超低温环境下的钢结构焊接

朱智文 蒋晓斌

（湖南化工职业技术学院，株洲 412000）



超低温环境下的钢结构焊接

朱智文 蒋晓斌

（湖南化工职业技术学院，株洲 412000）

摘 要：寒冷地区进行钢结构焊接时，使用常规焊接技术难以施工。本文主要介绍超低温条件下钢结构的焊接施工技术，包含-30℃环境下厚钢板焊接施工技术和-42℃环境下钢结构手工电弧焊焊接技术的成功经验，以期为进一步研究提供一定的理论和实践依据。

关键词：超低温 钢结构 焊接

1 超低温环境下焊接技术的特点

1.1 钢结构的焊接性

钢结构的焊接是指钢材料经过加压、加热、加压且加热，使用或者不使用焊接所需的填充材料，使得钢焊件间的原子间相互结合的加工方法。影响钢材焊接性因素主要包括温度、环境、钢材材质、钢材厚度、钢材和焊条的化学成分。

1.2 焊机和焊条的选择

超低温环境下进行钢焊接，应尽量选择冲击韧度好、屈服强度低的钛钙型或低氢型焊条；当要求焊缝平整、美观、光滑时，应选择钛钙型或钛型焊条；当要求抗裂性、韧性、塑性较高时，可选择低氢型焊条。

2 -30℃环境下厚钢板焊接施工技术

本项目是在沈阳进行，室外温度最低为-30℃；钢材板厚最大为100mm，个别结构中的焊缝较为密集，焊接填充料近500kg。

2.1 -30℃环境下钢板厚焊接特点

由于工程处于寒冷的沈阳，室外温度最低可达到-30℃。对钢材进行焊接时，其表面温度会迅速降低，焊缝处迅速形成内部结晶，其塑性和弹性显著增加，易在焊缝处形成层状撕裂。因此，难以用普通焊接技术保证焊接质量。本文采用的钢板带加强层，厚度可达600～1100mm，焊接时易产生变形，在核心十字区域焊缝密集，焊接残余应力较大，易造成焊缝重叠，相互之间的影响较大。

2.2 -30℃环境下钢板厚焊接技术的关键及实施过程

经过工程实践研究，本文总结了超低温厚钢板焊接技术的关键要点：先进的加热保温措施、焊接顺序和安装顺序的合理性以及焊接工艺的优化。

2.2.1 焊接前的准备工作及预热工作

焊接前，应该做好以下准备工作：（1）采用高性能实芯焊丝，同时进行保温和烘焙，以防止焊缝在低温环境下产生冷脆的现象。（2）搭防护棚，为焊接工作提供一个相对密闭的空间，保证焊接环境热量最大化。

焊接前的预热工作：焊接前，采用电加热法对钢材进行预热处理，焊接前清理焊缝间的杂质以保证焊接的质量，根据钢材的不同厚度选择不同的加热温度，在焊缝坡口两侧120mm内的范围进行加热。

2.2.2 控制焊接层温

通过加热、保温、红外测温仪监测等方式，保证焊接层温度保持在120～150℃。当焊缝需要重新预热时，加热温度应相应提高20～30℃。

2.2.3 焊后加热处理及焊后保温

焊接后，应立即实施焊后加热处理。可以提高接头温度，尽量保证焊接区域储热均匀，以最大程度消除焊接面层和根部的温差、远近焊缝的温差、横向焊缝上下部之间的温差等。

焊后保温：为降低热量散失速度，采用电加热设备将焊缝两侧的温度加热至200～250℃，保温60～90min；可加盖至少5～8cm的耐高温、保温性能好的保温棉，以阻止外界环境对焊接件的降温。

2.2.4 -30℃超低温厚钢板的焊接方向和焊接顺序

工字柱焊接顺序：当钢板为双坡口，厚度大于35mm时，应先焊接腹板，接着同步对称地焊接翼缘板，最后割除引弧板、打磨、探伤。当钢板为单坡口、厚度小于35mm时，应先焊接翼缘板，接着焊接腹板，最后割除引弧板、打磨、探伤。

十字型柱焊接顺序：先对称焊接腹板，再对称焊接翼缘板，整个过程循环进行（每个循环焊接的厚度应控制在20mm以内），保证焊接应力不会破坏根部的焊缝，直至完成焊接工作。

钢梁的焊接顺序：钢板的两端不可同时焊接，待一侧焊缝冷却至常温时，再进行另一侧的焊接。

2.2.5 超低温厚钢板焊接的应力控制措施

在焊缝两侧设置约束板，以减小焊接的收缩变形，其位置可根据工程实际灵活设置。可以适当增加约束支撑，以最大限度减少焊接残余变形；采用零件整平、超声波振动、振动时效法等方法释放焊后残余应力。

