冬季环境下桥梁钢结构的焊接施工探究

冬季环境下桥梁钢结构的焊接施工探究

王少丰

王少丰

中国建筑第二工程局有限公司上海200000

摘要：建筑钢结构的低温焊接一直都是工程界与学术界非常关注的问题。钢结构在低温条件下焊接最直接的危害就是焊接金属会出现裂纹以及断裂的状况。如果控制不好，可能还会导致焊接质量的下降甚至造成安全隐患。只有运用合理的低温焊接技术与防护措施才能保证钢结构工程的建筑质量。文中简要阐述了如何在焊接过程中控制焊接温度，达到好的低温焊接效果。

关键词：建筑钢结构；低温焊接；施工

1钢结构冬季低温焊接技术的应用原则

（1）为了减少应力作用对焊接施工的影响，应该结合钢结构的特点进行焊接施工顺序的合理编排，这样可以使应力作用能够均匀的分布，从而减少其对焊接施工质量的影响。

（2）虽然低温焊接技术适用于冬季严寒温度下进行焊接作业，但为了提高焊接质量和焊缝的综合指标，保证钢材的正常温度是十分重要的。因此，可以采用不同的钢材预热方式来提高焊接周围环境的温度。

（3）预热方式的选择，也会影响焊接施工的质量。譬如，电加热的预热方式就比火焰加热的预热方式更具有应用的优势。电加热的预热方式可以使需要预热的区域能够保持均匀受热，且温度的调控是可控制的，不会像火焰加热的预热方式致使受热区域过热，造成结构构件的变形等。因此，在冬季进行焊接施工时，一般都需要采用电加热的预热方式。

（4）在焊接施工中，由于应力和氢的作用，会使焊缝产生延迟裂纹，需要对钢结构进行刚性固定来防止这种情况的出现。此外，对于厚度小于40毫米的厚板，需要及时的进行焊接后的紧急保温缓冷处理；对于厚度大于40毫米的厚板，需要及时的进行焊接后的紧急后热和保温缓冷处理。这样可以放缓焊缝的冷却速度，使致使焊缝出现延迟裂纹的氢能够缓慢逸出。

（5）如上所述，氢是造成焊缝延迟裂纹的主要因素之一，会根据铁素体组织、马氏体以及贝氏体等的变化而逐渐的降低。特别是在异种钢的焊接施工中，由于钢材组织结构形态不同，所以受热影响后氢的浓度值也会不同，在焊接中会因为浓度值的不同而造成分布不均的情况，致使焊缝出现延迟裂纹。对此，则需要在钢材的选择上，和进行钢材的预热和后热上进行特别注意。

2低温焊接时的施工工艺

由于是在低温环境中进行焊接作业，所以为了更好的完成焊接任务，应该尽量选取氢含量较低的焊接材料，并且对焊接材料进行必要的烘焙以及保温措施。为了达到尽量减少热量的损失，可以在进行焊接作业的地方构建相应的保护房，从而形成相对密闭的空间。如果条件不允许构建防护房，也可以采取其他一些措施来起到防护热量损失的作用。在进行一些气体保护焊接操作时，气瓶也要进行必要的保温措施。预热和层间温度。相比较于常温条件下的焊接预热，低温焊接时的预热温度要稍高，并且需要预热的区域范围较大，通常情况下是焊接点周围大于等于两倍钢厚度的范围，并且这一范围不小于100mm。焊接层的温度通常要高于预热温度，或者是不低于相应规定中的最低温度20℃，二者之间取较高温度者；采用合理的焊接方法。尽量使用窄摆幅，多层多道焊，严格控制层间温度；焊接后热及保温。焊接后及时对焊接接头进行后热保温处理。利于扩散氢气的逸出，防止因冷速过快而引起的冷裂纹，同时适当的后热温度还可以适当降低预热温度。

3选材应考虑负温下制作和使用特性

钢材的力学性能，受温度变化影响十分明显。在负温区随着温度的降低，钢材的强度提高，而塑性和韧性降低，逐渐变脆。当钢材内部有夹杂、气孔、微裂纹等缺陷时，在负温制作的钢结构构件受力后，易发生负温脆断事故。因此，在选材方面应特别注意以下事项。

