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摘要：本文分析了低温施工环境下影响钢结构焊接质量的各种客观因素，并从作业防护及适应性培训、焊接设备及材料管理、预热后热规范、焊接工艺改进等角度提出了改进钢结构手工焊接工艺的有效对策和建议，希望本文研究能够为工程实践提供有益理论指导。
关键词：超低温；钢结构；焊接技术；研究
在建筑施工行业，超低温环境下钢结构手工电弧焊接一直是业界广泛的技术难题。尤其是在超低温环境下，手工电焊焊点温度冷却加速，容易产生大量焊接裂纹，需要采用特别技术措施加以应对。本文接下来将深入探讨超低温环境下钢结构焊接工艺改进方法。
1 超低温焊接定义
超低温焊接是指在施工环境温度低于行业标准之下的焊接工作，因此，这里的超低温不是气象学意义上的温度概念。具体而言，超低温焊接环境是指在以焊接点为中心、半径为50cm范围内的小低温环境，当这个温度低于行业技术标准就可以认为是低温焊接作业。许多发达国家都制定了低温焊接温度标准，比较有代表性的有：美国的AWS D1.1规定，低于零下18℃属于低温焊接；日本的JASS6规定低于零下5℃属于低温焊接；而英国BS 5135则规定低于0℃就属于低温焊接。根据我国建设部发布的《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ 8l一2002）有关规定，小焊接施工环境温度低于0 ℃就属于超低温焊接。
2 超低温焊接影响因素分析
在超低温环境下进行钢结构焊接作业，主要会遇到以下几方面因素导致焊接质量下降。
（1） 在低温环境下，在800～500℃区间焊缝熔敷金属冷却速度较快，这会在焊缝区域产生大量马氏体脆性组织，在较大应力作用下，焊接处容易产生大量裂纹，产生严重的焊接质量问题。
（2） 由于钢结构具有较大的拘束度，在低温环境下，焊缝熔敷金属冷却速度明显加快，容易导致焊缝金属偏析现象，在较大外力作用下，焊缝偏析处会产生大量裂纹，这也是一种比较常见的热裂纹，会严重降低和缩短钢结构的稳定性和使用寿命。
（3） 焊接作业结束后，在冷却过程中，焊缝金属处的游离氢溶解度会明显下降，在低温 环境下氢透出时间大大缩短，大量氢元素会遗留在焊缝金属内部，导致大量冷裂纹产生。
（4） 如果钢结构焊接温度低于材料脆性转变温度，在受到外应力作用情况下，钢结构 静载强度会明显下降，这就容易导致钢结构材料发生脆断。
3 超低温焊接技术改进措施
通过前面分析，我们知道了超低温环境下导致焊接质量问题的主要原因，因此可以从以下几方面采取有效措施加以应对：
第一，在选择钢结构材料时，要保证建材等级达到C级标准，这类等级建材具有良好的0℃冲击韧性性能，可满足在超低温环境下焊接技术要求。
第二，在选择焊材时，要保证焊材具有较高的焊缝金属强韧性，使得焊缝处金属能够产生足够的针状铁素体提高焊缝强韧性。建议尽量使用低氢碱性焊接材料，同时焊材冲击韧性要高于母材，其中EXX15G、EXX16G型号焊材比较适宜。
第三，要合理编排焊接顺序，最大程度降低焊接处外应力，避免应力裂缝产生。
第四，要根据焊接作业环境温度、钢结构材料等级、焊接数量和焊口分布等情况，制定科学的预热温度。在进行焊前预热时，要将预热范围扩大到两倍厚钢板；建议采用电加热方法，保证焊接区域受热均匀。
第五，确定最佳焊接作业参数，在保证热输入能量不超标的情况下，尽量使用高压电流、多层同时焊接技术，保证焊缝热量充足，避免产生大量淬硬组织。
第六，在确定后热方案后，如果板厚t<40 mm，可以采取特别保温措施延缓冷却速度，；如果板厚t ≥40 mm，焊接作业结束后需采取紧急后热及保温缓冷措施，后热温度控制在200～300℃最佳。
第七，Q460厚钢板不得在低温环境下进行焊接。
4 预热后热制度
4.1 加热方式选择
