钢结构焊接工程

（一）钢结构焊接工程
1、一般规定
（1）适用范围
本章内容适用于钢结构制作和安装过程中的钢构件焊接和焊钉焊接工程施工。

适用于单层、多层和高层框架结构、网架等工业与民用建筑和一般构筑物的钢结构工程中，钢材厚度大于或等于3mm的碳素结构钢和低合金高强度结构钢的焊接。

适用的焊接方法包括手工电弧焊、气体保护焊、自保护焊、埋弧焊、电渣焊、气电立焊、栓钉焊及相应焊接方法的组合。

（2）焊缝等级
<1>焊缝质量等级：是由设计确定的对焊缝质量要求的等级。

按《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的规定，焊缝质量等级分为一级、二级和三级。

对一级焊缝的质量要求最高，对其在无损检测方面的要求为：100%超声波探伤，达到评定等级Ⅱ级为合格；对二级焊缝的质量要求次之，对其在无损检测方面的要求为：进行20％的超声波探伤，达到评定等级皿级为合格；对三级焊缝的质量要求较低，对此焊缝没有无损检测要求（仍有外观质量要求和焊缝尺寸要求）。

对于在加工制作过程中因钢材接长等原因而产生的工艺焊缝等级，
应参照同类构件确定，或与设计单位和监理协商确定。

<2>评定等级：是采用一定的检验方法对已焊接完成的焊缝进行检验，按有关标准的规定评定出来的质量等级。

评定等级代表焊缝的实际质量水平。

《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》GB11345和《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》GB3323把评定等级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级，Ⅰ级表示质量最好，Ⅳ级质量最差。

