低温焊接裂纹预防

自20 世纪80 年代以来，中国建筑钢结构得到空前的发展，高层钢结构、空间钢结构、桥梁钢结构、轻钢结构和住宅钢结构如雨后春笋。焊接作为构建钢结构的一种主要连接方法，物理、化学、冶金、资料、电子、计算机、自动控制等学科迅猛发展的今天，随着新技术、新材料、新设备、新工艺的不时涌现，国建筑钢结构建设中发挥更加重要的作用。据统计，约50%以上的钢材在投入使用前需要经过焊接加工处置。因此，焊接水平的提高是实现钢结构技术快速发展和确保建筑钢结构施工质量的关键所在。

 

1 低温焊接概念

1.1 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。

1.2 低温的有关规定

为保证焊接施工质量，各国施工规范均规定了低温焊接的最低施工温度，如：AWSD1.1（美）规定低温焊接的最低施工温度为-18℃，JASS6（日）规定低温焊接的最低施工温度为-5℃，BS5135（英）规定低温焊接的最低施工温度为0℃。

《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104 —1997）规定，低温焊接的最低施工温度是-30℃（低碳钢）和-26℃（低合金钢）。

《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81—2002）规定，低温焊接的最低施工温度为0℃，主要是考虑国内大型、复杂、重要的建筑钢结构工程越来越多，而在负温下施工缺乏经验， 规程修订时不宜放得太宽；同时在4.1.9 条文说明中规定0℃ 以下施工时应根据使用的钢材、焊材、工艺方法，制定适当的预热、后热、保温措施，通过低温试验确认焊接接头的安全性。

但是，该规程对低温焊接试验的项目要求没有规定，可以认为与焊接工艺评定是有区别的，主要目的是施工企业获取技术信息和施工经验。在我国钢结构工程焊接施工过程中，一般规定当焊接工位的小环境温度低于0℃时进入低温焊接施工。

 

2 低温焊接技术成果应用原则

工艺试验和正式工程相比，焊缝所处的工况完全不同，照搬工艺技术结果很可能适得其反，甚至造成不良后果。在工程实际中，低温焊接防治冷裂纹的同时，还须防范由于结构拘束度大，在冷却速度加大的前提下焊缝中心产生偏析，在应力作用下产生的热裂纹。因此，在工程中应注意以下应用原则：根据结构特点，合理编排焊接顺序，减少和尽可能均布焊接残余应力。

钢材本身应实现正温，即要采用各种不同的预热方式提高焊缝周围小环境温度，以此来保证焊缝综合指标。正确选择预热方式。在预热温度和预热规范确定的前提下，正确选择预热方式对控制裂纹的产生具有重要的意义。

电加热与火焰加热相比具有明显的优势：预热区域受热均匀，有效防止局部受热造成的接头附加应力；升温速度均匀、可控，防止造成母材过热等现象，可达到母材充分均匀预热；对于整体结构焊缝而言，防止受热不均造成构件变形。

 3 钢结构低温焊接的影响因素

3.1 钢结构低温焊接的实际温度

在钢结构的实际焊接作业中，温度始终是影响低温焊接的主要因素，贯穿着整个低温焊接技术研究的的始终，笔者在这里将其看作是一个重要的影响因素加以分析。钢结构低温焊接的工艺随着温度界限的不同而采取的实际工艺不同，实际焊接过后的焊接质量也会有所不同。不同的焊接工位温度与环境温度差会导致焊缝的冷却时间和冷却程度不同，这样就会导致焊接工位的局部应力变化不统一，对钢结构材料的强度要求有着很严格的要求，同时应力的存在也会影响到钢结构的质量或者是使用寿命。

3.2 钢结构低温焊接的钢材种类

在我国的《建筑工程冬季施工规程》这部参考文献中，明确规定了我国的钢结构低温焊接的最低温度界定，不同的焊接材料对钢结构的低温焊接有着不同的影响。同时，钢结构材料的不同，在显微镜下观察到的钢材内部晶体结构也不同，这就需要我们进一步认识不同材料钢材所具有的焊接特性。

 4 建筑钢结构低温焊接施工工艺的具体操作

4.1 合理选择焊接材料

在实际施工过程中选择的材料一定要符合钢结构强度要求，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会不会影响焊缝的连接强度，按照惯例需要在焊缝处尽可能地得到我们所需要的铁素体，因为铁素体的强度相对于其他的更高。

4.2 对低温焊接工位进行预热处理

对低温焊接工位进行预热处理是钢结构低温焊接工艺的主要环节，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 时通常采取火焰预热的方式，在大于40mm 时通常采取电加热的方式。

根据所需焊接钢体材料的不同，在实际所需预热焊接工

位的温度也是不同的，具体需要视情况而定（见表1）。与此同时，我们需要合理地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，值得我们在实际焊接过程中加以有效的控制。

 

5 结语

在建筑钢结构中，低温焊接技术的广泛应用，解决了冬季施工的技术难题，在建筑行业中也占着非常重要的地位。建筑钢结构低温焊接理论的不断充实和完善，必然带来焊接技术的进步和发展，也必将为建筑钢结构焊接技术带来新的格局。