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【摘 要】 建筑钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性强、外形丰富、维护方便、绿色施工等优点，得到越来越广泛的应用。焊接作为构建钢结构的一种主要的连接方法，在建筑钢结构中发挥了重要的作用。据统计，约50%以上的钢材在投入使用前需要经过焊接加工处理。因此，就需要加强钢结构工程焊接质量的控制。
【关键词】 钢结构工程；焊接质量；控制措施
一、钢结构特点
目前在建筑施工领域，绝大多数的大跨度空间结构都是由比较复杂的钢结构组成的，这些结构的出现特别是管状钢结构的使用正成为一种趋势。灵活多变的钢结构节点构造和不断加大的钢板厚度使得钢结构适用于许多复杂环境，很多新型金属材料也不断涌现，从低碳钢发展到高强合金钢、铸钢等，近年来，钢结构网架也逐渐应用了铝合金材料。
二、钢结构焊接难点
1、多角度全方位高空焊接。钢结构复杂的体型及繁琐的节点位置和构造决定了现场焊接工作的操作点多、操作面广、操作量大以及需进行多角度全方位和高空焊接施工的难点。
2、应力大，接头处易产生质量缺陷。钢结构施工中的节点复杂、板厚加大等导致焊缝密集甚至出现立体交叉最终导致焊接接头刚性约束大的后果，使焊缝不能自由收缩而导致双向甚至三向产生应力，因此在很大程度上增加了焊接接头产生裂纹和层状撕裂的可能性。
3、工艺不完善。复杂结构及新型材料的使用，相应需要更新焊接工艺，不断提出新的挑战。
三、改进焊接工艺的措施
1、减少焊缝截面积。在焊接施工过程中若出现凸出很高的焊缝，其多出的焊缝金属并不能提高许可强度，反而增加了应力集中系数。
2、多层多道焊接。施工中应坚持焊缝数量愈少愈好的原则，并在每条焊缝内尤其是在厚板焊接时采用多层多道焊接。
3、焊缝平衡。应尽量保证焊缝对称，并要靠近中和轴施焊，实现一个收缩力对另一个收缩力相互平衡以有效控制减少变形。
4、逆向回焊法。若焊接的总进程为从左到右，则施焊过程中每个焊缝应从右到左，即分段侧焊。
5、反变形法。采取在施焊前将需焊接构件刻意偏置的方法来有效利用收缩力，诸如将某些组合在焊接前装偏，待焊接时其预偏量能够恰好回到所需位置，或用机械方法产生反向力来将构件进行弯曲或预拱以抵消收缩力。
6、采用反力平衡收缩力。采用夹具产生的约束力或构件装配为组件时的约束力以及构件在重力作用下产生的拱度等所产生的反力来平衡焊接过程中产生的收缩力。其中夹具法是将同等焊接件背靠背紧夹在一起后用夹具将其夹好，待其焊接完成并冷却后将夹具松开。
7、锤击法。锤击法也是消除收缩力的方法一种，其本质是在焊缝上施加外力的方法将焊缝变薄变长来消除残余应力，在锤击过程中应坚持“在一定层面温度中锤击、在一定频率下锤击、在一定力道下锤击”和“焊道根部不锤、等材不锤、焊道表面不锤”的“三锤、三不锤”原则。
8、合理布置焊缝。对焊缝进行合理布置避免焊缝间距离太近现象，当材料尺寸与零件长度尺寸不同应尽量减少或不做拼接焊缝的措施来减少焊接应力集中和焊接变形。
