建筑钢结构高强钢高效焊接技术探讨

建筑钢结构高强钢高效焊接技术探讨

郑红

安徽顺运建筑工程有限公司236800

摘要：钢结构的使用量伴随当前国内建筑钢结构行业迈入发展成熟期其在全国年钢产量占据的比例也不断增加，高强钢应用于钢结构工程中可以有效促进科技进步发展并使社会与经济效益增长明显。伴随不断向大跨度及超高层方向发展的钢结构建筑对焊接技术提出了更高要求，将高效焊接技术推广使用并有效开展技术管理是使产品焊接质量得以保障的关键，并对建筑行业的进步发展极为有利。

关键词：建筑钢结构；高强钢；高效焊接技术；探讨

拥有更高等级及强度的高强钢在当前建筑钢结构技术和经济迅猛发展过程中得到了广泛应用，焊接技术作为制造与安装建筑钢结构的主要方式会在此过程中发挥极为关键的作用。作为当前国内工业建筑钢结构焊接中最顶尖且最常用的一种焊接技术-高强焊接技术是我国钢结构焊接水平的代表，为了积累该类焊接技术在建筑钢结构高强钢的应用经验，本文对此展开深入探究。

一．建筑钢结构焊接的三个关键技术

高强高是在低合金高强钢或低碳钢基础上加入可以形成氮化物或碳化物的微量合金元素的钢种，微合金元素在钢中的含量通常不超过0.2%，钢的经历可通过加入微合金元素得以细化[1]，获取较好的韧性并提升钢的强度。高强钢焊接一次成功的焊接接头经过实践证明与返工后的焊缝相比较，其焊缝综合指标更加优秀，这说明钢材的微合金元素与高强钢种焊接接头的强度指标直接相关。合金元素会由于焊接热循环而损失，因此每当热循环增加一次便会增加合金元素的损失，对焊接接头的质量极为不利，会使焊接接头的综合性能大大降低。站在理论角度看，化合物沸点、熔点和各类元素的差距在温度高的区域停留的时间也各不相同，而微合金元素及其化合物气化能够在高温区域停留相对较长的时间，与铁和铁的化合物相比较拥有更加充分的气化，焊接期间除了水分在焊材中蒸发外，各种溶渣成分及金属元素在电弧高温下也能够蒸发为蒸汽，物质沸点越低反而更加容易蒸发。有用元素蒸发会使焊接质量受到直接影响并损失合金元素，同时会导致环境受到污染并增加焊接烟尘，使焊接工人的健康受到不良影响。钢结构焊接接头的第一次热循环是传统燃气下料切割，在切割带淬硬倾向钢材时当将近1mm的淬硬层在切割表面形成时会给焊接带来十分不利的影响。为了将下料切割工序热循环的影响减少和避免通常使用的四种方式为：水下等离子切割、机械加工、水喷射切割和火焰切割后机械磨除淬硬层。当前国内对最后一种技术大量使用，但会受到较大的人为干扰因素且经常出现质量问题。当前将，碳弧气刨取消或减少的观点在高强钢焊接性实验研究中已经提出，并且正在逐渐缩小应用范围。工程全面质量管理的重要指标为焊缝一次合格率，超过95%的一次合格率为优秀的钢结构焊接工程焊缝能够达到的，有的工程甚至为100%。该目标与高强钢焊接工程相适应，研究认为高强钢焊接接头焊缝对于其超过40mm板厚的一次合格率应当为100%[2]，工程实践中可得知一条焊缝返工时间为正常焊接时间的三倍，越厚的板需要越长的返工时间，返工在高强钢焊接工程中会使成本增加并延长工期，同时会使焊接热循环的次数增加，导致微合金元素烧损的质量情况出现，为了避免该情况应当尽可能确保高强钢焊接接头一次合格。

二．建筑钢结构高强钢严格禁止大限能量焊接

1.高强钢焊接HAZ脆化

为了将热影响区的催化情况防止一定要使用适合的焊接工艺参数将高温停留时间缩短，同时防止奥氏体晶粒长大。由于高强低碳调质钢HAZ区AC1-AC2区域在将M-A混合组织避免后可将抗脆能力有效改善，同时对该区域的冲击韧性提高提供有利条件。实际情况中高强低碳调质钢使用多层多道错位焊接技术，后焊焊道影响先焊焊道的HAZ使其冷却加热后，改善前次热循环脆化组织，冲击韧性得到显著提高[3]。

