厂房钢结构焊接浅析

厂房钢结构焊接浅析

王姚姚 ,沈强 ,陈堃 ,时小亮 ,王添程

中建八局第四建设有限公司  山东省青岛市 266000

摘要：钢结构的焊接是厂房施工的关键技术，焊接的质量问题受到材料、焊接工艺和焊条等多种因素影响。焊接质量问题会影响厂房施工安全以及后续运行安全。因此本文通过对质量问题的分析、焊接工艺分析和相关质量问题解决办法等三个方面为提高质量问题出谋划策，为同类型厂房钢结构焊接施工提供思路。

关键词：钢结构、焊接工艺、质量类型、质量控制

厂房钢结构的焊接方法主要包括电弧焊、气体保护焊、埋弧焊和电焊等。刘建飞[1]在成都高新科技商务广场项目研究了超长高层钢结构施工现场的焊接；蒋立[2]等为解决相关焊接加固梳理了国内标准的相关条文并且分析了钢柱设计关于轴压和压弯的算法，具有一定的参考价值；毛勇敢[3]对钢结构焊接的工艺进行了系统的研究，并且根据案例给出了实验结果分析。本文主要通过对钢结构焊接要点[4]分析，通过对各因素分析达到提升焊接效率和质量的目的。

1、钢结构焊接存在的质量问题

厂房钢结构在安装过程中一定会涉及焊接作业，因此为提高施工质量，完善现场施工管控机制，为焊接作业做好前期准备工作，按照规范进行焊接作业施工，避免出现各种质量问题变得十分重要。钢结构焊接存在的质量问题[5]主要包括以下几点：

1）焊接部位发生变形。在厂房钢结构焊接操作中，焊接部位发生局部变形是一个常见的问题。发生这种问题的原因和焊接构建本身材质有着很大联系，焊接构件自身的刚性小或者内部不均匀均会引起焊后的收缩变形，构件上的焊缝不均匀分布也会导致焊接时不均匀收缩从而产生构件变形；焊接技术人员未按规范操作造成为分层、分段以及间接施焊或作业时的电流、速度和方向不均匀均会导致应力释放不均匀，甚至构件的放置位置也会是应力集中释放从而产生变形的原因。

2）焊接侧弯扭曲。发生这种问题是由于焊接时构件组装未搭设操作平台，是的基准面产生侧弯；焊接构件之间间隙不均为会导致焊后向间隙大的方向发生侧弯；组装时焊接工艺不当，使得构件焊接后还存在较大应力，放置位置不平整或支点较少导致弯曲；构件材料起吊、运输和放置点也会导致构建的扭曲变形。

3）焊缝裂纹问题。是在焊接过程或过后在焊接部位发生局部裂纹的现象。构件在焊接过后从高温到低温过程中产生应力，焊缝从融化到凝固存在较大的收缩应力，以及焊接部位与非焊接部位温差产生热应力等共同作用会导致构件超过其极限强度从而开裂。而焊条的品质不良或受潮、焊接预热等准备工作未落实到位和构件厚度较大冷却过快等导致焊缝裂纹。

4）焊瘤、气孔、咬边以及夹渣等质量问题。焊瘤发生的主要原因是构件搭接间隙过大、焊接时电流过大、焊丝和焊嘴的角度有问题以及焊接速度过慢等；气孔是由于焊接构件未清理干净导致杂质高温产生气体、焊接材料未按照规定进行干燥和烘干已经焊接过程中防风措施未做到位导致的；咬边产生的原因是电焊作业时接入电流过大、电弧热量过高且运条速度太慢导致的，且在焊接时焊条运行时与构件的角度不准、摆动不规范、焊接工艺有误差以及电弧过长也会导致咬边，此外直流焊焊接时的磁偏吹也会导致咬边且焊接在构件的某些部位会导致咬边现象的加剧！夹渣是指在焊接过程中形成的产物，导致夹渣生成是由于在构件边缘、焊道与焊层中间的熔渣未能完全清理、焊接时电流过小导致构件热量不足凝固过快，熔渣未能及时浮出、焊接时焊条的角度不够规范使得电焊熔渣和融化的构件混合在一起，阻碍熔渣的付出等。

2、焊接的工艺要点

焊接技术有着一系列的操作规范和路程，以及一些工艺要点[6]，下面将对具体操作要点进行阐述。

1)再进行焊接作业之前，要做好焊接作业前的施工准备工作，首先是将电动机的机壳放到正确的位置，保证电焊作业时的稳定性，并且保证焊接部位处于一个相对平整的位置。 其次在焊接前对构件的局部或整体进行加热处理，有利于降低焊接构件热影响区的最大硬度，防止出现冷裂纹。预热也是焊接构件的主要工艺措施，不仅可以提升焊接接头的属性，还可以降低构件焊接的残余应力。35和45钢材预热温度通常为150℃~250℃，若钢材的刚度大或者含碳量高会导致钢材的塑性和任性过差，则其产生裂纹的可能性更大，则可以将温度提到250℃~400℃。
　　若焊接构件过大，难以将其进行整体预热，也可以局部预热，局部预热的范围是焊接部位两侧各150～200mm。
2）在构件焊接过程中，为了减少一定量的热量损失，同时还要保证焊工不会受到焊接高温灼伤。大多情况下，可知暴露焊接部位于外面，非焊接部位可以覆盖上隔热材料进行隔热处理，此外还要注意不得在通风情况下实行焊接作业。

