高层建筑钢结构在低温条件下的焊接施工

高层建筑钢结构在低温条件下的焊接施工

倪波

倪波

中国水利水电第二工程局有限公司北京100011

摘要：本文从钢结构焊接技术的概况出发，分析了加强高层建筑钢结构在低温条件下的焊接施工影响措施，并针对提高高层建筑钢结构在低温条件下的焊接施工技术进行详细探究。

关键词：高层建筑；钢结构；低温；焊接技术

引言

近年来，由于钢结构自身所具备的诸多优良特点，使得其在现代建筑工程施工中有着极为广泛的应用。在高层建筑施工中，钢体的焊接质量对建筑的整体质量有着决定性的影响。现在我国的高层建筑在施工中钢材的焊接使用率、普遍度非常高，提升钢结构的焊接质量对提高建筑的质量有重要意义。

一、钢结构焊接技术的概况

1、建筑钢结构的基本结构形式及复杂节点

近年来我国的建筑对建筑结构、外观的要求越来越高，新奇的创意层出不穷，超高层、结构壮大、外观宏伟的大型建筑频频现世，强烈的视觉冲击效果使人们越来越青睐大型建筑。然而随之而来的问题也越来越多。大型建筑其钢结构较复杂，节点构造重叠，接头对接形式繁多，钢材的研发和现场施工中焊接技术难度越来越高。如国家游泳中心“水立方”的非对称、不规则球管节点；国家体育场“鸟巢”的空间弯扭构件多分支节点；广州歌剧院的树支状铸钢节点；广州电视塔耐候钢结构及深圳大运会超大型铸钢节点等。这些建筑在带来美轮美奂的视觉效果的同时，也以其施工的高难度著称。随着建筑高度的增加、结构跨度的增大，抗震性能设计对主要钢结构焊接质量要求随之升高。框架梁与柱的连接焊缝、剪力板与柱的连接焊缝、梁腹板与柱的连接焊缝和柱的拼接焊缝等都是结构的主要部位，基本上都是坡口熔透一级焊缝，100%超声波探伤，对焊接质量要求非常高[1]。

2、钢结构焊接技术的分析

我国目前发展最为突出的钢结构焊接技术莫过于高强焊接技术和低温焊接技术。未来我国钢结构焊接技术的发展也将以这两种技术作为主要发展方向。

2.1高强焊接技术

高强焊接技术是我国目前常用的一种尖端技术。这种技术的核心就在于“强”，一方面要求焊接材料的强度，并且还要求相互焊接的两者之间存在明显的“强”相关，能够在焊接过程中达到最佳的融合度；另一方面，对焊接接头的各方面要求强度也相当大。因此要使用这种技术，就必须对不同焊接接头和焊接材料都进行严格的审查，确保焊接质量。

2.2低温焊接技术

低温焊接技术是我国目前使用率较高的一种焊接技术。这种技术主要在低温下进行施工，因此难度较大，需要对施工的操作空间进行密封处理。密封处理的方法主要分为物理封闭和气体封闭。物理封闭即在焊接操作的周围搭设防护层来隔绝焊接区，进而维持焊接区域的底纹。气体封闭则相对高级，要针对焊接过程中使用的气瓶进行保温处理。在这两种措施的帮助下，焊接操作能能好的完成。

二、加强高层建筑钢结构在低温条件下的焊接施工影响措施

1、提高钢结构材料的性能等级，使其符合C级钢的要求，具有0℃冲击韧性的性能，至少也应符合B级钢即具有常温冲击韧性的性能，同时焊接材料也应当选择适应低温的材料，并与钢材相适应。

2、对焊接材料的选配时，应满足焊缝金属的强度和韧性要求，利用调整焊缝金属微观结构的作用达到焊接后的规范要求，使得焊缝金属产生的微观形态为针状铁素体以此获得较好的焊缝强度和韧性。

3、在焊接施工前应合理的设计焊接的顺序，以此减少焊缝残余应力对焊缝的不利影响；同时应制定合理的预热温度，此时主要从焊接的环境温度、钢材等级、焊接材料、钢件厚度、坡口形状等等，结合焊接工艺评定结果进行合理的选择[2]。

4、在焊接时应选择合理的焊接参数，控制焊接的热量输入，在保证合理的线能量输入的同时应采用：大电流、薄焊道、多层焊接的技术措施，以此提高焊缝的热量并防止粹硬组织出现。

