建筑钢结构焊接影响因素及焊接质量管控

建筑钢结构焊接影响因素及焊接质量管控

刁炳其

中建筑港集团有限公司

摘要：建筑结构部分是影响高层建筑安全与稳定的基础，钢结构是现代建筑中常用的结构类型。随着中国国民经济和城镇化的高速发展，中国的建筑日益蓬勃发展，但是建设建筑所需的资金维护量巨大，在保证建筑使用功能正常的前提下，如何科学合理地选择建筑的结构类型和施工方案是建筑过程中的关键技术问题。本文主要对建筑钢结构焊接影响因素及焊接质量管控进行论述，详情如下。

关键词：建筑；钢结构焊接；影响因素；质量管控

引言

建筑钢结构的焊接环节通常在钢结构吊装完成且确认无误后进行，其在整体建筑工程施工中起着承上启下的作用，对建筑整体施工质量的影响也较为显著。从当前建筑钢结构的应用情况来看，新建建筑的钢结构普遍存在较为复杂的体系和节点构造，这也造成了焊接接头形式的多样化特点。特别是在当前建筑规模不断扩大、高度不断提升和结构跨度不断增加的情况下，钢结构的焊接水平也面临着更高的要求，如柱和剪力板、框架梁等关键连接节点。因此，在建筑钢结构焊接工作中，必须明确可能的影响因素，并针对这些影响因素采取相应的质量管控措施，确保施工人员能够高质量且规范地完成焊接操作，充分确保焊接质量。

1钢结构焊接

主钢桁架的焊接顺序为先焊接下弦杆件，焊接检测合格后，进行立柱的焊接。上弦杆、水平杆及水平斜撑焊接按照先上弦杆，再水平杆及水平撑杆的顺序进行。箱形钢梁采用先竖缝再横缝进行封板焊接。钢梁为刚接和栓焊连接，螺栓施工完成以后，上、下翼缘同步进行焊接。

2建筑钢结构焊接影响因素

建筑钢结构焊接中存在多种焊接方法，其中电渣焊和埋弧焊的热输入相对较高，若焊缝面积相等，则这两种焊接方式将造成最大的收缩变形。相对而言，手工电弧焊和二氧化碳气体保护焊在热输入和收缩变形上则相对较小。在热输入较高时，若加热更大范围，则焊接效率也将随之显著提升。因此，在焊接工艺选择上，应兼顾效率和质量两方面，合理选择焊接工艺，并合理确定相关焊接参数。在确定方法参数后，还应通过模拟实验的方式进行焊接工艺评定，然后根据合格的工艺评定报告和图样技术等内容要求，制定焊接工艺规程，编制焊接工艺说明书，以此指导焊接工艺流程正确进行。

3建筑钢结构焊接优化措施

3.1建筑钢结构焊接施工过程关键技术分析

建筑钢结构施工中需要进行焊接作业，而焊接作业的关键技术需要对焊接对称性协调模式和焊接全方位的内腔同步模式进行技术选择。不同模式下的焊接技术所需的焊接设备以及操作人员所需具备的技术技能和知识储备是不同的，为保证建筑施工采用的焊接类型能真正发挥应有的作用，应根据现有的施工焊接人员和施工管理人员合理科学地选择焊接类型，或者根据建筑钢结构所需的焊接技术科学合理地选择焊接技术以及这种技术下所需的焊接施工技术人员和管理人员，同时施工焊接过程中应充分保证焊接技术所需的焊接设备齐全。在通常的建筑钢结构焊接施工过程中，一般选择内腔竖向焊接模式。采用这种焊接模式，需要经过专门培训过的焊接技术人员进行操作，需要多人联合同步焊接钢结构的内部焊接面，保证内部结构的一致性和整体链接性。在焊接施工的同时，需要保证建筑钢结构焊接体系内外的空气环境中没有其他杂质影响焊接作业。如果焊接施工中外界空气环境中含有杂质或者环境不够干净，就会直接影响到钢结构的根本稳定性和焊接设备排气系统的对外输出。同时，钢结构焊接外腔焊接面需要承受超过焊接范围内的焊接施工作业，需要至少8个焊接施工人员同时进行焊接作业，这种模式称作为对称焊接模式，6人在场表进行焊接施工，2人对短边进行具体的焊接操作施工。分段式的钢结构焊接模式需要进行跳焊的焊接方式，同时保证焊接的准确性和钢结构对接焊接施工情况，在此过程中也需要采用反变形约束设备，防止在焊接过程中钢结构发生变形，保证钢结构焊接施工质量以及建筑的稳定性和安全性。