9、选择适用的焊接方式。钢结构焊接过程中交流点焊机适用于普通刚才焊接，直流点焊机则适用于要求较高的钢材焊接，埋弧焊和自动焊则适用于梁柱较长的对角或角焊缝，CO气体保护焊则适用于要求较高的薄钢板结构焊接。
四、钢结构工程焊接质量的控制措施
（一）充分做好施工前的准备工作
1、做好施工图纸的审核工作
进行图纸会审的技术人员应熟悉与工程相关的工艺技术要求及规范标准。在进行图纸的审核时，应全力减少图纸问题避免其对工程的质量和进度产生影响。
2、完善施工组织的设计方案
施工组织设计的优劣会对工程质量和进度造成直接嚴重影响。因此在施组应着重完善工程中新工艺的应用、施工计划的具体安排、对工程项目的针对性及控制质量、进度的措施和方法，特别是要编制科学合理的施工工艺流程，确保工程的顺利实施。
（二）焊接变形与应变的控制
在钢结构的焊接过程中，焊接变形和应力是无法避免的，变形和应力会影响焊接接头的强度和焊接结构的尺寸精度，且会对焊接构件的承载能力产生影响。小的变形需要花费人力物力对构件矫正和修复，大的变形影响可能会导致构件报废。
1、焊接变形的控制
焊接时应减少尽量减少焊缝截面积，施焊量能满足连接强度要求即可。有效的焊脚尺寸决定着焊缝的强度，而凸出很高而多余的焊缝金属，不但不能提高焊缝的许可强度，还会增大应力集中系数同时消弱了坡口的综合性能。对厚板和对接焊缝，为减少焊缝金属量可采用U型刨边以形成U型坡口。
焊缝的数量越少越好，且每一条焊缝都应进行多道多层焊，并特别注意厚板的焊接。焊缝的布置应靠近中和轴施焊，尽可能对称，环绕着中和轴的焊缝要达到平衡，以此来减少变形。
在施焊时，采用逆向回焊法进行施焊，即每一条的施焊顺序与焊接总进程的顺序相反。因为在每道施焊后，沿着焊缝板内侧的热量会使该处发生膨胀，从而导致两板暂时分开，而热量从板的内侧扩散到板的外缘的膨胀会使两板合拢起来。
反变形法。即焊接前有意将构件偏置，通过机械方法产生的反向力与焊接收缩力相互抵消。对施焊的顺序进行合理的安排也会有利于收缩力的平衡，对结构的不同部位安排合理的施焊顺序，能够使已焊的收缩力来抵消某一处的收缩力。
2、焊接残余应力的控制
对焊接残余应力的有效控制，应注意减少焊缝的尺寸、降低焊件的刚度并创造焊件自由收缩的条件、减少焊缝的拘束度及采取合理的焊接顺序。
3、焊接裂纹的防治
防止热裂纹的产生应注意合理的选择材料以此控制焊缝的化学成分，降低易于偏析的化学元素。而防止冷裂纹的产生应注意合理的进行焊前的预热以及施焊后的缓冷，从而改善焊接接头的组织并改善焊缝。 4、做好焊缝质量的检查
焊缝质量的检查包括对其表面形状、焊缝尺寸及其表面缺陷的检查。表面形状的检查指焊缝的连接点、截面的不规则、焊缝弧坑的处理情况及焊脚的不规则形状等。焊缝尺寸指对接焊缝的宽度、余高及角焊缝的焊脚的尺寸等。焊缝表面的缺陷指焊接产生的裂纹、焊瘤、咬边及弧坑气孔等。
（三）钢结构焊接变形的预防
1、在建筑钢结构焊接节点构造设计时，应注意以下几点：
（1）焊缝位置应避开高应力区：焊缝区的应力越大，则钢结构越容易产生焊接变形及焊缝裂纹。
（2）焊缝位置应对称于构件截面的中性轴：焊缝位置尽可能对称于构件截面的中性轴，或者尽量靠近中性轴，这对减少梁、柱等一类钢结构的挠曲变形有良好的效果。
