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摘要：在国内建筑工程中,钢结构作为建筑结构主体结构框架,具有绿色环保、空间大和强度高等特点,在网架结构和塔桅建筑、超高层建筑以及大型工业厂房中等建筑工程中得到广泛应用。随着建筑结构超高层化和大跨度化,高性能钢材应用增多,分析和讨论建筑钢结构焊接生产效率,对于提高建筑工程质量和效率具有重要意义。
关键词：建筑工程；钢结构；焊接
焊接技术在钢结构制作中有着广泛的应用。钢结构焊接时因为焊接区域存在局部收缩以及应力作用从而导致了焊接变形的出现。焊接变形使钢结构尺寸、质量、安装精度等有非常严重的影响。所以必然要求深入研究建筑工程中钢结构焊接，并有效的控制钢结构的焊接变形。
1 高效焊接技术应用
早期建筑钢结构主要采用焊条电弧焊,效率低下,且对焊工经验和技术依赖程度高。提高焊接生产效率,一方面提高热输入率,另一方面提高自动化程度。采用钢强度一般在195-420MPa之间,由于大跨度桥梁结构和超高层建筑结构,高性能钢在建筑钢结构中应用,高强钢因减少自重和工时。自20世纪80年代,高效焊接方法开始推广使用。如电渣焊、多丝埋弧焊、CO2气体保护焊等引入钢结构焊接生产,双丝贴角埋弧焊的H型钢生产线,焊接规范参数稳定,焊接缺陷如气孔以及裂纹比例低,焊缝成形美观,极大地提高了钢结构生产效率和产品质量。
埋弧焊特别是双丝、多丝埋弧焊显著提高热源效率,熔深浅,焊接缺陷少。但由于热量输入大,开裂敏感性增大。特别是对大跨度钢结构中,大厚度柱梁结构为高强钢材料时,裂纹敏感性显著增加。对于厚板钢结构,制定焊接工艺时,将焊接热输入作为要点,只要控制合理,箱形钢柱、梁结构外板厚度达到数十毫米和超高层钢柱节点处钢板厚度达200 mm。双丝大电流埋弧焊工艺,两根焊丝总电流值可达4000A,一道焊接即可完成。试验表明,焊接国产Q420及以下强度各钢种单丝或多丝埋弧焊可以保证焊接质量。
尽管埋弧焊的高效化和自动化,在电弧稳定性、焊接工艺参数稳定性以及焊接质量等方面具有无可比拟的优势。然而,建筑钢结构形式多样,除了集成化钢结构建筑,大部分钢结构构件都缺少单一化标准,使智能化焊接方法焊接效率难以充分挖掘,半自动的CO2气体保护焊接为主,成为钢结构生产效率瓶颈。
示教型焊接机器人具有自动送丝、自动行走以及焊枪位姿调节,大大提高了焊接效率和质量。然而,局限于建筑钢结构的多样化非标件,如普遍采用的H形牛腿结构,在某公司2018年牛腿结构统计数据中占比80%以上。示教过程中轨迹和位姿编程时间占比大,几乎达到整个焊接时间的30%-40%,机器人整体焊接效率与人工焊接效率相当。通过对牛腿参数化设计,建立不同焊缝坡口形式对应焊接工艺参数数据库,离线编程模拟最小截面H形牛腿和最大截面H形牛腿机器人运行轨迹和焊接位姿,以及机器人参数化编程界面设计,实现了不同规格牛腿示教自动焊接,将参数化编程时间占机器人焊接时间比例降到了5%-20%之间,大大提高了非标H形牛腿接头结构焊接效率。
2 优化建筑工程中钢结构焊接的措施
2.1 优化钢结构的焊接工艺
