简析钢结构二氧化碳气体保护焊在钢结构施工中运用

论文导读：焊进行了分析对比，结果表明，虽手工电弧焊有设备简单、操作方便、适应性强、应用广泛的特点，但是由于它能耗高、焊后焊接变形大、焊接效率低等缺点，不能满足现场施工的需求，因此项目在四大标建的施工中采用先进的二氧化碳气体保护焊来完成主体结构的焊接工作。图1四大标建结构图（左侧：天人长安塔；上中：植物展览温
【摘要】二氧化碳气体保护焊是以二氧化碳气隔绝空气，保护熔池的一种先进的焊接方法，其具有焊接成本低、操作方便、焊接效率高、焊接质量高等多种优点，因此其在建筑领域钢结构施工中的应用越来越广泛。本文主要介绍二氧化碳气体保护焊在西安世界园艺博览会四大标建中针对中厚板的焊接中的应用、焊接参数的选择及焊接工艺的制定。
【关键词】二氧化碳气体保护焊 中厚板焊接 钢结构

Application of carbon dioxide gas shielded arc welding in steel construction.
Qi JianguoGong Guangning Zhou Baoping
Abstract: Carbon dioxide Gas Shielded arc welding is an advanced welding method of isolating the air using carbon dioxide and protecting the molten pool. It has advantages in reducing welding cost, easily operating and improving welding efficiency and quality. Therefore this method is more and more widely used in steel construction in construction sector. This article mainly introduce two important parts: one is the application of welding middle and thick steel in four construction standards in Xi’an World Gardening Exposition; the other is the selection of welding references and formulation of welding technology.
Key words: Carbon dioxide Gas Shielded arc welding;medium thickness plate;steel structure

1、工程情况介绍

2011西安世界园艺博览会四大标志性建筑分别为天人长安塔、创意自然馆、主入口大门及植物展览温室四个建筑单体，其中除天人长安塔为钢框架结构外，其余三个单体均为空间异型钢架体系。钢材材质除主入口大门桥面钢梁为Q345C之外，其余均为Q345B，焊接板厚为8~35mm的中厚板。复杂的结构设计、新颖的建筑造型注定对焊接质量要求高；焊接工程量大、紧张的工期计划也对焊接效率提出了很高的要求。针对此项目人员将手工电弧焊与二氧化碳气体保护焊进行了分析对比，结果表明，虽手工电弧焊有设备简单、操作方便、适应性强、应用广泛的特点，但是由于它能耗高、焊后焊接变形大、焊接效率低等缺点，不能满足现场施工的需求，因此项目在四大标建的施工中采用先进的二氧化碳气体保护焊来完成主体结构的焊接工作。
图1四大标建结构图
（左侧：天人长安塔；上中：植物展览温室；上右：创意自然馆；下方：主入口大门）

2、二氧化碳气体保护焊对本工程的适用性

（1）二氧化碳气体保护焊焊接质量好，焊接变形小，适合本工程结构复杂，造型新颖，对安装精度要求高的焊接任务；本工程中四个单体结构各异，尤其是植物展览温室，节点外伸牛腿多，且牛腿方向各不相同，焊接变形过大势必会影响到节点牛腿与温室圆管钢柱的对接精度，此不仅影响到现场的施工效率，且对建筑美观有一定的影响。由于二氧化碳气体保护焊焊缝含氢量少，焊接机械性能好，且电弧热量集中，焊接构件受热面积小，造成的焊接变形也小，因此可有效满足工程对焊接要求高的特点。
图2植物展览温室节点与圆管柱连接及单个节点构件图
（2）焊接效率高，适用本工程焊接工程量大、工期紧张的特点。西安世界园艺博览会四大标建工程总用钢量约10000吨，且结构多为焊接连接或者栓焊连接的刚性节点。尤其在天人长安塔建筑中，钢柱、梁构件多达3000余件， 连接形式均为钢柱的对接焊接连接、钢梁与钢柱的栓焊连接，焊接工程量大；四大标建施工周期为7个月，且各单体开工时间均不同，因此单个单体的施工时间极为紧张。由于二氧化碳气体保护焊焊接电流密度大，焊丝熔化率高，可连续进行焊接作业，因此其焊接效率是手工焊接的2~3倍，可有效节约现场施工工期，确保工程的顺利完工。
（3）二氧化碳气体保护焊具有同手工电弧焊同样的方便灵活、操作简单、可进行全位置焊接的优点，极为方便的满足了项目焊接过程多样性的特点。比如，可同时满足天人长安塔的对接焊缝横焊与立焊，植物展览温室的节点的相贯线焊接及仰焊，主入口大门桥面钢梁的平焊等多种焊缝和焊接方式。
图3柱、梁对接水平焊缝及空间圆管对接相贯线焊接
（4）成本约占手工电弧焊成本的40%~50%，一次性投入可长期使用。二氧化碳气体来源广泛且低，同时焊前对水、油渍等敏感长度比较低等特点也是现场广泛应用的主要原因。

3、焊接参数的选择

合理的选择焊接参数可以达到焊接过程稳定，飞溅小，焊接质量无气孔、夹渣、裂纹等质量缺陷，焊缝外观饱满等效果。在焊接参数确定过程中本工程从以下几方面进行了确定。
（1）焊丝及焊丝直径选择
本工程焊接板厚在8~35mm之间，其中绝大多数板厚在25mm以内，少数为25~35mm之间，在焊丝及焊丝直径选择过程中结合原材化学成分分析报告、车间制作焊接工艺评定报告并按照等强匹配与等韧性匹配的原则，结合现场所购置的焊接设备输出功率，确定现场使用的焊丝型号为ER50-6，焊丝品牌为天津大桥，焊丝直径为Ф

1.2mm。

图4焊丝化学成分分析
（2）焊接电流、电弧电压的选择
现场论文导读：
焊接采用直流反接的接入方式，即构件为阴极，焊丝为阳极，其特点是摘自：本科论文www.7ctime.com
电弧稳定，飞溅小，熔深大。电流大小主要由焊接板厚，焊丝直径，坡口形式等确定。电弧电压会直接影响到焊接过程的稳定，对焊缝的质量和力学性能有很大的影响。因此在选择焊接参数的时候，一定要做到焊接电流与电弧电压的相匹配。本项目根据所使用焊机，在焊接电流和电弧电压的选择参数如下：
表1二氧化碳气体保护焊（平焊）参数选择表


表2二氧化碳气体保护焊（横、立焊）参数选择表


（3）焊接速度
焊接速度对焊缝的焊接质量和外观质量均有一定的影响，焊速过快，会使熔深降低，二氧化碳气体保护不严密，容易产生未焊透等质量缺陷。焊速过慢，容易出现焊穿、焊接变形大等缺陷。按照焊丝熔化速度与焊接电流约成正比关系，本工程焊接过程中送丝速度为5~

5.5mm/s，焊接速度每道为40~50cm/min。

（4）焊丝伸出长度
焊丝伸出长度与焊接电流、焊丝直径等有关，一般控制在焊丝直径的10~15倍。