（3）尽量减少焊缝的数量、尺寸：钢结构中焊缝数量越多、尺寸越大，焊接热源对结构的热输入就越大，产生的焊接变形也就越大。因此在设计钢结构节点构造时，应力求减少焊缝数量和尺寸。
（4）采用刚性较小的节点形式，避免焊缝集中和双向、三向相交，这样可减小焊缝交叉点处或焊缝集中处的热量及应力，从而减小焊接变形。
（5）便于焊接操作，避免在仰焊位置施焊：在建筑钢结构加工制作时，应尽量避免将焊缝置于仰焊位置施焊，以利于操作和保证焊接质量。无法避免时，应要求焊工掌握全位置焊接的操作技能。
（6）不同的建筑钢结构节点形式，对焊缝设置应有不同的要求。例如，焊接组合箱形梁、柱的纵向角焊缝，宜采用全焊透（应采用垫板单面焊）或部分焊透的对接与角接组合焊缝；箱形梁与隔板的焊接，应采用全焊透焊缝。
2、对不同的节点构造及焊缝形式，采取适当的焊接工艺措施。
（1）采用合理的装配-焊接顺序：①应将钢结构尽可能先装配成整体再焊接。这样可增大钢结构焊接时的刚性，以减少变形。以工字梁为例，先整体装配再焊接，其焊后的上拱弯曲变形，要比边装边焊顺序所产生的弯曲变形小得多。②对称焊缝应采用对称焊接法。一般先焊的焊缝由于结构刚度较小易使结构产生变形。所以，对截面形状、焊缝布置均匀对称的钢结构件，应采用对称焊接施工。③不对称焊缝应先焊缝少的一侧。对于不对称焊缝的钢结构，应先焊焊缝少的一侧，后焊焊缝多的一侧。这样可使后焊的变形足以抵消先焊一侧的变形，以减少结构总体变形。④采用不同的焊接顺序控制焊接变形。对于钢结构中的长焊缝，在可能的情况下将连续焊改成分段焊，并适当地改变焊接方向，可使局部焊缝造成的变形适当减少或相互抵消，以减少结构总体变形。
（2）反变形：焊前将建筑钢结构装配成具有与焊接变形方向相反、大小相等的预先反变形，以抵消结构焊后形成的变形。例如，为了防止工字梁上下盖板焊后产生角变形，可在焊前使用油压机或折边机将其盖板预先反向压弯。
（3）刚性固定：焊接时在没有反变形的情况下，利用外加刚度约束来固定构件，限制其焊接变形的方法。例如，可采用裝焊胎卡具等增加钢结构在焊接时的刚度，以减小变形。
（4）热平衡法：对于某些焊缝不对称布置的建筑钢结构，焊后往往会产生弯曲变形。如果在结构上与焊缝对称的位置上采用气体火焰与焊缝同步加热，只要加热的工艺参数选择适当，就可以减少或防止结构弯曲变形。
（5）合理地选择焊接方法和焊接工艺参数。选用热量集中、热影响区较窄的CO2气体保护焊、MAG焊、等离子弧焊等焊接方法代替气焊、焊条电弧焊，可减小建筑钢结构焊接变形；选用较小的焊接热输入及合适的焊接工艺参数，可减小钢结构受热范围，从而减小焊接变形。
（6）提高建筑钢结构板材平整度和构件组装精度：对于较长建筑钢结构的扭曲，主要靠提高钢结构板材平整度和构件组装精度，来使坡口角度和间隙准确，电弧的指向对中准确，以使焊缝角变形和翼板及腹板纵向变形值与钢结构长度方向一致，以减小钢结构的扭曲变形。
五、结语
焊接工序是钢结构产品形成的主要阶段，加强其生产加工质量的控制，也将会使整个钢结构工程的质量有所保障，同时对于钢结构制造质量控制水平的提高也都更有帮助。因此如何提高建筑钢结构的施工质量是值得我们重视的。
参考文献：
