钢结构工程冬季焊接施工
——冬季焊接施工的难点、技术与安全
* 冬季焊接技术难点：
目前钢结构工程中已普遍、大量使用了以Q345为代表的低合金高强度钢，在一些重点工程中，由於荷载较高或结构形式特异、受力复杂，已使用了强度更高的Q390\Q420\Q460钢材，而且板厚达到50~150mm, 这类钢材在常温下焊接施工的裂纹敏感性已较大，在厚板和节点复杂、拘束应力较大的情况下焊接难度更大，技术上要求更严格。其主要质量控制点为焊接冷却过程中800~500℃区间内的冷却速度，冷却速度太快将使焊缝和热影响区产生马氏体脆性组织，冷却速度太慢将使热影响区过热而产生粗大脆性的侧板条铁素体组织，在较大焊接应力的作用下易于在焊后立即或延迟产生裂纹。在冬季低温环境下施焊将使冷却速度加快，焊接裂纹敏感性加剧，对防止裂纹产生的各项技术措施要求比常温焊接时更为严格。
焊工这一特殊工种的操作质量受焊工身体、精神状态影响较大，负温环境下天寒地滑，焊接质量不易保证，且安全防护要求较高。
* 冬季焊接一般技术与管理措施：
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2低温焊接温度的规定
各国施工规范均规定了低温焊接的最低施工温度，以保证施工质量和结构安全性。如AWS （美）规定为-18℃，JASS6（日）规定为-5℃，
BS 5135（英）规定为0℃，低於此规定温度施焊应采取特殊的施工措施。《建筑工程冬期施工规程》JGJ 104-97的规定是-30℃（对低碳钢）和-26℃（对低合金钢）并对预热温度作了规定，即按钢种规定一定板厚以下预热36℃，超过该板厚预热100~150℃，实际上只是对环境温度的补偿。JGJ 81-2002规定为0℃，主要是考虑国内大型、复杂、重要的建筑钢结构工程越来越多，而在负温下施工缺乏经验，规程修订时不宜放得太宽，因此同时在条文说明中规定：0℃以下施工时应根据使用的钢材、焊材、工艺方法，制定适当的预热、后热、保温措施，通过低温试验确认焊接接头的安全性。规程对低温焊接试验的项目要求没有规定，可以认为与焊接工艺评定是有区别的，主要目的是施工企业获取技术信息和施工经验。
近年来在北京地区进行过-5~-15℃低温焊接试验的工程有京城大厦、城建大厦、中关村金融中心、LG大厦、新保利大厦，试验钢材为Q 345C,板厚为50~100mm,试验结果证明采取一定预热、保温或后热措施的焊接接头性能符合规程要求。相关的试验结果应该可以在目前的工程中参考应用。对于国家体育场钢结构的Q460E厚板，施工单位已决定不在负温施工，对于国家游泳中心钢结构的Q420钢材，施工单位已决定通过低温焊接工艺评定确认低温焊接施工的可行性。
低温焊接施工的温度界线是指实际焊接操作时间及工位处的环境温度，并非指本市气象报告的温度，更不是指某一时段的平均温度。在早晨，由于受夜间冷气温影响，钢构件实际温度有可能低于当时、当地的环境温度，应要加以注意。
2 对钢材的要求
JGJ 104-97中条规定Q235钢材应具有-20℃冲击保证值，其他强度更高的钢材应具有-40℃冲击保证值。显然目前几乎所有工程项目都不符合此规定。JGJ 81-2002对此未作规定，仅要求做试验。
结构钢材的性能等级宜符合C级钢即具有0℃冲击韧性的要求，至少应符合B级钢即具有常温冲击韧性的要求，同时焊材的选配应达到相应要求。
铸钢件低温焊接时材质必须符合《焊接结构用碳素钢铸件》的要求，在负温下焊接尚应有负温冲击韧性保证值。
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3 对焊材的要求
根据JGJ 104-97中条及JGJ81-02规定，必须采用低氢焊接材料，如手工电弧焊需用冲击韧性高于母材韧性值的碱性焊条(EXX15G、E5XX16G)，二氧化碳气保焊也需用冲击韧性高于母材的焊丝（ERXX-6/G）并选用高纯度气体（纯度达到%，含水量不高於%）。负温时气瓶必须置于零度以上的棚内，保证液态二氧化碳的气化。气体纯度达不到要求时必须提高预热温度和后热，才能保证接头的质量和结构安全。焊条烘干后在露天放置时间不宜超过2小时，烘烤次数不宜超过两次（常温时为三次）。
4对焊接工艺的要求
低温焊接一般采取比常温焊接时更为严格的焊前预热措施，如提高预热温度和扩大加热范围至2倍板厚（常温时为倍板厚），并在焊后立即用防火岩棉覆盖或包裹，意在抵消环境温度低使冷却速度加快的不利
影响，防止内在和表面裂纹的产生。长焊缝不能及时连续施焊下一道焊缝时要随时覆盖已焊而未完成的焊道。必要时在特厚板和节点拘束应力较大的情况下采取焊后立即加热（200~250℃）并根据板厚定时保温处理的措施，可以达到去氢和减缓冷却速度的效果。
一般Q235及Q345钢在规程规定的一定板厚范围内，在0℃以上焊接时不须预热，但在低温焊接时至少需烘烤钢材至20~30℃，以补偿冷却速度的加快，同时去除钢材表面的凝结的水分。为防止夜间钢材蓄冷后未充分与白天气温平衡而使构件实际温度低于环境温度，必要时须扩大预热的板厚范围。
低温焊接时，定位焊的预热温度应比常温时约高20℃，当定位焊焊缝出现气孔或裂纹时，应清除后重焊，不能企图在随后焊道施焊时将其熔化，以免裂纹扩展。不论何种钢材，低温下随意在钢构件上击弧都是应禁止的。焊接层间温度与预热温度相同, 应特别指派专人及时频繁检测加强控制。雪天焊接时应有防护棚遮蔽，严格避免雪花飘落在热的焊缝上使其骤冷。
在负温焊接时，在节点四周搭设专门的保温棚并利用适当的取暖措施保持棚内正温，是避免焊接裂纹产生保证接头性能的有效措施。
高强度钢材、节点连接复杂而难以搭设局部保温棚或整体保温棚，由于工期确实需要必须在负温下施焊时，应根据钢材成分及性能、节点形式和板厚、焊接方法和焊接材料以及施焊环境温度，通过试验确定预热和后热具体参数。有关定位焊和禁止随意击弧的规定更应严格执行。~
5 对焊工的要求
《建筑工程冬期施工规程》JGJ 104-97规定参加负温焊接施工的焊工应经过负温焊接工艺培训，考试合格，取得相应的合格证，方能参加负温焊接施工。由于低温环境对焊工的生理、心理、操作技术发挥都会产生负面影响，在进入负温环境的初期必须对已持证焊工集中进行适应性培训。以往的试验结果已经发现，低温焊接质量有所下降，UT检查合格率较低，加强培训才能减少焊接缺陷提高焊缝UT检查合格率。培训考试的检验方法可以免去弯曲试验，只用UT检查，并由第三方抽检。6对焊缝检测的要求
常温焊接要求按比例抽检的，低温焊接时应增加抽检比例。
7对施工安全设施的要求
焊接操作平台、马道、吊篮等均应注意清除雪、水，并有防止人员滑倒的措施。焊工和其他辅助人员要配备防寒服装。应该充分认识到低温焊接施工在安全保障方面的难度是很大的，必须有充分的措施保证。
