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分析施工现场环境对钢结构焊接质量的影响李敏

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：李敏

[导读] 摘要：随着时代不断进步与城市化进程的加快，各项工程建设规模不断扩大。

        山东光磊钢结构工程股份有限公司山东济宁 272100
        摘要：随着时代不断进步与城市化进程的加快，各项工程建设规模不断扩大。与传统的混凝土结构相比，钢结构焊接施工具有工厂化施工、施工周期短、操作简便、后期维护方便以及环保等优点，得以在建筑工程施工中被广泛应用。但是钢结构焊接施工会受到施工现场环境、焊接施工工艺装备的影响，不仅会降低焊接效率，还会破坏钢结构的性能和使用寿命。文章将结合钢结构焊接特点对影响钢结构焊接质量的施工现场环境因素进行分析，在此基础上提出针对性的解决对策。
        关键词：施工现场环境；钢结构焊接；影响；质量控制
        引言
        钢结构的焊接质量直接影响着产品的质量合格率的高低，是产品质量的重要保证。对钢结构的焊接质量和工艺进行具体分析和研究，能够提高产品合格率，降低企业生产成本，使企业高效发展。
        1钢结构焊接施工现场的环境特点
        钢结构焊接作业主要以手工操作为主，常用的焊接方法有手工电弧焊、CO2保护焊和栓塞焊，其中手工电弧焊是比较常用的一种，其他两种只有在特殊情况下才会使用。施工现场环境的特点主要是由钢结构的结构特点及安装工艺方法决定的。一般做焊接作业时，通常会在严寒风雪等恶劣的气象环境中作业，夜晚等可见度较低的情况下施工作业的情况也比较频繁，而且焊接工作位置一般都具有不定向性，往往操作空间也会受到限制，甚至有时候施工人员还要冒着被辐射及被电的危险进行焊接作业等，有时还会因为交通不方便而导致现场堆放的材料较多，使得各工序的成品与半成品之间存在污染情况。所以施工现场环境的主要特点有：（1）露天操作，野外施工；（2）高空作业，施工流动性比较大；（3）多工种交叉作业，多障碍环境作业；（4）带电作业，高温作业。因此，可以将焊接环境分为两类：理化环境和劳动环境。理化环境又分为两类：一种是可以直接影响焊接的质量的环境，另一种是通过焊接设备、焊接材料等直接影响焊接的质量的环境。而劳动环境是通过影响施工人员的健康、安全、心理等来间接影响焊接的质量的环境。因此理化环境是直接影响焊接质量的，而劳动环境属于间接因素。
        2建筑钢结构焊接的难点
        首先，受到施工环境的制约，钢结构在焊接过程中也出现了不少困难，尤其在高空或环境恶劣的条件下进行焊接施工，结构体型、节点位置和节点构造的特殊性使得现场钢结构焊接操作点增多、焊接面广泛且内容繁多，更是加大了高空钢结构焊接的困难。其次，钢结构节点焊接施工时，受拘束应力的影响，焊接接头容易出现质量缺陷，加上节点施工复杂、板厚逐渐加大，结构特殊造型以及焊接接头刚性拘束应力大等，出现了双向和三向应力，也加大了焊接接头裂纹、层状撕裂的概率。由于新的钢材品种出现，现场焊接施工工艺并不完善，很多技术人员还没有完全掌握新的施工技术和工艺，加上本身工作经验欠缺、能力有限，很难保证焊接工程没有任何质量问题出现。对于铸钢和低合金高强钢的厚板焊接，因为钢材的淬硬性大、对裂纹的敏感性较大，所以更容易出现焊接缺陷。而预热保温工艺的不完善，对现场钢结构焊接质量控制措施力度不够，没有统一的可行性强的执行评定标准，没有对节点焊缝进行超声波无损检测探伤，就会使钢结构焊接质量缺陷长期存在。
        3影响钢结构焊接质量的环境因素
        影响钢结构焊接质量的理化环境因素主要是指空气的温度、湿度和风力，其次是指焊件坡口区域的清洁程度。其中温度的影响效果最直接、后果最严重，也最难控制；湿度次之；风力可在局部小环境内得到控制；坡口区域的清洁程度容易保证。这些环境因素在焊接质量的形成过程中所起的作用有所不同。（1）空气温度直接影响焊接热循环过程、焊接熔池冶金化学反应程度、焊缝和热影响区金相组织转变、合金元素和应力的分布，最终影响焊接接头的质量和性能。其次空气温度也影响焊接设备的工作性能。