加热方式操作规范：如果板厚t≥40 mm，采用电加热方式：如果板厚t<40mm，则使用火焰预热方式。
4.2 预热温度控制
如果钢结构拘束度较大，预热温度要适当提高15—25℃；使用不同规格的钢材焊接，预热温度要根据最高等级钢材预热温度标准制定；如果板厚厚度不一，要根据最厚板材预热标准设置预热温度；如果钢结构为箱形构件，需要对其正面预热，测温点选择其内部中心位置。
4.3 后热温度控制
焊接作业完成后，要采取紧急后热保温措施。如果钢板厚度t<40mm，可以采用石棉材料包裹焊接接头，让其自然散热；如果钢板厚度t≥40mm，需要启动后热设备，后热温度控制在250～350℃之间为宜，后热时间参考板厚厚度25mm介于0.5～1h区间标准。
4.4 加热范围
在进行预热及后热时，加热范围主要为焊缝周边区域，加热宽度以两倍焊缝为主，最小不得小于80 mm；如果焊缝需要返修，则要适当扩大预热区域。
4.5温度测量方法
焊缝预热和后热温度测量仪器主要有两种，即红外测温仪和接触式测温仪，温度测试点主要分布在焊缝周边70mm以内。如果采用红外测温仪，测温仪与测温面保持垂直角度，高度不超过200 mm。
5 焊接作业防护及操作人员适应性培训
焊工在上岗操作之前，必须要接收专业系统的适应性培训，同时做好作业防护准备工作。 总体而言，可以从以下几方面着手准备：首先，所有焊工都要接受岗前适应性培训，低温焊接适应性训练采用t≥25 mm厚钢板，从不同焊接位置进行适应性训练，采用UT检测标准，再经过专业人员评估后方可上岗操作；其次，焊工在上岗操作之前，现场管理人员要严格检查其的作业防护用品，保证作业人员具备良好的防寒、防滑能力；再次，由于低温焊接工作量较大，要适当缩短工人工作时间，避免体力透支导致焊接质量下降；最后，在雪后环境开展高空焊接作业，要做好积雪清理工作，保证现场通行和作业人员操作安全。 6 焊接物料管理
（1）焊接设备保护。要保证超低温焊接工作顺利进行，必须要保证焊接设备始终处于正常运行状态，可以采取以下防护措施：首先，焊机要尽量摆放在防护棚下，周边有加热条件；其次，焊接气瓶要统一保管，存放在恒温环境中，保证气瓶可以随时投入使用；气瓶在作业时，也尽可能摆放在焊机棚内，避免其温差变化幅度过大，如果必须要在露天环境下使用，则要采用隔热材料包裹气瓶，保证瓶内温度适宜，供气稳定；最后，在冬季露天进行焊接作业，要做好焊接设备温度监控工作，避免温差过大导致设备失常。
（2）焊接材料保管。焊接材料物理、化学性质直接影响到低温焊接质量，因此要高度重视焊材管理工作。总体来说，要遵循以下规定：（1） 使用二氧化碳作为保护焊气体，要保证其纯度大于99.9%，气体含水率要低于0.005%（质量比），以有效降低焊缝开裂概率；（2）要制定严格的焊材库管理制度，焊条要干燥保管，烘干次数不得超过两次，焊条在露天环境中持续时间不得超过两个小时。（3） 焊材仓储库内要具备良好的除湿条件，焊材摆放要符合行业技术规范。（4） 药芯焊丝要做好除湿保护，剩余焊丝要上缴统一管理。
7 防风措施
在进行低温焊接时，要采取周密的防风措施，根据焊接点位置来设置防风棚，可以采用帆布、彩钢板、脚手架作为防风棚搭建材料。此外，如果采用气体焊接方法，可以适当调大气体流量来提高防风能力。一般来说，要根据风速大小来灵活设置防风措施和焊接气体流量，风速测定距离要在焊缝点100mm范围内。
8 结束语
在现代建筑工程中，低温焊接技术应用日益普及和广泛，它可以有效应对低温恶劣环境下的钢结构焊接施工难题，是一种比较实用的现代建筑施工技术。本文介绍了钢结构低温焊接技术要点和改进措施，希望能够为促进施工行业焊接技术水平作出有益贡献，同时也希望本文能够起到抛砖引玉的作用，今后有更多学者投入到相关研究中来，不断丰富超低温焊接技术理论。
参考文献
[1] JGJ 104-1997 建筑工程冬期施工规程.