5、在低温环境下，焊接施工前，必须要进行一定的焊接试验，以确定最佳的焊接技术参数，制定可靠的焊接方案。并且需要对焊工进行一定的适应性培训，确保其在施工中能够熟练焊接，保证焊接质量。

三、提高高层建筑钢结构在低温条件下的焊接施工技术

1、加强对焊工的培训

由于在低温环境中进行焊接施工与平常普通施工不同，因此这是一种特殊的焊接作业。这就要求焊工必须要具备一定的特殊焊接技能。为此，施工前必须要对焊工统一进行低温焊接施工技术培训，培训内容包括理论与实践操作两方面。在实践操作培训中可以结合实际工程的焊接需要进行一致训练，以利于焊工在实际操作中能够更加熟练的进行焊接。另外，要加强焊工的安全防护，分发防寒用品、防滑物品等，以保证焊工能够正常安全的作业。做好施工组织计划，必要时可以实施两班倒的施工组织方式，以减少焊接作业所占工期时间。

2、做好焊接设备的御寒工作

由于在低温环境中进行焊接会对焊接设备性能和使用寿命造成一定影响，因此还要对焊接设备进行必要的抗寒处理。首先焊机必须要放在能够随时随地移动但又具备保温功能的防护棚中，使焊接设备在施工中是处于常温状态。所用气瓶也必须要集中放置，做好防寒措施。在使用时也要把气瓶放在焊机的防护棚中加以防寒，以确保液化气体及时气化，为保证焊接质量提供稳定气流。

3、加强焊接施工材料的防寒保护

为了保证焊接施工质量，在焊接作业时需要采取一定的保护措施，尤其是要对焊接材料进行合理保护。可以使用纯度较高的CO2气体来作为保护气体，这样可以有效提高焊接接头处的抗裂缝性。施工所有的焊条必须要进行防水、防寒处理，必要时可以做烘干处理，但不可多次烘干，也不得将焊条长时间暴露在空气中。所有焊接材料的存储仓库都要做好防潮防湿处理，以保证施工材料的性能。

4、焊接施工的技术工艺

在低温焊接的施工中，焊接的技术采用应注意以下要点：预热的方式应进行合理选择，可以采用电加热或者火焰加热，主要是根据钢材的厚度而定；预热的温度应按照规范执行；在约束应力较大的情况下，应注意对预热温度的控制，可以适当提高10-30℃；如出现箱型构件在预热的时候应将测温点控制在坡口的底部的垫板中心位置控制温度；采用电加热的方式对结构件进行加热，应采用伴随预热，中间层的温度不能低于预热的温度；层间温度的测点应设置在焊道的起点位置；采用火焰预热的时候主要的目的就是对焊接区域进行烘干和加热，以此实现正常温度焊接，烘烤的范围应控制在焊缝两边50mm范围内，温度在20-40℃为宜，并采用连续施焊进行施工；焊接结束后应该能对焊接位置进行保温处理，如果钢板厚度小于40mm可以采用岩棉进行包裹，然后再自然冷却，钢板厚度大于40mm则应进行后热处理，温度控制在250-350℃之间，后热的时间控制在1-2小时，然后再进行包裹保温[3]。

结束语

综上所述，在低温环境中首先应保证焊接操作的工艺准确，即焊工所具备的技能适应低温焊接施工的要求；同时应对焊接材料、设备等进行严格的管控，保证其可以在低温中获得较好的焊接效果；最后应对预热、后热等工艺进行控制，保证获得常温焊接的效果和质量。

参考文献：

[1]杨凌川,陈山林,胡英奎.高层建筑钢结构在低温条件下的焊接施工[J].重庆建筑大学学报,2004（03）:51-54.

[2]刘春.高层建筑钢结构焊接施工的质量管理[J].中国新技术新产品,2009（14）:158.

[3]杨凌川,杨文柱.高层建筑钢结构安装焊接施工质量控制[J].重庆建筑大学学报,2000（S1）:208-211.

本文所有参考资料来源于中国知网。

作者简介：

姓名：倪波性别男出生年月1979年07月2002年毕业于山西大学大学本科，毕业后工作于中国水利水电第二工程局有限公司担任副经理现职称为工程师。通信地址北京市通州区蓝调沙龙小区18#楼3单元3144室邮编101121联系电话13601357631。后续在职研究生于2014年毕业于对外经贸大学。