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（2）空气湿度对焊接质量有影响，是因为水分是氢元素的主要来源。而氢元素直接参与熔池的冶金化学反应。氢元素的溶解度和扩散速度随着焊缝金属的结晶、组织转变不断发生变化。氢元素的含量和分布直接影响焊接接头的脆性转变和延迟裂纹的发生发展，对焊接结构的质量和安全危害极大。（3）风力即焊接区域空气的流速。主要是影响焊接电弧形态和气体保护氛围的工艺稳定性；其次与温度共同作用影响焊缝冷却速度，从而影响焊接热循环、冶金化学反应程度、接头组织转变和应力分布。（4）焊接前坡口区域存在的水分、油漆、铁锈等污染物，含有C、O、H等化学元素。在焊接加热时，直接参与冶金反应，改变了正常的化学反应成分和元素含量，增加了焊接接头产生缺陷的机率。
        4加强对钢结构焊接现场施工环境因素的控制措施
        4.1规范钢结构焊接工作区域的施工环境
        施工现场温度、湿度、风力等都会对钢结构焊接质量产生不利影响，因此必须加强对钢结构焊接区域施工环境的规范化。结合以往工作经验、对钢结构焊接规范、技术的要求以及实际建筑工程施工特点，必须对电弧焊接施工的控制、工作区域空气湿度的控制、施焊区域的风力控制以及对工作区域附近温度的控制。首先，应规范电弧焊接的速度，严格按照技术要求控制手工电弧焊接的速度在250mm/min左右。其次应加大对焊接工作区湿度的控制，工作区的湿度应不大于外界空气湿度的80%。应尽量保持在恒温状态下进行焊接施工，同时要避免在焊接工作区出现污水、杂物等在污染物，避免对焊接材料和设备的污染，继而影响钢结构焊接的质量。
        4.2完善钢结构焊接施工相关防护措施
        必须结合施工现场具体气候条件做好相应的防护措施，一般要求设置防雨防风防火、保暖等设施，搭建安全系数高、耐用性强的防护棚是保障钢结构焊接施工安全开展的基础，一般情况下焊接工作区的防护棚由架管支撑，外部需挂上三防布，内部应设置钢板，底部则应采用防火性能和隔热性能较好的材料进行建设。在钢结构焊接工作区应配置各种应对紧急情况的用于盖住焊缝的防护用品。
        4.3选择合理的焊接工艺
        合理的焊接工艺可以大大减小焊接变形的发生，从而进一步提高焊缝的焊接质量，提升钢结构的强度。一是选择膨胀率大的焊缝先焊接，而后是焊膨胀率小的焊缝；二是选择合适的焊接顺序及方向。如果是在钢结构对称的情况下，应使用对称焊接的方法。三是使用反变形方法提高焊接质量。在进行焊接前留出同焊接变形相反的预变形量，可以有效地避免大变形量的发生。四是要保证受力较大的焊缝在受热后具有一些伸缩量，必须选择受力大的焊缝先焊接，然后焊接受力小的焊缝。五是使用高温回火的方法减少变形，也被称作高温退火。六是在焊接前进行预热。具体方法是把焊接件的局部进行加热（温度应保持在100-300℃之间），另外还要让焊接件在焊接后保持这个温度以相应的时间，这样做可以大大减少因温度变化太大而引起的焊接裂纹。
        结语
        施工现场环境客观上存在不稳定性，而工程结构材料、构件节点构造也在不断发展变化。对于各种焊接缺陷的影响因素，目前还只是处于定性分析阶段，对于预防和消除各种焊接缺陷的有效措施，也还是采用工艺试验和工程经验相结合的办法。因此，对于特定施工环境下的焊接工艺参数、质量控制和安全防护措施还需要广大工程技术人员不断创新和逐步完善。
        参考文献：
        [1]张小强.油气管道焊接质量分析及控制.化工设计通讯，2019（09）.
        [2]陈建平，赵新峰，常洪春，等.油气管道施工焊接质量管理措施.电焊机，2019（11）.
        [3]黄丽秋.现场环境对钢结构焊接质量的影响.科技创业家，2019（9）.