低温对钢结构焊接影响研究

低温对钢结构焊接影响研究

作者：杨康 林青腾 来源：《卷宗》2016年第06期

摘 要：随着我国国民经济的迅速发展，钢结构建筑目前被越来越广泛的应用于建筑结构中。我国十三五规划中明确指出要完成从钢结构制造大国到钢结构制造强国的目标，重点研发钢结构建筑结构上的关键技术，提高我国钢结构的建筑水平。而钢结构的焊接质量对建筑中的钢结构力学性能有直接影响，低劣的焊接不仅会降低建筑钢结构的整体稳定性，而且对后续的混凝土施工等工序也有负面作用。因此研究低温对钢结构焊接性能的影响是很有必要的，本文主要探讨了在低温环境下对钢结构焊接的影响以及在施工中低温钢结构的焊接的一些处理办法。

关键词：低温；钢结构；焊接；研究 1 低温及低温焊接概念

低温焊接施工的温度界线是指实际焊接操作时间及工位处的环境温度，并非指本市气象报告的温度，更不是指某一时段的平均温度。具体说，就是焊接操作时焊接工位周围0.5m范围内的小环境温度。当该小环境温度低于规范规定的最低焊接施工温度时，即定义为低温。在低温环境下进行的焊接操作，即称为低温焊接。

考虑到我国大型，复杂，重要的建筑钢结构工程越来越多，而在负温下焊接施工缺乏经验，为保证焊接施工质量，在我国钢结构工程焊接施工中，一般规定当焊接工位的小环境温度低于0℃时即进入低温焊接施工。 2 低温对钢结构焊接的影响

在低温环境的影响下，焊接后钢结构会以非常快的速度冷却，这就会对焊接部位产生很大的影响。具体来说，过快的冷却速度会使得焊缝熔敷金属中产生马氏体脆性组织。但相对的，如果采用的措施不当，冷却速度太慢，将使热影响区过热而产生粗大脆性的侧板条铁素体组织，在较大焊接应力的作用下易在焊后立即或延迟产生裂纹。

在低温焊接中，钢结构的焊缝部位对结构约束非常敏感，尤其在焊缝熔敷金属的冷却速度过快的情况下，极易在结构约束偏高的时候造成焊缝金属偏析，进而在在较强的拉应力场作用下，在焊缝的偏析处或者焊缝中心部分发生结晶裂纹，即热裂纹。因此，在实行低温焊接时必须谨慎控制结构约束度，同时，为了降低焊缝对结构约束的敏感性，与冷却速度控制手段相结合也是必要的。

低温焊接时，焊缝金属在冷却过程中，游离氢的溶解度降低，这种趋势会随着金属冷却而产生大幅度的变化。即冷却的速度变快时，氢透出的时间变短，因此残留在金属内的游离态氢

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离子比例增大，对钢结构的焊接来说，氢的比例越大，冷裂纹的出现几率越高，这是因为延迟效应同残留在金属中的氢含量成正比。因此在低温焊接时还要注意控制氢原子的透出。 钢结构焊接在低温的环境下容易发生脆断，尤其是快速加载焊缝时，会增大工作的危险性，这时，临界转变温度会有一定的的提高。当构件的工作温度低于材料的脆性转变温度时，在拉应力和焊接残余应力共同作用下，结构的静力强度大幅度降低，极大可能在远低于材料的屈服点的外力作用下发生脆断。

在低温焊接钢结构时，最显著的特点是焊接接头具有很大的冷却速度，因而提高了焊缝的结晶速度，同时也提高了弹、塑性变形速度，即提高了焊缝结晶期间的应变增长率，导致热裂纹倾向增大。而在低温环境中焊接接头的抗拉强度会显著降低，若不加以控制会使其低于钢材本身的抗拉强度而使焊接接头不合格。 3 在施工上对低温下钢结构焊接的处理办法 1.合理选择焊接材料

在实际施工的过程中选择的材料一定要符合钢结构的强度要求，并且需要充分考虑到这些焊接材料在熔化后所产生的液态金属不会影响焊缝的连接强度，比如在焊缝处尽可能的得到所需的铁素体，因为其强度相对来说比较高。 2.对焊接材料及设备防寒御寒

在钢结构低温焊接施工中，无论是对于焊接材料本身还是用于焊接的焊接设备，都需要进行防寒御寒处理。焊接材料的防寒御寒出理包括防潮、防湿、气体保护等，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可以通过将设备尽量控制于常温状态来实现，以保证焊接材料与焊接设备的温度，避免其温度过低导致焊接的质量下降，也能抑制低温对冷却速度造成的不良影响。 3.通过焊接预热优化低温焊接

在低温焊接中，冷却速度过快一方面是受到周围冷空气的影响，另一方面是因为钢结构本身的温度过低，焊接预热能有效提升焊缝周围的温度，减缓焊缝的冷却速度，对焊接质量的影响在工程的施工中表现的很明显。对于不同厚度的钢结构采取的预热方式也有所不同，具体就是在厚度小于40mm采取火焰加热的方式，厚度大于40mm采取电加热的方式。而根据焊接钢体材料的不同，预热焊接工位的温度也是不同的，具体见下表1。与此同时，我们需要合理的控制好焊缝之间的温度，因为焊缝之间的温度直接影响着钢体焊接工位的冷却速度以及产生的应力强度，对钢结构的质量有着直接的影响。因此，实行预热处理后的钢结构在焊缝与熔合线部位都具备比非预热情况下更好的焊接性能。 4.通过参数控制优化低温焊接

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优化低温焊接的另一种有效手段是参数控制，采用参数控制的本质在于控制输入的焊接热量，保证线能量的输入量足够合理，所以不仅能够保证焊缝的热量，延缓其冷却速度，而且对普通焊接常见的淬硬组织等缺陷也有控制作用，因此参数控制对低温焊接的优化是多方面的。举例来说，焊接区域残余的氢元素妍在焊接部分冷却到100℃以下时才会导致裂纹的产生，所以通过参数控制令100℃以上的冷却时间尽可能延长可以有效减少裂纹的产生，提高焊接的质量。 4 结语

通过分析钢材焊接技术在低温环境下来提出在低温下进行钢结构的焊接施工可以有效地减缓低温产生的不利影响。而由此带来的建筑钢结构低温焊接理论的充实和完善，必然带来焊接技术的进步。所以对低温环境下钢结构的焊接施工工艺及技术控制要做更多更深的研究。我国冬季施工的工作量大面广，低温焊接技术的成熟，能够有效解决建筑钢结构冬季施工的技术难题，为施工单位赢得了宝贵的工期、给业主带来丰厚的收益。对此，必然引起各界人士的高度重视，反过来又推动低温焊接技术的不断发展。所以说，低温焊接技术是一项方兴未艾的、具有生命力的实用技术。 参考文献

[1]张耀春. 《钢结构设计原理》.高等教育出版社.

[2]李玉武.低温下钢结构焊接施工质量保证浅谈[J].辽宁建材，2009（5）.55 [3]邱为志，芦广平.建筑钢结构工程低温焊接施工研究[J].焊接技术，2007（S1）. [4]付国贤.低温作业条件下厚钢板的焊接技术研究[D].青岛理工大学.2012 作者简介

杨康（1994-），现就读于郑州大学，土木工程学院。