[2] GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范.
[3] JGJ81- 2002 建筑钢结构焊接技术规程.
[4] 建筑行业钢结构工程焊接管理规定.2005.
关键词：超低温；钢结构；焊接技术；研究
在建筑施工行业，超低温环境下钢结构手工电弧焊接一直是业界广泛的技术难题。尤其是在超低温环境下，手工电焊焊点温度冷却加速，容易产生大量焊接裂纹，需要采用特别技术措施加以应对。本文接下来将深入探讨超低温环境下钢结构焊接工艺改进方法。
1 超低温焊接定义
超低温焊接是指在施工环境温度低于行业标准之下的焊接工作，因此，这里的超低温不是气象学意义上的温度概念。具体而言，超低温焊接环境是指在以焊接点为中心、半径为50cm范围内的小低温环境，当这个温度低于行业技术标准就可以认为是低温焊接作业。许多发达国家都制定了低温焊接温度标准，比较有代表性的有：美国的AWS D1.1规定，低于零下18℃属于低温焊接；日本的JASS6规定低于零下5℃属于低温焊接；而英国BS 5135则规定低于0℃就属于低温焊接。根据我国建设部发布的《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ 8l一2002）有关规定，小焊接施工环境温度低于0 ℃就属于超低温焊接。
2 超低温焊接影响因素分析
在超低温环境下进行钢结构焊接作业，主要会遇到以下几方面因素导致焊接质量下降。
（1） 在低温环境下，在800～500℃区间焊缝熔敷金属冷却速度较快，这会在焊缝区域产生大量马氏体脆性组织，在较大应力作用下，焊接处容易产生大量裂纹，产生严重的焊接质量问题。
（2） 由于钢结构具有较大的拘束度，在低温环境下，焊缝熔敷金属冷却速度明显加快，容易导致焊缝金属偏析现象，在较大外力作用下，焊缝偏析处会产生大量裂纹，这也是一种比较常见的热裂纹，会严重降低和缩短钢结构的稳定性和使用寿命。
（3） 焊接作业结束后，在冷却过程中，焊缝金属处的游离氢溶解度会明显下降，在低温 环境下氢透出时间大大缩短，大量氢元素会遗留在焊缝金属内部，导致大量冷裂纹产生。
（4） 如果钢结构焊接温度低于材料脆性转变温度，在受到外应力作用情况下，钢结构 静载强度会明显下降，这就容易导致钢结构材料发生脆断。
3 超低温焊接技术改进措施
通过前面分析，我们知道了超低温环境下导致焊接质量问题的主要原因，因此可以从以下几方面采取有效措施加以应对：
第一，在选择钢结构材料时，要保证建材等级达到C级标准，这类等级建材具有良好的0℃冲击韧性性能，可满足在超低温环境下焊接技术要求。
第二，在选择焊材时，要保证焊材具有较高的焊缝金属强韧性，使得焊缝处金属能够产生足够的针状铁素体提高焊缝强韧性。建议尽量使用低氢碱性焊接材料，同时焊材冲击韧性要高于母材，其中EXX15G、EXX16G型号焊材比较适宜。
第三，要合理编排焊接顺序，最大程度降低焊接处外应力，避免应力裂缝产生。
第四，要根据焊接作业环境温度、钢结构材料等级、焊接数量和焊口分布等情况，制定科学的预热温度。在进行焊前预热时，要将预热范围扩大到两倍厚钢板；建议采用电加热方法，保证焊接区域受热均匀。
第五，确定最佳焊接作业参数，在保证热输入能量不超标的情况下，尽量使用高压电流、多层同时焊接技术，保证焊缝热量充足，避免产生大量淬硬组织。
第六，在确定后热方案后，如果板厚t<40 mm，可以采取特别保温措施延缓冷却速度，；如果板厚t ≥40 mm，焊接作业结束后需采取紧急后热及保温缓冷措施，后热温度控制在200～300℃最佳。
第七，Q460厚钢板不得在低温环境下进行焊接。
4 预热后热制度
4.1 加热方式选择
加热方式操作规范：如果板厚t≥40 mm，采用电加热方式：如果板厚t<40mm，则使用火焰预热方式。
4.2 预热温度控制