3）在条件许可的情况下焊条可以优选碱性焊条，构件焊接形式最好可以开成U形坡口。如若有构件存在缺陷，应该铲挖圆滑的坡口形式，主要是为了降低熔化构件在焊缝金属中的占比，避免产生裂纹。还要保证焊接时的速度，需要尽快完成补焊作业，这样不仅能保证构件的预热温度，同时还可以保证焊接作业的连续性。与此同时，为了保证焊接接头被充分熔透，当焊接作业运行到接头时应当延长停留的时间。

4）构件熔化到第一层焊缝中的占比最高可达到30%左右，所以在进行第一层焊缝时应当放慢焊接速度、减小电流以降低构件的熔深。

5）焊接完成后最好是立即对构件进行热处理以清除应力，特别是刚性高的构件、大厚型构件和工作条件严峻即受到冲击荷载的构件更应进行。在焊接作业完成之后，通常要使用石棉粉对电动机机壳进行覆盖处理，这样可以使构件冷却速度减缓，从而提升焊接的质量。
3、质量控制　　
　　为了避免由于焊接质量问题造成不可挽回的损失，各施工项目都开始对焊接质量进行规范化管理，质量控制主要涉及到人员、材料以及缺陷控制，下面将逐条分析。

1）焊接技术员在焊接质量控制[7]中当属重中之重。他们的资格认定有这两套并行的体系即企业内的职称和全国统一的资格考试，优秀的焊接技术人员和相关的人才是制造高质量焊接构件的保证。从根本上提高工程焊接质量，应建立健全的焊接人员职业资格考试体系。在聘用焊工时必须要求具有资格从业证书，并让优秀的焊接工程师手把手指导新进焊工焊接工艺，并且定期对焊工进行焊接技术培训和新技术学习，并且对其理论知识进行培训和考察，全面提高一线焊接技术人员的技能水平。

2）材料控制是钢结构焊接质量管控的前提和基础。焊接所需要的原材料主要包括构件、焊丝、焊条、焊接材料和保护气体等。所有材料应具有完整有效的证明文件、合格的外观质量和清晰可辨的标识，建立健全的材料保管机制，材料的保管机制主要包括焊接材料的采买、入库验收、发放、保管、烘干和回收等。

3）构件局部变形可以在设计环节对焊缝进行科学布置，保证焊缝均匀分布和刚度达到要求；侧弯扭曲则要在焊接前检测操作平台，运输时均匀受力以避免侧向应力大出现的问题；焊缝裂纹控制首先要对焊件的材质进行检查，焊条的选择要与构件材质相匹配，在操作中要合理设置点焊接数量；对于焊瘤的预防要控制好电流、加快焊接速度和根据焊接部位控制好熔池大小；气孔的预防主要是清理干净坡口两侧，并按照规定对焊剂和焊条进行烘干和保温；夹渣就是考虑清理焊层之间的熔渣，可适当加大焊接电流或增加电弧留置时间，还可以控制焊条的角度和运条形式等方法控制。

4、结束语

综上所述，厂房钢结构焊接施工主要存在的问题包括变形、裂缝、焊瘤、夹渣、气孔和咬边等，而通过控制好焊接技术人员的筛选和培养、制定并完善焊接材料保管制度并且严格按照操作规范进行过程控制，在焊接过程中避免质量问题的出现，以此提升厂房钢结构的质量。　

参考文献

[1]刘建飞.超长高层全钢结构现场焊接工艺[J].工业建筑,2005(S1):771-772.

[2]蒋立,王元清,戴国欣,张天申.钢结构受压柱负载下焊接加固设计方法对比[J].工业建筑,2015,45(02):159-164+173.DOI:10.13204/j.gyjz201502032.

[3]毛勇敢.建筑钢结构的焊接工艺及其性能研究[J].科学技术创新,2017(35):100-101.

[4]中碳钢的焊接工艺要点[J].电焊机,2009,39(05):134.

[5]李海,杨俊茵.电厂焊接质量的常见问题及控制措施探讨[J].科技创新导报,2014,11(08):56.

DOI:10.16660/j.cnki.1674-098x.2014.08.030.

[6]孙和礼.超高层钢结构建筑厚板焊接工艺分析[J].四川水泥,2022,No.309(05):29-30.

[7]古鑫.大型钢结构焊接质量控制研究[J].中国建筑金属结构,2022,No.487(07):122-124.