3 -42℃环境下钢结构手工电弧焊焊接工艺

本项目是在蒙古国巴格诺尔进行，室外最低温度可达-42℃，需完成342t钢结构焊接拼装任务。

3.1 焊接材料及焊接工具

焊接材料：（1）根据设计要求，选择适宜的电焊条，并进行相应的保温和烘焙处理，严谨采用生锈、脱落的焊条，且忌酸碱焊条混用；（2）在进行坡口连接时，应采用引弧板。焊接主要机具：焊钳、电焊机（交、直流）、氧乙炔焊枪、焊条保温桶及烘箱等。

3.2 -42℃环境下钢结构手工电弧焊的焊接工艺

焊接前的准备工作：技术人员要熟悉施工作业图纸、施工技术、施工要求、施工目标、施工流程等，选择适宜的施工场地。焊接前，要根据焊件厚度，对焊材进行预热处理。可采用氧乙炔火焰烘烤预热厚度4mm以上的焊件，预热温度控制在50～70℃之间，预热范围控制在焊缝周围小于100mm的区域内。

焊接过程中采用手工电弧焊焊接工艺。

焊后保温：焊接后，采用氧乙炔火焰烘烧对焊件进行保温，加热温度保持在150～300℃之间，保持1～2小时，以有效避免焊缝处产生裂纹、脆断等现象。焊缝进行预处理后，采用毛毡进行围护，防止热量散失。再者，应将氧气瓶和发生器设置于暖棚中或者利用温水、毛毡等进行保温措施，以防止氧气瓶和发生器出现结冰情况而影响产品质量。

3.3 焊接质量检查及注意问题

对焊缝的质量检查：完成焊接工作后，要检查焊接质量，发现问题时，要迅速采取相应的措施进行修补工作。

焊接应达到以下标准。第一，焊接材料应符合相关标准及设计要求，进行焊接工作的焊工应具备相应的资格证书，经考试合格上岗操作；采用超声波技术进行探伤检查，焊接的质量应符合超低温钢结构焊接的质量标准。第二，焊缝表面应平整、光滑、美观，焊缝不得有夹渣、表面气孔、焊瘤、裂纹、电弧擦伤、未焊满、咬边等缺陷；焊接后的焊件的焊接允许偏差，但应满足允许偏差项目参数表的各项指标。第三，焊接后的焊件应注意采取相应的阻止降温的措施，禁止在焊后撞砸接头，禁止在焊缝外母材上引弧；需隐秘的焊缝应经过相应的质量验收后再进行隐蔽加工。第四，应严格控制焊接部位的相对位置尺寸，保证所焊接的焊缝长度、宽度、厚度均在设计要求范围内。第五，应采用核实的焊接流程和焊接工艺参数，并在规定的时间和温度下对焊件进行加热和烘焙；焊接过程中，不允许随意搬动焊件，要彻底清理干净焊接区域，以避免焊缝出现裂纹和表面气泡。第六，当进行多层焊接作业时，应及时处理干净焊缝中的杂质；采用手工电弧焊焊接工艺时，要按照正确的流程进行操作，采用合适的焊接弧长，注意熔渣的流动方向；当采用的焊条为碱性时，应保证熔渣向后流动。

4 结语

以上工程实践，皆是对低温环境下钢结构焊接技术的探究，并取得了成功。通过加热保温、改善环境及焊件实际温度、焊接顺序和安装顺序的合理布置、焊接工艺的优化、焊后加热及保温措施的实施、焊接措施的强化等，有效降低了钢结构在低温环境下产生的残余应力及焊接变形，有效抑制了温度对钢材性能的改变。这些先进技术的探究，为钢结构在寒冷地区的施工提供了理论和实践依据，为提升质量、缩短工期提供了有力保证和参考价值。

参考文献

［1］中华人民共和国建设部.GB50017-2011钢结构设计规范［M］.北京：中国计划出版社，2003.

［2］中华人民共和国建设部.JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程［M］.北京：中国建筑工业出社，2002.

Welding of Steel Structure in Super Low Temperature Environment

ZHU Zhiwen，JIANG Xiaobin
（Hunan chemical engineering， Career Technical College，Zhuzhou 412000）

Abstract:It is difficult to use conventional welding technology for steel structure welding in cold area. This paper mainly introduced under the condition of super low temperature steel structure welding construction technology， contains 30 DEG C environment under thick plate welding construction technology and 42 DEG C under the environment of steel manual arc welding technology the successful experience， to provide some theoretical and practical basis for further research.

Key words:ultra low temperature， steel structure， welding