王琳霞
身份证号码：13112519XXXX041846 河北石家庄 050000
摘要：根据建筑钢结构施工现场焊接的环境不同,对钢结构焊接质量有着不同的影响，进而做出了一些分析并提出了相应的控制措施和防护措施。
关键词：钢结构；环境；焊接质量
1.前言
随着现代建筑钢结构的发展,钢结构变得多种多样。而人们往往在注重质量时忽视了施工现场环境对钢结构焊接质量的影响因素，进而可能会造成一些钢结构工程的焊接质量缺陷,有的甚至引发大型施工事故。
2.建筑钢结构施工现场焊接的环境特点
钢结构施工就是将加工制作好的构件,按照一定的次序,拼装吊装到设计预定的位置,然后进行测量连接固定,逐件逐单元地集成并最终形成结构体系的过程。安装工艺方法根据钢结构工程类型现场决定。建筑钢结构施工现场焊接作业与其他行业相比,机械化程度低,手工操作多。钢结构工程的结构特点和安装工艺方法,决定了施工现场焊接的环境特点：
（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。
3.施工现场环境对于钢结构焊接质量的影响
3.1周围空气温度的影响
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。
3.2周围空气湿度的影响
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。空气湿度对焊接材料的影响也如此。
3.3风力大小的影响
风力即焊接区域空气的流速。主要是影响焊接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。
3.4其他因素影响
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.环境因素产生的焊接缺陷和形成过程
4.1气孔
气孔的存在降低了焊缝的有效截面，降低焊缝金属的强度和韧性，影响疲劳强度和动载强度。气孔的类型主要是氢气孔和CO气孔。氢气孔。低碳钢和低合金钢在多数情况下，氢气孔存在于焊缝表面，形似喇叭口而气孔周围有光滑的内壁。当环境气氛湿度较大，如雨雪雾天气、下雨雪前后、钢材表面结露、坡口周围含有水分未清理干净、焊条药皮受潮，加上低温环境焊接，焊缝结晶冷却速度过快，氢元素来不及上浮而残存于焊缝内部，从而形成内部氢气孔。CO气孔。焊件或焊丝表面黄色铁锈(mFe2O3觹nH2O)、氧化铁皮(Fe3O4＋Fe2O3)在加热时分解出[O]，与金属自身的[C]合成CO。当结晶过快时来不及逸出，形成了沿结晶方向分布的条虫状内部气孔。黄色铁锈中的结晶水在加热时还会分解出H2，同时增加了生成氢气孔的可能性。
4.2裂纹
裂纹是钢结构焊接中最危险的一种缺陷。建筑钢结构与环境因素有关的裂纹有三类：冷裂纹、层状撕裂、热裂纹。
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(1)冷裂纹一般在焊后冷却过程中产生，具有延迟出现的特征。分布于热影响区。冷裂纹的形成与钢材的淬硬性、节点的拘束度及接头含氢量有关。而低合金高强钢的淬硬倾向主要取决于板厚、焊接工艺和冷却条件。其实质即生成马氏体组织的含量多少。冬季大风降雪等低温环境会使节点焊缝周围的温度场变化不均匀，冷却速度过快，使熔合区的组织成分转变为马氏体组织。
(2)层状撕裂。厚板结构的T型接头、十字接头和角接接头，在刚性拘束的条件下焊接，有可能沿板材轧制方向出现具有阶梯状的裂纹即层状撕裂。层状撕裂是一种低温开裂，事先用无损探伤方法无法检验，使用中易造成危害。一般认为在低合钢焊接热影响区附近，如根部或焊趾裂纹引发的层状撕裂，都与氢元素有关。
(3)热裂纹。低温下焊接低合金钢时，在焊缝结晶后期发生。这种结晶热裂纹出现在焊缝上，一般沿焊缝中心线纵向分布。主要是由于低合金高强钢S、P杂质含量超标，在焊缝结晶过程中存在偏析，形成低熔点共晶物。低温焊接时焊缝冷却速度加大，使焊缝收缩力大于晶间结合力，引起焊缝开裂。
4.3残余应力和变形
焊接热循环过程中加热不均匀，构件受节点刚性拘束，伸缩不自由，内应力超过钢材屈服应力时产生残余应力和变形。残余应力影响结构承载力，焊接变形影响结构尺寸。
5.施工现场环境因素的控制措施
5.1确认焊接作业区环境
(1)焊接作业区风速：手工电弧焊不超过8m／s；气体保护电弧焊及药芯焊丝电弧焊不超过2m／s。
(2)焊接作业区的相对湿度不得大于90％。
(3)焊接作业区的环境温度应保持正温(即高于0℃)。(4)焊件接口部位100mm范围内不得有水、油、锈等杂物。
5.2低温焊接试验
(1)当焊接作业区的环境温度低于0℃时，需要通过低温焊接试验确定实际焊接工艺参数、预热处理措施。把需要进行低温焊接工艺评定试验的钢材，按材质、板厚、焊接方法、焊接材料、接头形式、焊接位置分类统计列表。
(2)根据工程实际情况，确定试验项目，拟定预热温度、焊接工艺参数、焊后处理措施。焊接技术人员要注意《规程》(JGJ81－2002)中预热温度的适用条件。一般可参考此表并以工程实际情况做为变化条件，调整拟定焊接试验的预热温度。工程实际情况是指钢材类别、焊接接头的形式和节点构造尺寸、焊接方法、熔敷金属的扩散氢含量、焊接热输入大小、操作地点环境温度。
（3)按规定要求加工、焊接、检测试件。
(4)确定焊接试验结论，根据评定合格的焊接工艺参数，编制实际焊接工艺文件。
5.3设置防护棚
(1)当现场焊接环境不符合规定(JGJ81－2002第6．1．6条)要求时，施焊前必须在焊接作业区设置防风、防雨或保暧防护棚。
(2)防护棚的搭设应当符合现场实际情况，满足焊接工艺要求，同时必须保证安全性和实用性。
(3)防护棚一般可采用架管或角钢搭设架，内侧安装彩钢板，外挂三防布(防风、防火、防水)，底板最好铺装隔热阻燃材料。防雨棚要注意构件和棚板之间密封，防止雨水顺构件流淌。
(4)通常情况下，焊接作业区也应当准备一块应急遮盖焊缝的防护材料。如防水用的铁皮，缓冷用的玻璃棉毡、石棉布等。
6.结束语
施工现场环境对钢结构的焊接质量有着举足轻重的影响，施工人员必须给予高度重视。避免施工现场的环境对钢结构焊接质量产生危害，做好施工现场环境影响因素的防护措施，对于钢结构的整体焊接质量起着重要的保障作用。因为，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。
参考文献：
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[3]刘庆明.钢结构工程建设项目施工质量管理研究［D］.燕山大学，2016（9）.
[4]杨武.现场环境对厚钢板焊接应力的影响研究［D］.重庆交通大学，2016（4）.
论文作者:王琳霞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/24
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