浅议钢结构焊接技术发展现状及趋势

宋五星

【摘要】伴随着我国经济的快速稳定发展，我国的年钢铁产量、配套焊接材料产量及建筑结构的钢材使用量均实现逐年递增式上涨。本文总结了钢结构的焊接技术的发展现状并对未来钢结构焊接技术的发展趋势进行了预测。

【关键词】焊接技术 ；低温焊接 ；材料； 趋势；

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

一、 当代钢结构焊接技术

当代我国的焊接技术经过几十年的发展取得了较为突出且迅猛的进步，其中诸多新技术及方法的应用使焊接的牢固性明显增强，但其中存在的一些问题也不容忽视，下面就对此进行相应总结。

1. 出现冷热裂纹

冷裂纹即指焊缝冷却过程中，温度降低到马氏体转变温度范围(300-200℃以下)时产生的裂纹，在焊接后较长时间或立即后出现，因此也被称为延迟裂纹。其焊接接头形成淬硬组织、扩散氢的存在及浓集和较大焊接拉伸应力的存在是冷裂缝形成的3个基本条件。

热裂纹又被称为高温裂纹或结晶裂纹，是指高温下产生的裂纹，通常在焊缝内部产生，也可能出现于热影响区内；以纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹和热影响区裂纹为主要的表现形式。在冶金因素和力学因素的共同作用下即产生热裂纹，其产生原因是在结晶过程中焊接熔池中的低熔点共晶和杂质以液态间层形式存在而导致出现偏析现象，其强度在凝固后也较低，当焊接应力足够大时，液态间层或凝固不久的金属将被拉开而形成裂纹。另外，若低熔点共晶和杂质存在于母材晶界表面，焊接应力足够大时也可形成裂纹。

2. 厚板、长焊缝焊接技术不完善

建筑钢结构的焊接制作过程中的厚板、长焊缝的焊接效率及质量对钢结构的实体质量和成本有极其关键的影响。厚板对接和箱型构件、T型焊缝的角接全熔透焊缝焊接不仅工作量最大，对技术要求最高，而且在焊接过程中焊缝第一层采取SAW技术进行清渣工作也十分困难。因此，在实际中常采用以GMAW打底和SAW盖面结合的工艺，但焊接效率的提高却受到较大影响；在厚板对接和T型焊缝焊接中，为了达到焊缝全熔透、无缺陷的效果而广泛采用碳弧气刨清根工艺，然而，此工艺一方面增加了成本，另一方面对接头质量和焊工身体也有较大影响。

3. 现代钢结构焊接技术缺乏自动化

现在工业发达国家焊接自动化水平已达到80%以上，因而其在工作质量和效率上都占有很大优势。而相较于我国按照手工焊和自动焊耗材估计得出的，名义上的30%自动化水平，两者间差距极大。伴随着建筑焊接结构向大型化、重型化及高参数精密化发展的趋势，效率低下、质量不稳定的手工焊将成为阻碍生产效率和产品质量稳定性提高的首要因素。

在制造厂和施工现场，我国焊接操作还停留在半机械或机械焊甚至是手工焊的水平上，焊接的自动化并未取得任何实质性的发展；相较于邻国日本也有不小差距，其已实现工厂内钢结构焊接的自动化，极大的降低了人工成本，也使工效及质量得到提高。由于我国经济及社会保障的不断发展，增长的人工成本将不可避免的阻碍其发展。

4. 钢结构焊接从业人员技术水平有限

焊接技术对整个钢结构业务流程的影响可以说是举足轻重，因为自钢结构设计到整个钢行业，焊接技术的应用几乎贯穿了所有的行业流程。所以，了解熟悉相关的技术应用是作为钢结构焊接行业的技术人员的基本要求，而掌握自身业务所涉及的焊接应用技术已是对从业人员的最低要求。但是现实不容乐观，我国焊接从业人员与钢行业的规模并不协调，钢结构焊接人员中懂得焊接应用技术的少之又少，更不要说精通了，其人员配备与钢结构行业本身需求间存在较大的差距。

二、未来我国钢结构焊接技术发展趋势

根据我国现钢结构焊机技术的发展现状，促进我国焊接技术的发展，使其适应钢结构行业及我国市场经济的需求，赶超工业强国焊接技术发展水平，可预测我国钢结构焊接技术主要有以下几个发展趋势。

