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摘要：近年，随着社会经济高质量的快速发展，我国城市建筑规模和建设质量都得到了很大的提升。与传统混凝土结构相比，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过程能中被广泛的应用起来。但是在工程现场中其中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，还会破坏钢结构的一些性能以及使用寿命。在此过程中现场环境对钢结构焊接质量具有很大的影响，若是焊接环境差，就会导致焊接出现问题，因此必须了解钢结构焊接现场环境特点，之后再分析各环境因素会对钢结构焊接影响，然后对其采取措施，以便于对钢结构焊接的质量有所保障。因此文章中阐述了焊接环境特点、分析了环境因素对焊接质量影响及采取的一些措施等，从而使得钢结构焊接的质量受现场环境的影响不太明显，以及对影响钢结构焊接质量的相关因素进行深入地分析探讨，并在此基础上提出针对性的解决对策，从而为技术人员工作的展开提供一定的参考和建议。
关键词：施工现场环境；钢结构；焊接质量
引言
钢结构的施工过程中离不开焊接技术的支持。钢结构工程对于焊接技术有着很高的要求，高效的焊接措施，规范的焊接操作，从根本上保证了焊接工作的整体质量。做好钢结构的焊接质量工作，需要从多个方面入手。主要包括技术人员的操作水平、焊接参数的科学设置、焊接前的模拟操作、施工中设备的调试及对原材料的质量检验等。除了这些主要的影响因素外，良好的施工现场环境同样对于钢结构的焊接质量同样起着重要的影响作用。施工现场环境的恶劣，很容易造成重大的安全责任事故。因此，创造良好的施工现场环境，将有利于提高钢结构整体的焊接质量。
1当前形势下钢结构施工现场焊接环境综述
钢结构的施工主要是指将已经生产加工好的部件，需要按照一定的次序进行放置。通过相关设备的辅助作用，准确地安放到预定的位置，然后通过一定的测量固定，按照实际的要求将所有的部件集成一个完整体系结构的过程。具体的操作方法和钢结构工程的本身特点，对于施工现场焊接环境提出了更高的要求。主要体现在：（1）高温、能见度低、施工现场整体居住条件差、频繁地野外作业；（2）施工位置流动性较大，高空作业开展次数较多，但施工空间狭小；（3）施工环境人口密集、障碍物较多，很容易受到一些不确定因素的影响。由于施工材料的随意堆放，也对现场的环境造成了一定的污染；（4）焊接作业区的温度极高，加上相关结构部件的导电特性，容易对操作人员造成一定的身体伤害。这些表现方式基本概括了施工现场焊接环境的全部特点。通过特点的具体分析，可以看出钢结构施工现场的焊接主要包括：①由于焊接接头自身的性能特性，加上焊接技术及焊接设备的相关影响，对于焊接接头质量的环境有着一些特殊的要求；②由于施工位置的不固定性，需要操作人员进行高空作业，这很容易对施工人员的身心健康造成一定的影响，尤其是心理方面的承受能力。这些由于环境因素造成操作人员在施工过程中心理压力过大，也很容易导致钢结构的焊接质量。因此在焊接过程中，焊接应力以及变形大多是不可避免的。它们对焊接结构的尺寸精度有着直接的影响，对焊接接头的强度有着直接的影响，需要付出很多的人力、物力对其进行矫正，甚至还会使构件报废出现。同时，焊接应力、变形会使今后应用钢结构过程中的承载能力产生不小的影响。对于焊接变形和残余应力来说，它们是在同一构件中的两种能量的不同形式，对同一构件不同形式的能量服从，与能量守恒定律相符合；两者之间相互作用、互作影响和转化。因此，对于技术人员来说，一定要对焊接变形、应力出现的原因、规律以及影响因素等进行了解和掌握，从而能够在安装时有效的对焊接质量进行控制。
1.1 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。
2 建筑钢结构施工现场焊接环境特点