[1]孙绍武.建筑钢结构连接与安装技术研究[J].科技传播.2011（14）
[2]龚海龙，侯舒兰.钢结构稳定性设计的研究与分析[J].科技传播.2010（13）
[3]刘永军.钢结构工程焊接中的缺陷及补救方法[J].中国高新技术企业.2013（28）
【关键词】 钢结构工程；焊接质量；控制措施
一、钢结构特点
目前在建筑施工领域，绝大多数的大跨度空间结构都是由比较复杂的钢结构组成的，这些结构的出现特别是管状钢结构的使用正成为一种趋势。灵活多变的钢结构节点构造和不断加大的钢板厚度使得钢结构适用于许多复杂环境，很多新型金属材料也不断涌现，从低碳钢发展到高强合金钢、铸钢等，近年来，钢结构网架也逐渐应用了铝合金材料。
二、钢结构焊接难点
1、多角度全方位高空焊接。钢结构复杂的体型及繁琐的节点位置和构造决定了现场焊接工作的操作点多、操作面广、操作量大以及需进行多角度全方位和高空焊接施工的难点。
2、应力大，接头处易产生质量缺陷。钢结构施工中的节点复杂、板厚加大等导致焊缝密集甚至出现立体交叉最终导致焊接接头刚性约束大的后果，使焊缝不能自由收缩而导致双向甚至三向产生应力，因此在很大程度上增加了焊接接头产生裂纹和层状撕裂的可能性。
3、工艺不完善。复杂结构及新型材料的使用，相应需要更新焊接工艺，不断提出新的挑战。
三、改进焊接工艺的措施
1、减少焊缝截面积。在焊接施工过程中若出现凸出很高的焊缝，其多出的焊缝金属并不能提高许可强度，反而增加了应力集中系数。
2、多层多道焊接。施工中应坚持焊缝数量愈少愈好的原则，并在每条焊缝内尤其是在厚板焊接时采用多层多道焊接。
3、焊缝平衡。应尽量保证焊缝对称，并要靠近中和轴施焊，实现一个收缩力对另一个收缩力相互平衡以有效控制减少变形。
4、逆向回焊法。若焊接的总进程为从左到右，则施焊过程中每个焊缝应从右到左，即分段侧焊。
5、反变形法。采取在施焊前将需焊接构件刻意偏置的方法来有效利用收缩力，诸如将某些组合在焊接前装偏，待焊接时其预偏量能够恰好回到所需位置，或用机械方法产生反向力来将构件进行弯曲或预拱以抵消收缩力。
6、采用反力平衡收缩力。采用夹具产生的约束力或构件装配为组件时的约束力以及构件在重力作用下产生的拱度等所产生的反力来平衡焊接过程中产生的收缩力。其中夹具法是将同等焊接件背靠背紧夹在一起后用夹具将其夹好，待其焊接完成并冷却后将夹具松开。
7、锤击法。锤击法也是消除收缩力的方法一种，其本质是在焊缝上施加外力的方法将焊缝变薄变长来消除残余应力，在锤击过程中应坚持“在一定层面温度中锤击、在一定频率下锤击、在一定力道下锤击”和“焊道根部不锤、等材不锤、焊道表面不锤”的“三锤、三不锤”原则。
8、合理布置焊缝。对焊缝进行合理布置避免焊缝间距离太近现象，当材料尺寸与零件长度尺寸不同应尽量减少或不做拼接焊缝的措施来减少焊接应力集中和焊接变形。
9、选择适用的焊接方式。钢结构焊接过程中交流点焊机适用于普通刚才焊接，直流点焊机则适用于要求较高的钢材焊接，埋弧焊和自动焊则适用于梁柱较长的对角或角焊缝，CO气体保护焊则适用于要求较高的薄钢板结构焊接。
四、钢结构工程焊接质量的控制措施
（一）充分做好施工前的准备工作
1、做好施工图纸的审核工作
