钢结构行业发展与焊接技术应用交流研讨会
AV?一根焊条所焊焊缝的长一根焊条的长度（除焊度条头）
六、GMAW,FCAW-G采用大流量、大规范焊接Q460E，Q345GJD（导板）在现场施工获得成功。
（一）防风试验
在施工现场能否大规模应用GMAW,FCAW-G技术是工程界普遍关注的问题，其核心是防风能力。从理论上分析采用二氧化碳大流量气体保护可以提高防风能力，于是我们进行了防风试验。
（二）现场应用（规范）
根据防风试验我们确定了以下规范在现场应用获得成功。 七、低温焊接技术分析
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根据历年气象资料和工期安排，实现对结构初始应力控制有重要影响的合拢温度在5～6月份期间，也就是说占结构总量约1/2的桁架柱需在冬季施工，且多为厚板焊接。为了工程的正常进行，确保工程质量，应用正确的理论根据指导工程实际，制定合理的低温焊接规程，显得格外重要。因此低温焊接试验势在必行。
国家体育场钢结构工程为进行冬季施工，组织了一次规模很大的低温焊接试验。根据试验结果制定了低温焊接规程。在整个冬季施工过程的应用中，获得了成功，不仅保证了焊缝质量而且提高了焊缝的一次合格率。
7.1钢结构低温焊接对焊缝金属危害性
钢结构低温焊接对焊缝金属危害的直接表征就是出现裂纹和工作状态下发生脆断，其脆断机理受温度下降的速率变化而变化，其中有一定的客观规律。
（1）低温焊接条件下，焊缝的冷却速度较常温焊缝要快的多，直接后果是影响二次结晶的重要参数t8/5下降，随之出现淬硬组织，硬度增加，因此冷裂纹的敏感性也相应增加。
（2）在结构拘束度很大的前提下，焊缝的冷却速度过快，极易增加焊缝一次结晶的区域偏析，在较强的拉应力场作用下，在焊缝中心发生结晶裂纹，是热烈纹的一种形式。
（3）冷裂纹的延迟效应增加，焊缝金属在冷却过程中，游离氢的溶解速度降低，冷却的速度变快，氢逸出的时间变短，因此残留在金属中的比例增大，使冷裂纹的效应增加。延迟效应同残留在金属中的氢含量成正比。
（4）低温下发生脆断的可能性增加，特别是对焊缝进行快速加载时其危险性增加，这时，临界转变温度会上升，在拉应力和焊接残余应力的共同作用下（三向应力），结构的静荷载强度大幅降低，极大可能在远低于材料的σs 点的外力作用下发生脆断。比如：吊耳焊缝。
（5）预热效果变差，相同的温度，相同的预热时间，低温下的效果远比常温差焊缝的层间温度保持相对困难。
7.2低温焊接试验方案的设计
7.2.1低温焊接试验项目设计 母材 板厚 焊接 焊接 焊接 预热温度 焊后处序号 环境温度 材质 （mm） 方法 位置 材料 预热方式 理 -10℃±80℃/电保温缓DW1-1 Q345GJD 60 SMAW H CHE507 5℃ 加热 冷 -10℃±80℃/电保温缓DW1-2 Q345GJD 60 SMAW V CHE507 5℃ 加热 冷 -10℃±80℃/电保温缓DW1-3 Q345GJD 60 SMAW O CHE507 5℃ 加热 冷 DW1-4 Q345GJD 60 GMAW H JM58 -10℃±80℃/电保温缓
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5℃ -10℃±5℃ -10℃±5℃ -10℃±5℃ -10℃±5℃ -10℃±5℃ -10℃±5℃ -10℃±5℃ -10℃±5℃ -10℃±5℃ -10℃±5℃ 加热 冷 80℃/电保温缓加热 冷 80℃/电保温缓加热 冷 80℃/电保温缓加热 冷 保温缓/ 冷 保温缓/ 冷 保温缓/ 冷 保温缓/ 冷 保温缓/ 冷 保温缓/ 冷 保温缓/ 冷 DW1-5 DW1-6 DW1-7 DW2-1 DW2-2 DW2-3 DW2-4 DW2-5 DW2-6 DW2-7 Q345GJD Q345GJD Q345GJD Q345D Q345D Q345D Q345D Q345D Q345D Q345D 60 60 60 20 20 20 20 20 20 20 GMAW V JM56 FCAW-G H TWE711 FCAW-G V TWE711 SMAW SMAW SMAW GMAW GMAW H CHE507 V CHE507 O CHE507 H V JM58 JM56 FCAW-G H TWE711 FCAW-G V TWE711 试验板检验项目有外观检测、UT
检测、拉伸、弯曲、冲击（-20℃）、硬度六项。 7.2.2低温焊接试验项目设定原则
（1）试验材料：国家体育场钢结构主要用钢为Q345GJD、Q345D、Q345C三种，在冬季施工中主要为前两者。因此，设定低温焊接试验母材选择为Q345D 、 Q345GJD。在国家体育场钢结构现场冬季施工中，主结构板厚集中在60mm以上，同时次结构牛腿板厚主要在20mm左右。同时参考《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ80-2002）中有关焊接工艺评定的相关要求，确定试验材料的规格为Q345GJD60mm,Q345D20mm。