1.低温焊接技术得到广泛应用

因我国地处温带，冬季持续时间长且覆盖范围广，故钢结构焊接冬季施工历来是业内人士关注的重点。多年来不管是学术界还是工程界均致力于解决焊接工程冬季施工及确定施工临界温度问题。

在国家体育场“鸟巢”的焊接工程中1万吨以上的钢结构焊接工作是在冬季完成的。冬季焊接施工的临界温度要从人、焊机、材料、焊法及环境五个方面来确定，而仅从钢材、焊材的承受力进行判断是不全面的。根据此观点在“鸟巢”组织的大规模低温焊接试验取得了较好效果，据此进而确定了停止焊接作业的临界温度为150℃，《国家体育场钢结构低温焊接规程》也得到了相应的确定。建筑钢结构的冬季焊接施工不仅可以显著缩短工期，也必将创造极大的经济价值。因此，在“鸟巢”钢结构焊接中采用的相关低温焊接技术、经验具有极大的实践价值，必将被广泛接受并将在未来施工中得到推广应用。

2.焊工资格认证制度建立

由于现代钢结构工程复杂，施工环境多样，焊接对象不确定，市场竞争严酷，工程过程中始终是焊接方案编写、工艺评定、检修等许多工作交叉进行的情况，且钢结构的安装及焊接过程战线长、点多面广的特点和因素的影响，使准确科学的安排使用焊接人员，充分发挥其最大的能力和能动性成为了极具挑战的管理学要求。焊接管理对于“天时、地利、人和”三方面的要求造成了其独特的管理困难。此外，培养造就大量熟练掌握钢结构焊接应用技术的专业性极强的从业人员的满足行业的巨大需求具有极大的现实意义。因此，基于各方面的需要创立焊工资格认证机制是钢结构行业发展的必然趋势。焊工资格认证机制的建立也必将在很大程度上促进我国钢结构焊接技术的发展和进步。

3.激光焊将部分取代电子焊

激光束在聚焦后焦点处能量密度为10~10W/cm且加热范围小于1.0mm,若将此特应用于金属材料的焊接技术，除可提高焊接速度，还可将焊接接头处的形变及应力减小。激光焊也是比较理想的精密焊接技术，满足精密焊接的高要求。激光焊可以在较远的距离内进行钢结构的焊接是因为激光束能在空气中直线传播不受干扰。与电子束焊接技术比较，激光焊具有很明显的优势，首先在焊接中不像电子焊需要真空环境，在成本及投入费用上可以得到明显的缩减；其次，激光束焊接过程中不会产生X射线，焊工在焊接过程中不需要射线防护设备的保护。因此，在中、薄厚度的板材焊接中，其发展的趋势将是激光焊部分取代电子焊而得到较普遍的应用。

4.厚钢板焊接技术得到更广泛应用

建筑钢结构厚度并非越厚越好，且焊接难度随钢板厚度而递增，这两方面在不管是理论还是实践中都得到了很好的证明。但是，鉴于设计者理念的需要建筑钢材焊接工程中较厚板材的使用量明显增多，这极大的促进了厚板焊接技术的不断发展。而“鸟巢”的钢结构焊接工程中采用焊接革新的组合工艺，既保证了焊接效率也提高了焊接质量，具有很高的厚板焊接借鉴意义。故在未来的建筑钢结构行业的发展中，厚板焊接技术的应用将得到更大和更深的推广。

总结：我国钢结构的焊接应用技术与世界工业发达国家的焊接水平在整体水平上人上仍有较大的差距，为赶超世界先进技术，我们必须从各个基础方面加强焊接技术，从整体上提升我国焊接技术水平。我国的钢结构焊接应用技术的发展趋势不管是从焊接技术从业人员还是焊接工艺均可以得到可靠的预测。

参考文献：

【1】贾宝华，张建芳.我国钢结构焊接技术现状及发展趋势[J],现代焊接，2008（6）

【2】段斌，孙少忠.我国建筑钢结构焊接技术的发展现状和发展趋势[J],焊接技术，2012,5（41）

【3】曾乐．现代焊接技术手册，［M］．上海: 上海科技出版社，2009

【4】陈裕川．焊接工艺方法的当代发展水平( 2)［J］．现代焊接，2008，05: 5－8

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