第1章 建筑鋼結構焊接概述

1.1 發展歷程

鋼結構具有輕質高強、抗震性能好、施工周期短、綠色環保、便于工業化生產及可循環利用等優點，屬于典型的綠色環保節能型結構，符合我國循環經濟和可持續發展的要求。焊接作為鋼結構制造和安裝的核心工序，是決定超高層大跨度鋼結構建筑施工效率和可靠性最為重要的因素之一。

焊接技術最早出現在19世紀初的西方國家。在工程應用方面，1931年焊接工藝被用于制造帝國大廈的鋼結構（見圖1-1），1933年電弧焊工藝被用于舊金山金門大橋、長輸管道（見圖1-2、圖1-3）的制造中。

圖1-1 帝國大廈

我國鋼結構行業于20世紀40年代引入焊條電弧焊，50年代中期從蘇聯引進埋弧焊接技術。從20世紀60年代后期開始，冶金工程出現了16Mn鋼材，焊機開始大量采用AX系列直流焊機，采用低氫型堿性焊條，研究和發展碳弧氣刨，人們開始重視焊接技術。

20世紀70年代以后，由于建筑鋼結構箱形構件及中厚板的廣泛使用，又陸續試驗并成功應用實心焊絲和藥芯焊絲CO₂氣體保護焊、埋弧雙絲焊、埋弧三絲焊、熔嘴電渣焊及螺柱焊等焊接技術。這些焊接技術的發展為現代建筑鋼結構的焊接提供了技術支持，尤其是氣體保護焊在建筑鋼結構中的使用，極大地提高了焊接的生產效率，縮短了工期，創造了更好的經濟效益。

圖1-2 舊金山金門大橋

圖1-3 第一條使用電弧焊工藝焊接的長輸管道

在工廠焊接方面，1979年，北京建筑研究總院與武鋼金屬結構廠合作，建立了國內第一條焊接H型鋼生產線，H型鋼高度為300～1200mm，翼緣板厚達40mm，采用埋弧焊焊接；1985年，北京建筑研究總院又與中國二十冶集團有限公司合作，建立了國內第一條輕型焊接H型鋼生產線，H型鋼高度為150～1000mm，腹板厚度14mm以下，并可焊接變截面H型鋼，采用雙頭CO₂氣體保護自動焊，工效是常用埋弧焊的2～3倍，是焊條電弧焊的4～5倍，焊接變形小。對于H型鋼4條主縫的焊接，中、薄板一般使用雙頭CO₂氣體保護自動焊，中、厚板一般采用船形位置單絲埋弧焊或雙絲貼角埋弧焊，然后進行翼緣機械矯平，可矯平翼緣板厚度為10mm，寬度為200～800mm，高度不限。焊接H型鋼及輕型焊接H型鋼生產線投產后顯著提高了生產率及經濟效益。在完成寶鋼集團自備電廠、煉鐵廠、冷軋廠，以及秦皇島煤炭運輸碼頭、礦井支護和輕鋼房屋等工程的數萬噸鋼結構工程中發揮了重要作用。1986年，上海冶金金屬結構廠從美國CONRAC公司引進LEUNARD自動鋼梁焊機（龍門架式），集三塊板組裝、焊接、翼緣矯正于一體，采用雙絲貼角埋弧焊，焊接電源采用林肯公司硅整流焊機，前絲配直流電源（DC1500），后絲用交流電源（AC1000），焊絲為林肯公司的L-66、L-61，相當于我國的H08MnA和H08A，但其S、P含量更低，規格為?3mm、?4mm及?4.8mm，焊劑為美國林肯牌號780和860。780用于單絲焊，860用于雙絲焊。可焊接H型鋼高度203～3658mm，腹板厚度6～102mm，翼緣板厚度6～102mm，寬度102～762mm，長度24m，焊接速度15～60m/h可調。

在現場焊接方面，改革開放之前使用焊條電弧焊，生產效率低，對焊工的技術水平要求也高。從20世紀80年代開始，逐漸推廣選用CO₂氣體保護焊（實心焊絲或藥芯焊絲）半自動焊接，如今已成為建筑鋼結構現場首要焊接方法，大大提高了焊接效率和焊接質量。