进行图纸会审的技术人员应熟悉与工程相关的工艺技术要求及规范标准。在进行图纸的审核时，应全力减少图纸问题避免其对工程的质量和进度产生影响。
2、完善施工组织的设计方案
施工组织设计的优劣会对工程质量和进度造成直接嚴重影响。因此在施组应着重完善工程中新工艺的应用、施工计划的具体安排、对工程项目的针对性及控制质量、进度的措施和方法，特别是要编制科学合理的施工工艺流程，确保工程的顺利实施。
（二）焊接变形与应变的控制
在钢结构的焊接过程中，焊接变形和应力是无法避免的，变形和应力会影响焊接接头的强度和焊接结构的尺寸精度，且会对焊接构件的承载能力产生影响。小的变形需要花费人力物力对构件矫正和修复，大的变形影响可能会导致构件报废。
1、焊接变形的控制
焊接时应减少尽量减少焊缝截面积，施焊量能满足连接强度要求即可。有效的焊脚尺寸决定着焊缝的强度，而凸出很高而多余的焊缝金属，不但不能提高焊缝的许可强度，还会增大应力集中系数同时消弱了坡口的综合性能。对厚板和对接焊缝，为减少焊缝金属量可采用U型刨边以形成U型坡口。
焊缝的数量越少越好，且每一条焊缝都应进行多道多层焊，并特别注意厚板的焊接。焊缝的布置应靠近中和轴施焊，尽可能对称，环绕着中和轴的焊缝要达到平衡，以此来减少变形。
在施焊时，采用逆向回焊法进行施焊，即每一条的施焊顺序与焊接总进程的顺序相反。因为在每道施焊后，沿着焊缝板内侧的热量会使该处发生膨胀，从而导致两板暂时分开，而热量从板的内侧扩散到板的外缘的膨胀会使两板合拢起来。
反变形法。即焊接前有意将构件偏置，通过机械方法产生的反向力与焊接收缩力相互抵消。对施焊的顺序进行合理的安排也会有利于收缩力的平衡，对结构的不同部位安排合理的施焊顺序，能够使已焊的收缩力来抵消某一处的收缩力。
2、焊接残余应力的控制
对焊接残余应力的有效控制，应注意减少焊缝的尺寸、降低焊件的刚度并创造焊件自由收缩的条件、减少焊缝的拘束度及采取合理的焊接顺序。
3、焊接裂纹的防治
防止热裂纹的产生应注意合理的选择材料以此控制焊缝的化学成分，降低易于偏析的化学元素。而防止冷裂纹的产生应注意合理的进行焊前的预热以及施焊后的缓冷，从而改善焊接接头的组织并改善焊缝。 4、做好焊缝质量的检查
焊缝质量的检查包括对其表面形状、焊缝尺寸及其表面缺陷的检查。表面形状的检查指焊缝的连接点、截面的不规则、焊缝弧坑的处理情况及焊脚的不规则形状等。焊缝尺寸指对接焊缝的宽度、余高及角焊缝的焊脚的尺寸等。焊缝表面的缺陷指焊接产生的裂纹、焊瘤、咬边及弧坑气孔等。
（三）钢结构焊接变形的预防
1、在建筑钢结构焊接节点构造设计时，应注意以下几点：
（1）焊缝位置应避开高应力区：焊缝区的应力越大，则钢结构越容易产生焊接变形及焊缝裂纹。
（2）焊缝位置应对称于构件截面的中性轴：焊缝位置尽可能对称于构件截面的中性轴，或者尽量靠近中性轴，这对减少梁、柱等一类钢结构的挠曲变形有良好的效果。
（3）尽量减少焊缝的数量、尺寸：钢结构中焊缝数量越多、尺寸越大，焊接热源对结构的热输入就越大，产生的焊接变形也就越大。因此在设计钢结构节点构造时，应力求减少焊缝数量和尺寸。
（4）采用刚性较小的节点形式，避免焊缝集中和双向、三向相交，这样可减小焊缝交叉点处或焊缝集中处的热量及应力，从而减小焊接变形。
