建筑钢结构用焊接材料的分析与展望

湖北精工钢结构有限公司 （武汉 430415） 姜殿忠

中远船务工程集团有限公司 （辽宁大连 116113） 杨文华

一、钢结构制造用焊接材料的特点

20世纪80年代，建筑钢结构产业在我国开始起步，回顾这过去30年的发展历程不难看出，建筑钢结构在工艺方法上正向着高效率、低成本方向迈进。建筑用钢在保证焊接母材塑性和韧性的基础上，则向着大厚板、高强钢和特种材料的方向发展，如现在的高强钢Q390、Q420、Q460等。焊接方法主要以CO2气体保护焊（GMAW）、埋弧焊（SAW）、电渣焊等高效焊接方法为主。据相关数据显示，2010年镀铜CO2气体保护焊（GMAW）实芯焊丝的产量超过80万t，已经成为焊接材料的主流。随着今后焊接自动化程度越来越高，其消耗量及在焊材中的比例还将持续以较快的速度递增。

二、国内外钢结构焊接材料的特点

1.我国焊接材料特点

我国焊接材料所遵循的国家标准与其他国家相比基本是齐全的。

例如，我国埋弧焊用碳钢、低合金钢焊丝和焊剂标准参照了美国国家标准，埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂国家标准参照了日本国家标准。

焊丝国家标准分为两种情况：一是冶金系统编制的在市场上可以充分供应；二是焊接标准委员会采用了美国国家标准编撰的；钢标准技术委员会编撰的《焊接用钢盘条》是国产焊丝标准的基础其等效于焊接标准委员会编撰的标准。

2.我国焊接材料的不足之处

（1）与美国、日本焊材国家标准相比我国焊材标准还存在许多不足，我国三个焊丝的国家标准所列都是通用性的，同时适用于多种焊接方法，缺少各焊接方法专用（如埋弧焊、气体保护焊、电渣焊等）。

（2）日本气体保护焊用焊丝标准分为TIG（钨极气体保护焊，保护气体为惰性气体）用焊丝标准和MAG（熔化极气体保护焊，气体为CO2或Ar和含量至少为5%的CO2）用焊丝标准。

（3）在美国和日本焊材标准中焊丝和填充丝分开，焊丝和填充丝都作为填充金属，焊丝是指焊接时通过电流并作为电极使用，而填充丝是不通过电流也不作为电极使用。焊丝可以当做填充丝，填充丝在一定情况下却不能当做焊丝使用。我国现行标准没有区分焊丝和填充丝的概念，这个现象需改变。

（4）国内尚无可熔化嵌条标准，可熔化嵌条即焊前嵌入对接焊缝坡口间隙内作为填充金属成为焊缝的一部分，采用可熔化嵌条有利于单面焊根部焊透和背面成形。

（5）我国焊材标准中，很多是等效采用了美国国家标准，在等效采用美国国家标准的同时却忽略了另一个美国标准，即AWS A5.01中规定了焊材制造厂的质量保障体系、原材料规定、批量类别以及试验深度。只有焊材标准没有填充材料采购细则，得不到所需要的专用焊接材料。目前我国尚无焊接材料采购方面的细则，对于超出国家标准以外的焊材选用，往往经过设计院的批准最后由供应部门采购，如果采用国外焊材往往只写牌号，如此对待焊材采购往往造成焊材内在质量的恶果。

三、我国钢结构行业用焊材存在的问题及发展趋势

（1）焊材品种与钢材品种不匹配，焊接材料的等级少，导致部分钢材在选择焊材时往往采用过高的强度匹配，从而导致塑、韧性储备不足。

（2）完善焊接材料全熔质复验方法，避免由于复验方法与实际焊接工艺不统一而造成焊接材料与母材不匹配。

（3）努力研发并推广环保新型无镀铜焊丝。

（4）焊接辅材的发展也应引起关注，如焊接陶瓷衬垫的使用，目前陶瓷挡板在日本已被广泛使用，其效果等同于钢柱引、熄弧板，但是其具有的独特优点则是钢柱引弧板所无法比拟的。不但节省了焊材和钢材，而且减少了应力集中和保持焊缝外观成形所需打磨的工作占用时间和消耗的人工成本。从而提高了工作效率、降低了生产成本、改善了焊接节点的应力集中状况、提高了节点的疲劳强度和抗地震冲击载荷和脆性破坏能力。

四、目前我厂在构件制作过程中节能环保系统的应用情况

我司主要完成的工程有：国家体育场馆“鸟巢”工程、广东电视塔“小蛮腰”工程、深圳湾体育中心“春茧”工程、世界最高建筑——101层的上海环球金融中心、世界第一跨海大桥海中平台——杭州湾跨海大桥海中平台，以及目前国内唯一可开启式屋顶的钢结构工程——南通体育场等工程等，代表性的建筑如图1所示。工程构件在制造基地加工的过程中，公司始终本着以人为本的原则坚持“绿色建筑”环保型加工的方针。

图1 代表性建筑

具体节能环保体现如下：

（1）安装陶瓷挡板 构件在加工生产的过程中一直沿用着辅助材料焊接陶瓷衬垫的生产工艺，如图2所示，其主要优点如下：①减少传统工艺利用碳弧气刨清根过程中产生的噪声及粉尘等污染对焊工身体健康的危害。②利用焊接陶瓷衬垫焊接，可以大大提高生产效率。③与传统工艺相比降低了生产成本。

（2）应用新工艺推广新节能环保型焊材 目前公司焊接试验室正在进行无镀铜焊丝方面的试验、研究，在验证了新工艺的使用性能后将大面积推广新工艺在工程上的应用，如图3所示。

图2

图3 无镀铜焊丝

（3）关注焊工健康 为了减少粉尘等有害气体颗粒对人体的伤害，公司专门为焊接操作工配备3M口罩已达到防护及环保要求，如图4所示。

图4 带3M口罩焊工焊接箱型构件

五、结语

目前国家正大力提倡节能减排，绿色环保的号召，随着越来越多“绿色建筑”的兴起，绿色环保型焊接材料及其辅料必将成为现代焊接材料的主流。