在现场钢结构施工内，钢结构露天焊接施工以人工操作为主，在建筑施工中常见的焊接技术包括电弧焊、二氧化碳保护焊、栓塞焊等。其中手工电弧焊是钢结构焊接常见的方法，钢结构施工现场管理采用项目经理负责制。但是项目管理人员的水平、素质和技术不一，也就导致对钢结构现场施工环境的防控能力各不相同。在露天作业时，很容易受到高温高寒、雨雪大雾等恶劣天气的影响，夜间施工则受到能见度的影响。在高空作业时危险系数高、操作不便、工位流动性大、作业空间小，施工工序控制困难，也不能完全保证钢结构焊接所使用的材料、设备不会受到环境的污染。在带电、高温的条件下施工，由于钢结构本身具有导电性，焊接时就可能受高温影响而出现热辐射。从上述分析来看，钢结构焊接环境包括能直接对钢结构焊接质量产生影响的理化环境以及对焊接设备、材料等性能产生影响，使焊接工艺不稳定继而间接影响焊接质量。因此，必须加强对影响钢结构焊接质量的现场环境因素进行分析，探讨应对施工现场环境因素的对策方案，采取有效防范措施，进而有效保障建筑工程钢结构焊接施工的质量。
3 影响钢结构焊接施工质量的现场环境因素分析
3.1 施工现场附近温度
在建筑工程钢结构施工中，现场温度会直接影响钢结构焊接时传递出来的热量的速度，进而对钢结构焊接熔池的结晶速度产生影响，对焊缝组织产生影响，进而影响钢结构的焊接质量。在焊接时会出现理化反应，当受到施工现场温度因素的影响后会使焊接接头的性能发生改变，直接影响工程施工的质量和安全。因此必须通过一定的试验确定该温度下操作时的设备的工作参数，并进行一定的预热处理。需要低温处理的钢材，通过对其焊接过程中采用的方法、接头的形式、焊接点的位置、原材料的组成、材料的厚度等进行相关的分类统计。实际施工的过程中，采取的措施必须符合行业的相关标准，所有措施应用的前提是可以控制好焊接作业区的温度。这些措施主要是指预热处理的温度、试验的类型和内容、焊接设备的性能参数、焊接中的防护措施、焊接后的处理措施等应该达到一定的技术要求。
3.2 施工现场附近湿度
在焊接时，在氢元素的作用下会产生一系列化学反应，这些化学反应会对焊接接头的性能产生严重影响，尤其同时受到高温和湿度的影响，使氢元素快速溶解在焊缝中从而加快钢结构产生裂纹的速度。在钢结构焊接时若附近空气氢元素浓度较高就可能会出现焊接接头裂纹甚至断裂的情况，直接对焊接接头的质量产生不利影响。这主要是考虑到天气的好坏对于施工的影响。一般的建筑管理部门要求焊接作业区必须配备具备防雨、防风及其它保暖作用的工具。通常是选用防护棚。防护棚的设计要求首先是要保证安全性和耐用性，符合焊接作业的要求。一般是采用架管做支撑，外部挂三防布，内部配备钢板，底部的材料选用不易燃烧、隔热效果良好的材料。除此之外，焊接作业区也应该配备一块紧急的用来盖焊缝的防护材料，比如石棉布、防水性较好的铁皮等。
3.3 施工现场附近风力
钢结构焊接施工是一个动态变化的过程，在野外施工时很容易受到野外大风的影响，当风力越大时钢结构焊接的稳定性就越差。这是因为在大风天气，必定会对人、机、料及其构件的稳定性产生不利影响，对人工气保焊施工的工艺稳定性产生影响，使焊缝成形较差。同时在大风中还会和温度、湿度等因素相互作用，同时影响钢结构的焊缝。在风速变大时会加快焊缝冷却的速度使融合区组织变为马氏体组织，进而加大了焊缝的硬度，提高裂纹出现的概率。
（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 环境因素造成的焊接缺陷及其形成过程
4.1 气孔
气孔主要分为氢气孔和CO气孔。他们的存在往往会使焊接面的有效面积减小，而且还会导致焊接材料的强度和韧性降低。（1）氢气孔。氢气一般像喇叭口一样存在于焊缝表面，气孔四周是光滑的内壁，当 焊缝表面有水分或者环境湿度较大时，焊 接点冷却速度加快，使得来不及上浮的氢元素停留在焊缝中，从而形成氢气孔。（2）CO气孔；金属自身的C元素与金属氧化物在加热时分解出来的O元素合成C O 气体，同样当气体的上浮速度小于结晶速度时，导致气体沿着结晶方向形成条虫状的气孔，这就是CO气孔。
4.2 裂纹
裂纹主要有三种类型，包括冷裂纹、热裂纹、层状撕裂。裂纹不但能够使得结构承载重量的能力降低，还会集中应力，严重时会使得结构断裂，造成危害。所以裂纹是钢结构焊接质量中存在的最大的问题。下面介绍各裂纹的影响：（1）冷裂纹。冷裂纹一般分布于热影响区，其形成主要与钢材的材料性质有关，如钢材的淬硬性、节点的拘束度及接头含氢量等，而且冷裂纹通常会延迟出现在冷却后。钢材淬硬性就是看马氏体组织的含量，而钢材的板厚、冷却条件及焊接工艺一般都会影响钢材的淬硬度。焊缝节点一般在 寒冷季节冷却速度较快，导致马氏体组织的含量增多。冷裂纹之所以会出现延迟现象，主要是因为H元素的存在，所以含H元素的物质都可能会使得延迟性冷裂纹的出现。（2）热裂纹。热裂纹的出现主要是因为钢材中S、P等杂质含量过高，导致低熔点共晶物形成，然后使得冷却速度加快，晶间的结合力形成速度较慢，就会导致热裂纹的产生。（3）层状撕裂。这种裂纹经常会在使用中出现问题，因为它事先无法用无损伤探测方法检验出来。经研究发现，这种裂纹的出现与氢元素有关。出现层状裂纹的位置主要有三处：厚板结构的T型接头、十字接头和角接接头。