如果钢结构拘束度较大，预热温度要适当提高15—25℃；使用不同规格的钢材焊接，预热温度要根据最高等级钢材预热温度标准制定；如果板厚厚度不一，要根据最厚板材预热标准设置预热温度；如果钢结构为箱形构件，需要对其正面预热，测温点选择其内部中心位置。
4.3 后热温度控制
焊接作业完成后，要采取紧急后热保温措施。如果钢板厚度t<40mm，可以采用石棉材料包裹焊接接头，让其自然散热；如果钢板厚度t≥40mm，需要启动后热设备，后热温度控制在250～350℃之间为宜，后热时间参考板厚厚度25mm介于0.5～1h区间标准。
4.4 加热范围
在进行预热及后热时，加热范围主要为焊缝周边区域，加热宽度以两倍焊缝为主，最小不得小于80 mm；如果焊缝需要返修，则要适当扩大预热区域。
4.5温度测量方法
焊缝预热和后热温度测量仪器主要有两种，即红外测温仪和接触式测温仪，温度测试点主要分布在焊缝周边70mm以内。如果采用红外测温仪，测温仪与测温面保持垂直角度，高度不超过200 mm。
5 焊接作业防护及操作人员适应性培训
焊工在上岗操作之前，必须要接收专业系统的适应性培训，同时做好作业防护准备工作。 总体而言，可以从以下几方面着手准备：首先，所有焊工都要接受岗前适应性培训，低温焊接适应性训练采用t≥25 mm厚钢板，从不同焊接位置进行适应性训练，采用UT检测标准，再经过专业人员评估后方可上岗操作；其次，焊工在上岗操作之前，现场管理人员要严格检查其的作业防护用品，保证作业人员具备良好的防寒、防滑能力；再次，由于低温焊接工作量较大，要适当缩短工人工作时间，避免体力透支导致焊接质量下降；最后，在雪后环境开展高空焊接作业，要做好积雪清理工作，保证现场通行和作业人员操作安全。 6 焊接物料管理
（1）焊接设备保护。要保证超低温焊接工作顺利进行，必须要保证焊接设备始终处于正常运行状态，可以采取以下防护措施：首先，焊机要尽量摆放在防护棚下，周边有加热条件；其次，焊接气瓶要统一保管，存放在恒温环境中，保证气瓶可以随时投入使用；气瓶在作业时，也尽可能摆放在焊机棚内，避免其温差变化幅度过大，如果必须要在露天环境下使用，则要采用隔热材料包裹气瓶，保证瓶内温度适宜，供气稳定；最后，在冬季露天进行焊接作业，要做好焊接设备温度监控工作，避免温差过大导致设备失常。
（2）焊接材料保管。焊接材料物理、化学性质直接影响到低温焊接质量，因此要高度重视焊材管理工作。总体来说，要遵循以下规定：（1） 使用二氧化碳作为保护焊气体，要保证其纯度大于99.9%，气体含水率要低于0.005%（质量比），以有效降低焊缝开裂概率；（2）要制定严格的焊材库管理制度，焊条要干燥保管，烘干次数不得超过两次，焊条在露天环境中持续时间不得超过两个小时。（3） 焊材仓储库内要具备良好的除湿条件，焊材摆放要符合行业技术规范。（4） 药芯焊丝要做好除湿保护，剩余焊丝要上缴统一管理。
7 防风措施
在进行低温焊接时，要采取周密的防风措施，根据焊接点位置来设置防风棚，可以采用帆布、彩钢板、脚手架作为防风棚搭建材料。此外，如果采用气体焊接方法，可以适当调大气体流量来提高防风能力。一般来说，要根据风速大小来灵活设置防风措施和焊接气体流量，风速测定距离要在焊缝点100mm范围内。
8 结束语
在现代建筑工程中，低温焊接技术应用日益普及和广泛，它可以有效应对低温恶劣环境下的钢结构焊接施工难题，是一种比较实用的现代建筑施工技术。本文介绍了钢结构低温焊接技术要点和改进措施，希望能够为促进施工行业焊接技术水平作出有益贡献，同时也希望本文能够起到抛砖引玉的作用，今后有更多学者投入到相关研究中来，不断丰富超低温焊接技术理论。
参考文献
[1] JGJ 104-1997 建筑工程冬期施工规程.
[2] GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范.
[3] JGJ81- 2002 建筑钢结构焊接技术规程.
[4] 建筑行业钢结构工程焊接管理规定.2005.