钢结构工程冬季施工焊接质量措施研究

钢结构工程冬季施工焊接质量措施研究

张涵、王清、李维宇、聂垚、王迪

中国建筑第六工程局有限公司,天津 300451

摘要：低温焊接是钢结构施工中的关键技术问题，尤其在冬季施工中不可避免。本文针对低温焊接的质量问题，如焊缝裂纹和气泡等，提出了“预热后热、防风保温”低温焊接技术措施，有效解决了冬季低温环境下钢结构焊接无法避免焊缝裂纹的难题。为北方地区冬季钢结构施工质量控制提供了技术保障，为行业发展提供了技术参考和发展方向。

关键词：冬季施工；低温焊接；钢结构；质量控制

0引言

钢结构焊接是钢结构施工的各环节中最关键的环节之一。低温条件下，钢结构焊接的质量保证对工程质量愈发重要,为保证冬季施工整体施工进程,保障工程完工质量,对低温焊接避免焊缝裂纹的施工工艺技术的把握和推广十分必要。

1工程概况

本工程位落于北京市通州区,钢结构主要主要分布于结构外框，箱型柱与H型钢梁连接、箱型柱之间的连接均采用结合栓焊的模式。由于工期紧凑，钢结构外框施工完全处于冬季施工区间，期间该地气温最低达-20℃，且焊接截面面积较大。提高低温焊接质量，避免焊缝裂纹，是冬季施工的难点。

2冬季钢结构施工焊接难点

2.1预热效果不理想

在气温低于0℃的环境下，预热效果显著降低，难以达到预期的温度要求。即便在相同的预热条件下，与5℃以上的环境相比，低温条件下的焊接质量较差，焊缝部位的温度分布不均匀，从而影响了焊接接头的整体性能和质量。

2.2作业人员受低温影响较大

在低温环境下，作业人员的身体和心理状态往往受到不利影响，表现为意识低迷，操作反应迟缓。同低温条件下，钢材表面易形成霜雾等结晶，导致钢材表面光滑性提高，增加了焊接的难度。此高空作业环境对施焊过程产生了额外挑战，施焊部位较为分散且不稳定，这些因素共同影响了作业人员的焊接质量和工作效率。

2.3保温措施难以有效实施

焊接完成后，低温环境导致焊缝周围的温度迅速下降，冷却速度较常温条件下显著加快。快速冷却使得焊缝区域的材料在热胀冷缩作用下承受较大的应力，增加了裂纹和开裂的风险。在大风环境下，气流的不稳定性也易导致焊缝中产生气孔，进一步影响焊接接头的质量和可靠性。

3 低温焊接难点解决措施

3.1焊接环境

在-15℃以下禁止焊接施工，在-15℃到5℃下或风雪环境中焊接属低温焊接，必须在焊接部位设置防风棚，5℃以上可不同预热工序。施焊前做好防风保温措施，安排专人实时监测温度、风速,保持焊接部位的温度控制。

3.2焊接材料管理

焊材的存储要求严格，确保其在使用过程中的性能不受影响。具有药皮的低氢焊条，通常需要存放在密封包装内，以有效防止吸湿。若未使用密封包装，焊条应置于干燥容器中，或使用专用焊条干燥箱保持其干燥性。当焊条发生吸湿现象时，需根据焊材厂商的建议，按照规定的温度和时间进行烘干处理，以恢复其性能。

3.3焊接参数

Q355钢构件焊接为二氧化碳保护焊,焊接参数见表1。

表1焊接参数

3.4施工顺序

在低温环境下进行钢构件安装时，切割作业应严格禁止。为确保钢构件的加工精度，提高下料精度，并严格执行出厂验收程序，避免由于加工误差导致的安装问题。焊接作业应遵循从中心向外推进的顺序，必须保证相邻构件对称推进，避免同一构件两端同时进行焊接，以防止因热量不均匀引发的应力集中和变形。在吊装过程中，应遵循从内到外的吊装顺序，并在安装过程中对每个节柱进行初步校正，预留焊接变形量，吊装顺序应事先编制，并借助BIM技术进行模拟优化。

3.5焊接要求

在低温环境下焊接时，若拘束较大，预热温度应提高15至30℃。焊接前，应火焰加热焊缝两端500mm范围，去除霜、露、冰雪等。厚度大于9mm钢板厚度大于9mm，采用分层堆焊并从下向上施焊。焊接应尽量保持不间断，若中断需清理焊缝缺陷后再焊接。低应遵循合理焊接顺序，减少拘束接头，避免焊接过程中出现扭曲或错位，并尽量避免现场火焰校正。

3.6预热后热、防风保温

3.6.1防风

防风围挡的材料选用具备防风、防火特性的具有一定强度的材质。其内部焊接过程中，避免横向无风流直接经过焊接处，但必须有通风处，以有效防止焊接过程中气体中毒的风险。防风围挡的结构整体应能够承受风荷载，避免倾覆，并确保具备足够的操作空间，以容纳焊接所需的材料和满足人员活动需求。围挡的最低高度要求为1.5m，有效遮挡焊接产生的火花、烟雾，并确保焊接作业区域与周围环境的隔离。围挡通道，为便人员进出。入口宽度不小于1m，确保紧急情况下人员能够快速疏散。由于防风围挡材料的不透明性，针对钢柱焊接难以监管,需通过巡查及设置视频监控等手段,监管围挡内作业情况，保证作业人员作业安全和质量。

3.6.2预热

对于厚度≤30mm的板材，应采用火焰预热；对于厚度>30mm的板材，应采用电加热。火焰加热时使用氧—乙炔中性焰，对称加热焊缝两端，确保焊缝两侧150mm范围内均匀加热，直到焊缝温度达到要求。温度测量点应选择距离焊缝边缘30-50mm处，可使用红外测温仪。焊接前，预热范围通常为焊缝两侧100mm以上，且温度应在30-50mm处进行监测。此外，对施焊位置前方200-300mm范围内的焊缝进行火焰跟踪加热，确保焊接温度稳定。低温环境下，层间温度控制至关重要，分段焊接长度应控制在1m以内（最大不超过2m），并实时监控层间温度，确保不低于预热温度。如发现层间温度过低，应立即加热补偿，达到要求温度后再焊接。

4结语

本工程通过分析低温焊接过程中的难点，提出了包括“预热、后热、防风保温”等一系列技术措施，有效保障了钢结构焊接的质量与可靠性。实践证明，这些技术手段能够有效控制低温环境下焊接接头的温度变化，减少应力集中，从而避免了常见的焊接缺陷，在未来的冬季钢结构施工中，应继续强化低温焊接技术的研究与应用，不断优化焊接工艺、材料管理和施工顺序，提升作业人员的操作技能与防护意识。通过持续的技术创新与严格的质量控制，可以为北方地区及其他寒冷地区的钢结构工程提供有力保障，为建筑行业的健康发展和技术进步作出贡献。

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