4.3 残余应力和变形产生残余应力和变形的原因是内应力大于钢材的屈服应力。这种现象出现的原 因主要与焊接过程和材料本质有关，其因素主要包括焊接过程加热不均匀、节点刚性等。结构承载力和结构尺寸是受这两者影响的。
5 加强对钢结构焊接现场施工环境因素的控制措施
5.1选择合适的焊接材料
第一，母材所选择的钢材需要具备强度好、塑性好、韧性好、疲劳性好、可焊性好的特点，这样才能保证后续的焊接质量。焊材的选择应遵循等强度、等韧性以及等成分的原则，使所选择的焊材与被焊的母材有较好的相似性。如果在焊接厚板的过程中，因为焊接材料的冷却速度较快而出现较大的焊接应力，会导致焊接材料出现裂纹。为了避免裂纹的出现，需要进行焊前预热以及焊后缓冷，改变焊接接头的结构，完善焊缝的性能，提高HAZ的效果。第二，对形状较为复杂或者对厚度较大的钢结构工程进行焊接，应当选择抗裂能力较强的低氢型焊条。这是由于焊接的金属在冷却的过程中，会产生较大的收缩应力，因而导致焊接材料出现了裂纹。选择合理的施焊顺序可以使焊缝所产生的收缩力被平衡，即在焊接时产生的收缩力会与已经焊接结束某个位置的收缩力相互抵消。利用锤击法也可以消除收缩应力，在锤击时应遵循“三点锤，三点不锤”的原则，避免出现变形的状况。第三，当对低合金钢进行焊接的过程中，如果这些低合金钢的强度有所不同，可以根据实际的焊接材料中强度较弱的一种，能够保证最终焊接的质量，提升钢结构工程的最终质量。第四，当在钢结构工程的焊接过程中，会受到外界部分条件的影响而无法完成翻转的问题时，需要选择能够进行全位置焊接工序的焊条。
5.2确保焊件区装配质量
在焊件区外源等约50mm内出现的毛刺、污物或者铁锈等杂物必须要清理干净，可以有效避免出现焊接气孔。焊件区的装备间隙需要保证在一定区间内，定位焊缝的长度应大于40mm，厚度应大于3mm，间隔距离需要在300mm到600mm之间。定位焊缝如果出现裂纹或者夹渣问题时，务必要完全清理干净。引弧板的材质应按照母材的材质进行选择，选择于母材相同的材料，焊缝的坡口处形式一样，长度需要符合相关规定。应使用气割的方法拆除引弧板，不能使用锤子击落引弧板，会损伤焊缝的端部位置。对接焊缝于角焊缝之间不能处于交错状态，并且两者距离需要大于50mm。每个构件中只能有一个接头存在，需要注意对接是应当加垫钢衬垫，宽度大于30mm，保证与管壁有较好的贴合度，管子需要设置坡口和2mm到3mm之间的间隙。
5.3焊接操作要点以及注意事项
①在焊接过程中，严禁在任何焊件表面进行引弧，更不可以进行电流试验，以免对钢结构的整体焊接质量造成影响。②对钢结构进行组装焊接时，如果采用的是点固焊，必须保证选用的焊材、焊接工艺以及预热温度都能够与施焊要求相符，长焊缝的点固间距应当控制在150～300mm，点固焊缝的长度则应控制在30～50mm，且厚度不得小于4.0mm。③要保证型钢对接施焊的顺序合理，以此来降低焊接应力的产生，避免变形问题的发生。如果没有加固板，必须采用双面焊进行焊接。钢柱及钢梁的对接焊缝，应当由两名焊工在对称的位置处进行施焊，焊接顺序如下：先对腹板进行焊接，然后再对翼缘板进行焊接。翼缘板的对接焊可以采用逆向分段的方法进行焊接，对厂房立柱的翼缘板进行焊接时，为避免变形，可以使用螺栓对腹板进行临时固定，当立柱对口完毕后，应及时对上柱头进行紧固，以免碰撞影响焊接质量。
结语
施工现场环境对钢结构的焊接质量有着举足轻重的影响，施工单位全体员工必须给予高度重视。避免施工现场的环境对钢结构焊接质量产生危害。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。同时为了更好地使施工工人有质量的完成焊接工作，他们还必须注意钢材本身所带有的缺陷。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。
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