼結構工程焊接質(zhì)量。