楊康　林青騰

摘 要：隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑目前被越來越廣泛的應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中。我國十三五規(guī)劃中明確指出要完成從鋼結(jié)構(gòu)制造大國到鋼結(jié)構(gòu)制造強國的目標(biāo)，重點研發(fā)鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)上的關(guān)鍵技術(shù)，提高我國鋼結(jié)構(gòu)的建筑水平。而鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量對建筑中的鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能有直接影響，低劣的焊接不僅會降低建筑鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，而且對后續(xù)的混凝土施工等工序也有負面作用。因此研究低溫對鋼結(jié)構(gòu)焊接性能的影響是很有必要的，本文主要探討了在低溫環(huán)境下對鋼結(jié)構(gòu)焊接的影響以及在施工中低溫鋼結(jié)構(gòu)的焊接的一些處理辦法。

關(guān)鍵詞：低溫；鋼結(jié)構(gòu)；焊接；研究

1 低溫及低溫焊接概念

低溫焊接施工的溫度界線是指實際焊接操作時間及工位處的環(huán)境溫度，并非指本市氣象報告的溫度，更不是指某一時段的平均溫度。具體說，就是焊接操作時焊接工位周圍0.5m范圍內(nèi)的小環(huán)境溫度。當(dāng)該小環(huán)境溫度低于規(guī)范規(guī)定的最低焊接施工溫度時，即定義為低溫。在低溫環(huán)境下進行的焊接操作，即稱為低溫焊接。

考慮到我國大型，復(fù)雜，重要的建筑鋼結(jié)構(gòu)工程越來越多，而在負溫下焊接施工缺乏經(jīng)驗，為保證焊接施工質(zhì)量，在我國鋼結(jié)構(gòu)工程焊接施工中，一般規(guī)定當(dāng)焊接工位的小環(huán)境溫度低于0℃時即進入低溫焊接施工。

2 低溫對鋼結(jié)構(gòu)焊接的影響

在低溫環(huán)境的影響下，焊接后鋼結(jié)構(gòu)會以非?？斓乃俣壤鋮s，這就會對焊接部位產(chǎn)生很大的影響。具體來說，過快的冷卻速度會使得焊縫熔敷金屬中產(chǎn)生馬氏體脆性組織。但相對的，如果采用的措施不當(dāng)，冷卻速度太慢，將使熱影響區(qū)過熱而產(chǎn)生粗大脆性的側(cè)板條鐵素體組織，在較大焊接應(yīng)力的作用下易在焊后立即或延遲產(chǎn)生裂紋。

在低溫焊接中，鋼結(jié)構(gòu)的焊縫部位對結(jié)構(gòu)約束非常敏感，尤其在焊縫熔敷金屬的冷卻速度過快的情況下，極易在結(jié)構(gòu)約束偏高的時候造成焊縫金屬偏析，進而在在較強的拉應(yīng)力場作用下，在焊縫的偏析處或者焊縫中心部分發(fā)生結(jié)晶裂紋，即熱裂紋。因此，在實行低溫焊接時必須謹慎控制結(jié)構(gòu)約束度，同時，為了降低焊縫對結(jié)構(gòu)約束的敏感性，與冷卻速度控制手段相結(jié)合也是必要的。

低溫焊接時，焊縫金屬在冷卻過程中，游離氫的溶解度降低，這種趨勢會隨著金屬冷卻而產(chǎn)生大幅度的變化。即冷卻的速度變快時，氫透出的時間變短，因此殘留在金屬內(nèi)的游離態(tài)氫離子比例增大，對鋼結(jié)構(gòu)的焊接來說，氫的比例越大，冷裂紋的出現(xiàn)幾率越高，這是因為延遲效應(yīng)同殘留在金屬中的氫含量成正比。因此在低溫焊接時還要注意控制氫原子的透出。

鋼結(jié)構(gòu)焊接在低溫的環(huán)境下容易發(fā)生脆斷，尤其是快速加載焊縫時，會增大工作的危險性，這時，臨界轉(zhuǎn)變溫度會有一定的的提高。當(dāng)構(gòu)件的工作溫度低于材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度時，在拉應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力共同作用下，結(jié)構(gòu)的靜力強度大幅度降低，極大可能在遠低于材料的屈服點的外力作用下發(fā)生脆斷。

