新技術在鋼結構焊接中的應用

鑄鋼及鑄鋼節點的焊接技術：

鑄鋼節點因其具有良好的加工性能、復雜多樣的建筑造型等性能，目標在一些大跨度空間管桁架鋼結構中開始逐步推廣使用，特別是在處理復雜的交匯節點上，鑄鋼節點有著得天獨厚的優勢，然而，由于鑄鋼一般碳當量較高，雜質尤其是S、P含量難以控制，同時鑄態組織晶粒粗大，導致鑄鋼的焊接性較差，對焊接工藝的要求很高，主要是減少殘余應力，防止焊接裂紋的產生。

目前鑄鋼節點已在一些鋼結構工程中成功使用，如廣州會展中心巨型桁架鑄鋼支座，國家體育場（鳥巢）桁架柱鑄鋼節點，特別是天津經濟技術開發區雕塑，創造了鑄鋼件焊接的板厚之最，該雕塑是為天津開發區建區20周年紀念而建造的標志性建筑，是天津開發區2004年重點工程之一。設計采用雙螺旋線構成的直紋曲面板，主體標高50米，雕塑主體分為7段在現場進行拼裝，鑄鋼材質采用GS-20Mn5N（DIN7182），板厚由下至上逐漸變薄，最厚150毫米，最薄20毫米，厚度變化處漸變處理，總用鋼量達350噸，該工程在鑄鋼特種結構的設計、安裝及焊接方面形成了一整套技術新工藝，填補了國內超厚板鑄鋼結構的空白，標志著我國在鋼結構鑄鋼節點的焊接上達到了一個新的水平。

低溫焊接技術：

目前，建筑鋼結構的冬季施工越來越普遍，由于焊接作業環境對鋼結構的焊接質量影響很大，冬季負溫焊接技術對焊接質量的控制尤為重要。《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ81-2002）規定：焊接作業區環境溫度低于0攝氏度時，應根據鋼材、焊材制定適當的措施；而日本建筑學會《鋼結構工程》（JASS6）規定的最低施焊溫度為零下5攝氏度。
   （1）環境溫度對焊接造成的影響有以下幾點：
     ①焊接接頭冷卻速度增加，冷裂紋敏感性也增加；
       ②預熱效果變差，在低溫環境下用相同的熱源，相同的時間，不能達到應有的預熱效果；
     ③焊接殘余應力的作用加劇；
     ④環境溫度對焊工的操作帶來不利的影響。
  （2）低溫焊接措施：
       ①優選焊材：在低溫環境中，應盡量選擇低氫或超低氫焊材，對焊材嚴格執行烘焙和保溫措施；
     ②焊前防護：在焊接作業區域搭防護棚，使焊接區域形成相對封閉的空間，減少熱量的損失，若無條件搭設防護棚，應該采取其他有效措施對焊接區域進行防護；氣體保護焊時，焊接氣瓶也應采取相應措施進行保溫；
     ③預熱與層間溫度：低溫環境下的預熱溫度應稍高于常溫下的焊接預熱溫度，加熱區域為構件焊接區各方向大于或等于二倍鋼板厚度且不小于100毫米范圍內的母材，焊接層間溫度不低于預熱溫度或標準（JGJ81-2002）規定的最低溫度20℃(兩者取高值)；
     ④加大定位焊時的熱輸入：適當加大定位焊的熱輸入，增大焊縫截面和長度，并采用與正式焊接相同的預熱條件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧時弧坑一定要填滿，可以有效減少由于定位焊接引起的收縮裂紋；
     ⑤采用合理的焊接工藝：盡量使用窄擺幅，多層多道焊，嚴格控制層間溫度；
     ⑥焊接后熱及保溫：焊接后及時對焊接接頭進行后熱保溫處理，可以有效控制t8/5，利于擴散氫氣的逸出，防止由于冷速過快而引起的冷裂紋，同時適當的后熱溫度，還可以適當降低預熱溫度。

總之，鋼結構低溫焊接施工前，一定要根據實際情況做好焊接工藝評定試驗，必要時還要針對具體鋼種進行低溫焊接性試驗，作出適合的焊接工藝指導書以指導實際焊接。在低溫環境下，對焊工操作的不良影響也應給予足夠重視，一般環境溫度不宜低于－15℃。

近年來，低溫焊接技術在國內尤其是北方建筑鋼結構中得到廣泛應用，從普通低碳（Q235）到低合金高強鋼（如Q345,Q420）都有應用，也積累了相當豐富的經驗，極大豐富了我國鋼結構的焊接技術。