钢结构件焊接工艺包括预热、焊接过程与矫正三个流程。变形法、预拉伸法以及钢性固定法是在钢结构焊接过程中比较常用的方法。从钢结构件的实际选择合适的方法。比如在钢结构件尺寸比较大的情况下，一旦发生焊接变形无疑对于成品整体质量的影响非常大，所以，合适的预热方法是反变形法，就是事先从材料的特性出发，对钢结构的焊接变形量进行计算，同时在进行预热以前通过反向变形使焊接过程中出现的焊接变形量被抵消。钢结构焊接过程中，选择预热的主要目的是尽可能的使焊接应力降低。预热方法的选择需要结合焊接材料，预热时间的确定则应该和焊接材料的性能、当时的气温等进行综合考虑，确保焊接过程中能够均匀的传递热应力，实现对焊接变形的有效控制。
2.2 妥善控制钢结构焊接时的散热
钢结构焊接时焊接材料的温度上升非常快。如果不能均匀的传递热量，温度变化不均匀就会导致钢应力不能均匀传递，从而出现焊接变形。通过对钢结构焊接时有效的控制散热，使焊接的温度变化保持均匀。通过现代化科技手段妥善处理好钢结构焊接过程中的散热，使钢结构焊缝周围热量能及时散开，从而降低焊接变形的发生。通过控制散热的方法进行钢结构焊接变形的控制，工艺比较复杂，然而其控制焊接变形的效果比较显著。
2.3 合理确定钢结构件的焊接的顺序
从钢结构件结构出发明确焊接的顺序。如一般大型容器底板由若干钢板拼接而成，存在着横向与纵向的焊缝。焊接过程中，可让焊缝自由的收缩，从而使焊接时钢结构的约束力减小，进而焊接应力减小。铺设底板的目的是能够使底板尺寸、形状等满足要求，所以对于焊接顺序要合理确定。一般的底板排版包括丁字形排版、条字形排版、人字形排版以及分块排版等。
2.4 消除焊接的开裂及残余变形
钢结构的焊接过程中，温度、钢结构材料、焊接环境、焊接工艺等多种因素都会导致焊接变形。加热矫正导致的应力和钢结构焊接应力相叠加，应力的同向叠加会造成钢结构件的应力过大，超过设计要求，从而破坏了钢结构，在钢结构焊接中将焊接残余变形去除，提高钢结构的性能。要高度重视钢结构焊接质量，在第一时间内截留存在焊后开裂风险的钢结构件并进行修复，防治焊后开裂的钢结构件流入下一个工序。实践证明，现阶段一部分钢结构在焊接变形的原因是因为焊接操作者的操作流程不规范，焊接工艺不规范等，造成焊后开裂。
2.5 优化钢结构的焊接流程
钢结构在焊接过程中，要尽量避免两个焊接钢结构件的厚度存在较大差异的现象，尽可能选择一致的焊接材料。钢结构开始焊接前，一方面要重视预热，另一方面需要实施焊接预实验，即将焊接的电流、电压调整好后，在闲置的材料上开展预实验焊接，当保证无误后，再开始在钢结构上进行正式的焊接，以避免初始电流过大时直接焊接使材料穿透的问题。一旦在钢结构焊接的过程中出现裂纹，焊接人员必须立即停止焊接，检查焊接点位置，确保没有出现偏差。经调整后，继续焊接，同时对于焊接裂纹要补全。
2.6 配备专门的焊接技术人员
钢结构焊接技术人员包括焊接操作员与焊接检验人员。焊接操作员进行钢结构的焊接工作；焊接检验人员对钢结构焊接的外观进行检查，进行无损探伤等。通过培训，提高焊接技术人员的理论水平与实际操作能力，从而为有效控制钢结构焊接变形提供保障。
3 结语
本文分析了高效焊接技术在建筑钢结构生产中的应用,模块化设计和建筑是焊接机器人数字化应用的关键。而焊接变形控制对于提高焊接生产效率具有重要作用,除了经验积累的规则结构焊接顺序控制,数值模拟方法可以非对称结构的焊接变形预测和反变形量进行有效预测,进而进一步提高焊接生产效率。
参考文献
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