（1）考虑冶炼方法对钢材性能的影响。冶炼方法的不同，钢材的质量有很大的差别。对转炉钢材除了氧气顶吹转炉钢材外，其它冶炼方法的钢材应慎重使用。

（2）在沸腾钢和镇定钢中，宜选镇定钢。因为沸腾钢在浇注过程中，脱氧不充分，钢材中留有较多的氧化铁夹杂和气孔，钢材质量较差。所以在冬季施工中不易使用。

（3）在负温下施工的钢材，应有负温冲击韧性指标保证。Q235钢的试验温度-20℃，16Mn钢、16Mnq钢15MnV钢和15MnVq钢的试验温度为-40℃。

（4）在负温下焊接钢结构的梁、柱接头时，当板厚大于40mm时，由于节点的约束力较大，在板厚方向可能出现拉力作用，因而增加板厚方向的伸长率保证值，防止在拉力作用下出现层状撕裂。所以在化验单中应增加板厚方向的伸长率试验值。

4冬季环境下桥梁钢结构焊接施工措施说明

（1）焊接预热处理。焊接预热处理采用火焰加热法,焊缝焊接前在施焊焊缝坡口两侧进行,宽度为板厚的1.5倍且不小于100mm。焊缝焊接前将焊缝两侧的铁锈、毛刺、泥土、油污及冰雪等清理干净,以保证焊接质量。

（2）焊接保证措施。严寒的冬季焊接施工,光有严密的焊接防护还不够,钢材由骤冷至焊接产生骤热,容易发生钢结构焊缝接头区冷裂纹现象。因此,在5℃至－5℃的气候条件下,焊前还必须用两支大功率烤枪在1.5倍的板厚+100mm的范围进行加热至焊接试验确定的温度或采用电加热方式;如果环境温度5℃以上,一般仅作加热除湿处理即可。整个热焊接保证过程中,焊工利用便携式红外测温仪复测检测构件温度。随时利用红外测温仪观察层间温度,如发现低于规定的温度,立即采用加热烤枪对构件进行再加热,始终保持焊缝100～120℃的层间温度。

（3）焊接过程控制。厚板焊接时,焊缝层间温度应始终控制在100～120℃之间,每个焊接接头应一次性焊完,大型焊口,配备一定数量的焊工轮流施焊,其它焊口也根据实际需要配备相应的焊工轮流施焊。施焊前,注意收集气象预报资料,当恶劣气候即将到来,如无确切把握抵挡时,则放弃施焊。若焊缝已开焊,要抢在恶劣气候来临前,至少焊完板厚的1/3方能停焊,且严格做好后热处理,并且进行保温处理。

5建筑钢结构施工中低温焊接的应用措施

（1）低温焊接的防寒御寒措施。在实际施工中，无论是焊接材料本身还是用于焊接的焊接设备，都要进行防寒御寒处理。具体来说，焊接材料的防寒御寒处理包括防潮、防湿、气体保护等，此外，在实际使用焊接材料之前可以对其进行适当的烘干。焊接设备的防寒御寒处理则可以通过将设备尽量控制于常温状态来实现。这些措施可以保证焊接材料与焊接设备的温度，避免其温度过低导致的焊接质量下降，也能抑制低温对冷却速度造成的不良影响。

（2）低温焊接的焊接预热措施。预热是控制低温焊接冷却速度的最有效手段，在建筑施工中，预热措施要根据具体的工程条件加以选择。根据实际环境温度、钢结构材料温度、钢材厚度、焊接要求等因素选择预热所必须的预热方式、预热温度、测温点、预热范围等。需要注意的是，常用的预热方式包括火加热与电加热两种，二者在操作要点和适用对象上有所区别，因此必须谨慎加以选择。

（3）低温焊接的焊工培训措施。在建筑施工技术中，钢结构的低温焊接属于相对复杂的一种，不仅注意事项和影响因素多，而且视具体工程的不同会有很大的区别，这就对焊工的实际操作水平提出了较高的要求。因此，除了在技术上优化低温焊接工艺外，还要对焊工进行有针对性的专门培训，提高他们对低温焊接的了解程度和操作素质，这样才能保证上述优化措施得到落实。

6结束语

最后得到适合于生产的焊接工艺，起到相应的指导生产的要求。在进行这一钢材的焊接时，为了避免其产生冷裂现象，应该注意采取相应的措施。同时为了出现接头弱化的现象，焊接时应该对层间温度以及焊接线能量进行较为严格的筛选和控制。总的原则还是应该在较低的成本下，尽可能完成高质量的焊接任务。

参考文献：

[1]姚晋勇.论钢结构焊接现场施工工艺[J].科技情报，2012.

[2]徐鹏毅.钢结构焊接现场施工工艺探讨[J].中国地产，2013.