（5）便于焊接操作，避免在仰焊位置施焊：在建筑钢结构加工制作时，应尽量避免将焊缝置于仰焊位置施焊，以利于操作和保证焊接质量。无法避免时，应要求焊工掌握全位置焊接的操作技能。
（6）不同的建筑钢结构节点形式，对焊缝设置应有不同的要求。例如，焊接组合箱形梁、柱的纵向角焊缝，宜采用全焊透（应采用垫板单面焊）或部分焊透的对接与角接组合焊缝；箱形梁与隔板的焊接，应采用全焊透焊缝。
2、对不同的节点构造及焊缝形式，采取适当的焊接工艺措施。
（1）采用合理的装配-焊接顺序：①应将钢结构尽可能先装配成整体再焊接。这样可增大钢结构焊接时的刚性，以减少变形。以工字梁为例，先整体装配再焊接，其焊后的上拱弯曲变形，要比边装边焊顺序所产生的弯曲变形小得多。②对称焊缝应采用对称焊接法。一般先焊的焊缝由于结构刚度较小易使结构产生变形。所以，对截面形状、焊缝布置均匀对称的钢结构件，应采用对称焊接施工。③不对称焊缝应先焊缝少的一侧。对于不对称焊缝的钢结构，应先焊焊缝少的一侧，后焊焊缝多的一侧。这样可使后焊的变形足以抵消先焊一侧的变形，以减少结构总体变形。④采用不同的焊接顺序控制焊接变形。对于钢结构中的长焊缝，在可能的情况下将连续焊改成分段焊，并适当地改变焊接方向，可使局部焊缝造成的变形适当减少或相互抵消，以减少结构总体变形。
（2）反变形：焊前将建筑钢结构装配成具有与焊接变形方向相反、大小相等的预先反变形，以抵消结构焊后形成的变形。例如，为了防止工字梁上下盖板焊后产生角变形，可在焊前使用油压机或折边机将其盖板预先反向压弯。
（3）刚性固定：焊接时在没有反变形的情况下，利用外加刚度约束来固定构件，限制其焊接变形的方法。例如，可采用裝焊胎卡具等增加钢结构在焊接时的刚度，以减小变形。
（4）热平衡法：对于某些焊缝不对称布置的建筑钢结构，焊后往往会产生弯曲变形。如果在结构上与焊缝对称的位置上采用气体火焰与焊缝同步加热，只要加热的工艺参数选择适当，就可以减少或防止结构弯曲变形。
（5）合理地选择焊接方法和焊接工艺参数。选用热量集中、热影响区较窄的CO2气体保护焊、MAG焊、等离子弧焊等焊接方法代替气焊、焊条电弧焊，可减小建筑钢结构焊接变形；选用较小的焊接热输入及合适的焊接工艺参数，可减小钢结构受热范围，从而减小焊接变形。
（6）提高建筑钢结构板材平整度和构件组装精度：对于较长建筑钢结构的扭曲，主要靠提高钢结构板材平整度和构件组装精度，来使坡口角度和间隙准确，电弧的指向对中准确，以使焊缝角变形和翼板及腹板纵向变形值与钢结构长度方向一致，以减小钢结构的扭曲变形。
五、结语
焊接工序是钢结构产品形成的主要阶段，加强其生产加工质量的控制，也将会使整个钢结构工程的质量有所保障，同时对于钢结构制造质量控制水平的提高也都更有帮助。因此如何提高建筑钢结构的施工质量是值得我们重视的。
参考文献：
[1]孙绍武.建筑钢结构连接与安装技术研究[J].科技传播.2011（14）
[2]龚海龙，侯舒兰.钢结构稳定性设计的研究与分析[J].科技传播.2010（13）
[3]刘永军.钢结构工程焊接中的缺陷及补救方法[J].中国高新技术企业.2013（28）