3.2焊接过程有限元方法

3.2.1数值计算模型

在ABAQUS中完成模型建立和材料属性赋予后，进行装配，需对焊缝进行切分，采用扫掠的方法，定义方向后，单独进行网格划分。因焊缝处温度升热高和焊接应力和应变效应明显，应提高焊缝处的网格密度，适当降低焊板处的网格密度。可提高计算的精度和计算运行的时间。对于复杂的焊缝，可采用ABAQUS插件hyper  mesh进行网格的精细化划分。分析步包括焊接步和冷却步，对于焊缝的整个生死单元分析步设置，可选用的方法有GUI和Python语法设置两种方法。GUI即图形用户窗口设置，此种方法操作复杂繁琐，需要事先手动设置焊缝的生死单元集合，在窗口逐步设置各分析步和生死单元杀死和激活过程。适用于有限元软件的初学者，工作效率较低。ABAQUS中内置了大量指令语句，因此可采用Python代码循环语句的形式完成对分析步和生死单元的杀死激活设置。焊接过程以热传递为主，以热辐射为辅，焊缝与焊板之间进行热量交换，设置焊缝和焊板的热导率和表面辐射系数。整个模型的预定义温度场为25℃。当结果输出为温度场时，单元类型为热传递八结点线性传热六面体单元DC3D8。当结果输出为温度－位移耦合时，为八结点热耦合六面体单元，三向线性位移，三向线性温度C3D8T。当考虑焊接热传递过程时，无需设置两端的约束边界条件，此时模型以热传递为主。

3.2.2温度－应力场耦合分析

①在焊接过程的前期过程，温度积累少;②随着焊接过程的进行焊缝处温度逐渐升高;③温度等值线形状与焊接的形状大致相同;④整个温度场的影响范围大约为1m，超出1m范围的温度，已经与室温25℃无异。当焊接开始后，焊缝会对两侧钢板产生影响，垂直两侧的影响最大，随着距焊缝的距离增大而减小。应力的最大值位于焊缝两侧，随着焊缝的移动而变化，应力的最大值为205MPa。当焊缝冷却时，应力最大值位于焊缝块处，且较为集中，此时对于焊板的影响较小，这与整个焊接的热传导有关。

3.3磁粉检测方法

建筑钢构磁粉检验中最广泛采用的办法是便携式磁轭法（以下简称磁轭），利用磁轭的两个磁极接触构件表面，局部磁化构件部分区域，产生平行于两磁极连线的磁力线，将很容易发现垂直于两磁极连线的相关显示。磁轭上的两个磁性极通常做成可动关节，磁极间距L通常控制在（75～200）mm比较合适。主要原因在于磁极的25mm区域内磁通密度太强会生成过度背景，从而导致该区域可能出现的相关显示被过度背景掩盖，所以，磁极最短间距L不得小于75mm。反之，在磁通量不变的情形下，磁极距离L越大，构件表面的磁场强度就越小，过小的磁场强度将导致不连续显示无法形成磁痕，因此磁极距离L也不能过大。磁轭的提升力应保证能提起质量至少为4.5kg的钢板，即提升力应不小于44N。

结语

建筑钢结构焊接是一项综合性及复杂性均较高的工作，其质量管控工作不容忽视。因此，在今后的实际工作中，应结合焊接施工现场环境的复杂性，以及钢结构和焊接方式的多样性，详细探究建筑钢结构的焊接影响因素。然后根据探究结果，设计更具针对性的焊接质量管控措施，以明确焊接技术要点，实现焊接质量的稳步提升。

参考文献

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