2.高强钢焊接HAZ软化

碳化物的沉淀和聚集长大过程与高强低碳调质钢HAZ软化情况息息相关，对于一定的软化区宽度，越大的板厚焊接线能量越少，初始预热温度越低和焊接接头的失强率越小，强度反而变得越来越大。在焊接过程中将软化区的宽度尽可能减少，也就是降低焊接HAZ软化的危害到最低限度，因此焊接高强低碳调质钢时，较高的预热温度与大的焊接线能量不适合使用。建筑钢结构高强钢按照当前使用的建筑钢结构高强钢组织与成分对比[4]，基本上为相似或相同于低焊接裂纹敏感型钢及传统低合金高强钢的钢种，低于40kJ/cm的线能量使其可以承受的最高值。即便是当前如大线能量低焊接裂纹敏感钢及大线能量焊接调质高强钢等尚没有面向市场的钢种所能接受的线能量也仅为100kJ/cm。当钢材的承受能力被焊接线能量超越时所得到的焊接接头综合性能会极大降低，严重情况甚至会出现脆断与软化的现象。因此建筑钢结构高强钢焊接一定要对线能量进行严格控制并对电渣焊严格禁止使用。

3.冷裂纹产生的重点防止

当前很多专家按照各种实验研究结果及生产经验，对很多用于金属材料冷裂倾向评估的判断证据进行总结。这些判据中，某些会对一些主要方面的影响因素进行强调，虽然可以比较简便的使用但并不十分全面；某些判据虽然对多种因素进行充分综合的考虑且能将实际情况比较全面的反映，但计算和应用比较复杂，同时所有的判据均需要在一定范围中才适合使用。钢材的淬硬倾向、氢含量、焊接接头的拘束应力状态是冷裂纹形成的三大要素，这已经在生产实践和理论研究中得到证明[5]。当这三大要素共同作用至一定程度时便会有冷裂纹在焊接接头上形成。淬硬倾向不高的钢材对应力集中不敏感且拥有高的塑性储备，同时还有较高能够使裂纹诱发所需要的临界应力值与含氢量，因此冷裂纹冷裂纹倾向和孕育期低和长。拥有高淬硬倾向的钢材由于金属在缺陷部位容易产生应力集中且没有较高的塑性变形能力，冷裂纹诱发的临界含氢量和临界应力均低，因此裂纹倾向大。以Q345作为代表的低合金高强度钢低于高强钢淬硬倾向，高强钢淬硬倾向在形成冷裂纹的三个条件中占据极容易被忽略但又十分重要的作用和地位，因此需要格外留意。冷裂纹因其极大的危害性因此在建筑钢结构高强钢焊接中是重点防止的焊接缺陷。冷裂纹的主要危害包括：容易大规模爆发且拥有极强隐蔽性的延迟性，将焊接接头的脆性转变温度降低并在低温下容易发生脆断，构建的断面尺寸会在裂纹扩展后减少并使承载能力降低。这三种情况会导致极大的灾难性后果，因此在对高强钢焊接时一定要使用预防为主的相关技术及管理措施。

结语

综上所述，作为一项重要的技术-建筑高强钢高效焊接技术，在焊接前应当评定焊接工艺并对焊接工艺参数进行针对性制定，将焊接质量稳定性提高的同时也大大降低了焊工的劳动强度。认真选择焊接参数的同时需要提供焊工的技术水平，将焊接从业人员职业培训体系建立健全，从而使焊接施工人员的整体素质进一步提高。同时由于高强钢焊接性研究涉及广泛且拥有较高的技术要求，因此施工及设计单位应当长期对其相关实验研究工作不断了解掌握，努力克服建筑钢结构高强钢高效焊接技术的种种难点，从而使其在建筑行业中得到更好的应用。

参考文献：

[1]罗信飞.建筑钢结构高强钢高效焊接技术分析[J].绿色环保建材，2019（07）：200-201.

[2]赵永明.浅析建筑钢结构焊接技术[J].建材与装饰，2017（27）：193-194.

[3].结构钢和高强钢焊接技术最新发展动向[N].世界金属导报，2017-02-28（B15）.

[4]刘立雄.高强钢管道在线焊接质量关键影响因素研究[D].中国石油大学（北京），2016.

[5]张发荣.建筑钢结构高强钢高效焊接技术[J].金属加工（热加工），2015（20）：19-20.