在低溫焊接鋼結(jié)構(gòu)時，最顯著的特點是焊接接頭具有很大的冷卻速度，因而提高了焊縫的結(jié)晶速度，同時也提高了彈、塑性變形速度，即提高了焊縫結(jié)晶期間的應(yīng)變增長率，導(dǎo)致熱裂紋傾向增大。而在低溫環(huán)境中焊接接頭的抗拉強度會顯著降低，若不加以控制會使其低于鋼材本身的抗拉強度而使焊接接頭不合格。

3 在施工上對低溫下鋼結(jié)構(gòu)焊接的處理辦法

1.合理選擇焊接材料

在實際施工的過程中選擇的材料一定要符合鋼結(jié)構(gòu)的強度要求，并且需要充分考慮到這些焊接材料在熔化后所產(chǎn)生的液態(tài)金屬不會影響焊縫的連接強度，比如在焊縫處盡可能的得到所需的鐵素體，因為其強度相對來說比較高。

2.對焊接材料及設(shè)備防寒御寒

在鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接施工中，無論是對于焊接材料本身還是用于焊接的焊接設(shè)備，都需要進行防寒御寒處理。焊接材料的防寒御寒出理包括防潮、防濕、氣體保護等，在實際使用焊接材料之前可以對其進行適當(dāng)?shù)暮娓伞：附釉O(shè)備的防寒御寒處理可以通過將設(shè)備盡量控制于常溫狀態(tài)來實現(xiàn)，以保證焊接材料與焊接設(shè)備的溫度，避免其溫度過低導(dǎo)致焊接的質(zhì)量下降，也能抑制低溫對冷卻速度造成的不良影響。

3.通過焊接預(yù)熱優(yōu)化低溫焊接

在低溫焊接中，冷卻速度過快一方面是受到周圍冷空氣的影響，另一方面是因為鋼結(jié)構(gòu)本身的溫度過低，焊接預(yù)熱能有效提升焊縫周圍的溫度，減緩焊縫的冷卻速度，對焊接質(zhì)量的影響在工程的施工中表現(xiàn)的很明顯。對于不同厚度的鋼結(jié)構(gòu)采取的預(yù)熱方式也有所不同，具體就是在厚度小于40mm采取火焰加熱的方式，厚度大于40mm采取電加熱的方式。而根據(jù)焊接鋼體材料的不同，預(yù)熱焊接工位的溫度也是不同的，具體見下表1。與此同時，我們需要合理的控制好焊縫之間的溫度，因為焊縫之間的溫度直接影響著鋼體焊接工位的冷卻速度以及產(chǎn)生的應(yīng)力強度，對鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量有著直接的影響。因此，實行預(yù)熱處理后的鋼結(jié)構(gòu)在焊縫與熔合線部位都具備比非預(yù)熱情況下更好的焊接性能。

4.通過參數(shù)控制優(yōu)化低溫焊接

優(yōu)化低溫焊接的另一種有效手段是參數(shù)控制，采用參數(shù)控制的本質(zhì)在于控制輸入的焊接熱量，保證線能量的輸入量足夠合理，所以不僅能夠保證焊縫的熱量，延緩其冷卻速度，而且對普通焊接常見的淬硬組織等缺陷也有控制作用，因此參數(shù)控制對低溫焊接的優(yōu)化是多方面的。舉例來說，焊接區(qū)域殘余的氫元素妍在焊接部分冷卻到100℃以下時才會導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，所以通過參數(shù)控制令100℃以上的冷卻時間盡可能延長可以有效減少裂紋的產(chǎn)生，提高焊接的質(zhì)量。

4 結(jié)語

通過分析鋼材焊接技術(shù)在低溫環(huán)境下來提出在低溫下進行鋼結(jié)構(gòu)的焊接施工可以有效地減緩低溫產(chǎn)生的不利影響。而由此帶來的建筑鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接理論的充實和完善，必然帶來焊接技術(shù)的進步。所以對低溫環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)的焊接施工工藝及技術(shù)控制要做更多更深的研究。我國冬季施工的工作量大面廣，低溫焊接技術(shù)的成熟，能夠有效解決建筑鋼結(jié)構(gòu)冬季施工的技術(shù)難題，為施工單位贏得了寶貴的工期、給業(yè)主帶來豐厚的收益。對此，必然引起各界人士的高度重視，反過來又推動低溫焊接技術(shù)的不斷發(fā)展。所以說，低溫焊接技術(shù)是一項方興未艾的、具有生命力的實用技術(shù)。

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作者簡介

楊康（1994-），現(xiàn)就讀于鄭州大學(xué)，土木工程學(xué)院。