（2）焊接方法、焊接材料及焊接位置的选择参考国家体育场现场安装、拼装单位主要采取的SMAW、GMAW、FCAW-G焊接方法，使用的CHE507、JM58、JM56、TWE711四种材料，涵盖H（F）、V、O三种焊接位置，组合了上述14组试验项目。特别说明，上述四种焊接材料的抗冷裂性能较好。焊缝金属的性能取决于组织形态和组成。在焊材的选配上，以满足焊缝金属强韧性要求为指标，通过调整焊缝金属的微合金化的程度，同焊接规范相配合使焊缝金属产生针状铁素体而获得理想的焊缝强韧性，从而取得焊接工艺评定试验的成功，确保工程实体质量。
（3）环境温度设定：根据历年气象资料显示，北京地区近年的低温平均水平在
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-15℃左右，同时考虑操作人员在低温环境下的承受能力，确定为-10℃为试验基本温度。在试验期间，增加气温变化幅度±5℃。
（4）预热参数确定：根据理论分析，低温焊接施工着重的要点是预防冷裂纹的出现。预热是防止冷裂纹的有效措施，预热的目的主要是为了增加热循环的低温参数t100 ，使之有利于氢的充分扩散溢出。预热温度的选择视施焊环境温度、钢材强度等级、焊件厚度或坡口形式，焊缝金属中扩散氢含量等因素而定，预热温度过高，一方面恶化了施工环境，另一方面在局部预热的条件下，由于产生附加应力，产生冷裂，同时会使板状铁素体形成，因此不是预热温度越高越好。根据《建筑钢结构焊接技术规程》中对于钢材最低预热温度规定Q345GJDδ=60mm最低预热温度为80℃，Q345Dδ=20mm可以不预热但需要烘干焊接区域内的水分，故而，试验项目中Q345钢60mm确定的预热温度为80℃。
（5）焊接工艺参数设定：冷却条件的改变影响相变，同时也影响扩散氢的逸出和焊接应力的改变，因此焊接相变特征与焊接裂纹之间有重要的联系。焊接热影响区的组织取决于钢材的化学成分和焊接的冷却条件，热影响区的冷裂纹大多数在马氏体内部产生，焊接区冷却速度过大易产生马氏体组织。控制冷却速度，防止大量马氏体产生对于防止冷裂纹的产生是有利的。在掌握母材焊接热影响区及焊缝的相变化的规律的基础上，根据经验公式计算焊接工艺参数，是该次试验工艺参数确定的原则。
（6）焊后处理措施：由于液-固态氢溶解度不同，在结晶温度下液态溶氢量是固态时的4倍以上溶氢较多的半溶化晶界起了“通道”作用，氢很容易沿着该通道从焊缝——熔合区——热影响区扩散。有关学者采用录像的方法拍摄了氢的瞬时逸出动态，深入研究了焊接区域氢的微观分布。发现焊后10min时氢气泡大量逸出，焊后60min时，已有相当数量的氢聚集在熔合区附近，特别是在焊缝根部熔合区。由于焊缝根部应力集中，使根部熔合区处拘束应力最大，氢大量扩散聚集之后，根部熔合区极易产生延迟裂纹。在焊接试板时，为检验扩散氢在该焊接工艺条件下的溢出能力，采取了焊后紧急保温的办法。
7.3低温焊接试验结果分析 7.3.1试验环境温度及天气情况 环境温度（℃） 序号 1 2 试板编号 Tmax DW2-4，DW2-7 DW2-1，DW2-2，DW2-5，DW2-6，DW1-7 -9.5 -10 Tmin -10 -15 -10 -6 大风 中雪，大风 小雪，大风 大风 天气 3 DW1-1，DW1-2，DW1-4，DW1-5，DW1-6，*DW -5 4
DW1-3，DW2-3，DW2-5，DW2-6 -5 24
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7.3.2试板外观及超声检测结果分析
按照《建筑钢结构焊接技术规程》中相关要求，对试板进行外观和UT检测。外观采用5倍放大镜检查未发现表面气孔、夹渣、未熔合、焊瘤、裂纹等缺陷，外观成型良好，余高0～3mm，全部合格。依据《钢焊接接头超声检测标准》GB/T11345-89BⅠ合格进行探伤，未发现气孔、夹渣、裂纹等超标缺陷，试板全部合格。 通过UT检测，充分说明试验采取的工艺条件即预热措施、焊后保温措施对防止焊接裂纹产生的有效性。
有关学者通过试验证明，氢的聚集开始于焊接区冷却到150~200℃时，在焊后1～2h氢聚集到最大值，然后逐渐耗散，氢聚集的位置主要在熔合区有缺口效应的部位，冷却到100℃后焊接区域的残余扩散氢才是真正诱发裂纹的氢含量。焊后采取的紧急保温缓冷措施，减缓焊缝冷却速度，使焊缝温度持续100℃左右保持一段时间，有效地保证了焊缝中氢的溢出。由于焊缝表面质量良好，没有应力集中点，熔合区缺口效应程度大大降低甚至消除。同时试板焊接时为自由状态，焊缝周围没有应力场存在。裂纹产生的基本条件不再成立。这就为冬季施工提供了理论依据。
7.3.3试板力学性能检测结果分析
所有试板综合力学性能检验全部合格。为了更加直观比较低温环境对焊接接头综合力学性能的影响，增加Q345GJDδ=60mm低温和常温环境焊接接头力学指标的对比。
焊接位置 焊接方法 焊接材料 H GMAW JM58 60 80 V GMAW JM56 60 80 V SMAW CHE507 60 80 O SMAW CHE507 60 试板弯曲试验结果
试板按照弯心直径30mm，弯曲角度180° ，试板弯曲试验全部合格。 试板拉伸试验比较分析
在相同的焊接位置、采用相同的焊接方法和相同的焊接材料，在常温和低温环境下，试板抗拉强度全部合格，但Q345GJDδ=60mm的屈服强度常温环境比低温环境高约
板厚（mm） 80 环境条件 常温 低温 常温 低温 常温 低温 常温 低温 评定结论 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 25