<3>检验等级：是对无损探伤的技术完善程度的要求。

超声波探伤的检验等级分为A、B、C级，C级最高；射线探伤的检验等级分为A、AB 和B级，B级最高。

级别越高，技术难度越大。

对于建筑钢结构，一般规定超声波探伤为B级，射线探伤为AB级。

（3）钢结构工程焊接制作与安装单位应具备条件
<1>应具有国家认可的企业资质，建立了焊接质量管理体系。

<2>对焊接技术难或较难的大型及重型钢结构、特殊钢结构工程，施工单位的焊接技术责任人员应由中、高级焊接技术人员担任。

<3>应具备与所承担的焊接技术难易程度相适应的焊接方法、焊接设备、检验和试验设备。

<4>属计量器具的仪器、仪表应在计量检定有效期内。

<5>应具有与所承担工程的结构类型相适应的焊接作业指导书、焊接工艺评定等技术文件。

<6>特殊结构或采用强度等级超过390MPa的钢材、新钢种、特厚材料及焊接新工艺的钢结构工程的焊接制作与安装企业应具备焊接工艺试验室和相应的试验人员。

（4）建筑钢结构焊接有关人员的资格应符合规定
<1>焊接技术责任人应接受过专门的焊接技术培训，取得中级以上技术职称并有一年以上焊接生产或施工实践经验。

<2>焊接质检人员应接受专门的技术培训，有一定的焊接实践经验和技术水平，并具有质检人员上岗资质证。

<3>无损探伤人员必须由国家授权的专业考核机构考核合格，其相应等级证书应在有效期内；并应按考核合格项目及权限从事焊缝无损检测和审核工作。

<4>焊工应按规定考试合格，取得资格证书，持证上岗。

气体火焰加热或切割操作人员应具有气割、气焊上岗证。

<5>与各种钢材相匹配的焊接材料的选用由设计确定。

不同强度等级的钢材相焊，当设计无规定时，可采用与低强度钢材相适应的焊接材料。

（5）特殊措施
焊接结构是否需要采用焊前预热或焊后热处理等特殊措施，应根据材质、焊件厚度干焊接工艺、施焊时的气温以及结构的性能要求等综合因素来确定。

参加焊前预热或焊后热处理工作的人员应具备相应的专业
技术。

用电加热设备加热时，其操作人员应经过专业培训。

（6）焊工钢印
焊缝施焊后，焊工应在工艺规定的部位打上焊工本人的钢印。

（7）遵守国家现行规定
钢结构的焊接必须遵守国家现行的安全技术、劳动保护和环境保护等有关规定。

2、钢构件焊接工程
（1）施工准备
1）技术准备
1焊工培训、持证上岗
焊工必须经考试合格并取得合格证书。

持证焊工必须在其合格项目及其认可范围内施焊。

焊工考试应执行现行《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的规定。

焊工合格证应注明技能考试施焊条件、合格证有效期限。

焊工停焊时间超过六个月，须重新考核。

对从事高层、超高层及其他大型钢结构构件制作及安装焊接的焊工，还应根据钢结构的焊接节点形式、采用的焊接方法和焊工所承担的焊接工作范围及操作位置，确定附加考试类别，进行附加考试。

2焊接工艺评定
(1)凡符合以下情况之一者，应在钢结构件制作及安装施工之前进行焊接工艺评定：
1)国内首次应用于钢结构工程的钢材（包括钢材牌号与标准相符但微合金强化元素的类别不同和供货状态不同，或国外钢号国内生产）；
2)国内首次应用于钢结构工程的焊接材料；
3)设计规定的钢材类别、焊接材料、焊接方法、接头形式、焊接位置、焊后热处理制度以及施工单位所采用的焊接工艺参数、预热后热措施等为施工企业首次采用。

(2)焊接工艺评定应按现行《建筑钢结构焊接规程》JGJ81的规定进行。

焊接工艺评定完成后，应由评定单位根据检测结果提出焊接工艺评定报告，连同焊接工艺评定指导书、评定记录、评定试样检验结果一起报工程质量监督验收部门和有关单位审查备案。

(3)对已采用过的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理工艺等，须具有“焊接工艺评定报告”。

(4)焊接工艺是由焊接方法、母材材质、母材规格、焊接材料的规格型号、焊接位置、接头形式、预热、后热、焊后热处理制度、工艺参数等诸多因素形成的。

在《建筑钢结构焊接规程》JGJ81中，对焊接工艺评定结果的替代原则和应用限制做出了具体规定，并把钢材按焊接性能分为4个类别。

常用钢材分类（根据JGJ81）
3制定焊接工艺文件（包括焊接分项工程施工方案、焊接作业指导书、焊接工艺卡等）。

(1)应由焊接技术负责人员根据焊接工艺评定结果编制焊接工艺文件，经审批后，向有关操作人员进行技术交底。

(2)焊接工艺文件应包括下列内容：
1)焊接方法；
2)母材的牌号、厚度及其他相关尺寸；
3)焊接材料型号、规格；
4)焊接接头形式、坡口形状及尺寸允许偏差；
5)夹具、定位焊、衬垫的要求；
6)焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接层次、清根要求、焊接顺序等焊接工艺参数规定；
7)预热温度及层间温度范围；
8)后热、焊后消除应力处理工艺；
9)检验方法及合格标准；
10)其他必要的规定。

2）材料准备
1母材。

2焊接材料：包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。

3其他辅助性材料：包括引弧板、碳精棒等。

3）主要机具
1电焊机、焊条版箱、焊条保温筒、空气压缩机、手持式砂轮机等，以及预热、后热及焊后热处理设备（必要时）。

2各种机具的类型必须符合焊接工艺文件的要求，其性能要与规定的焊接工艺和焊接材料相适应。

4）作业条件
1施焊前，焊工应复查焊接坡口的尺寸和焊接接头的组对情况。

焊接接头的形式和尺寸应符合要求。

2焊接作业环境应符合如下要求：
(1)焊接作业区风速，当手工电弧焊超过8m/s,气体保护电弧焊超过2m/s时应搭设防风棚或采取其他防风措施。

制作车间内焊接作业区有穿堂风或鼓风机时，也应按以上规定设挡风装置。

(2)焊接作业区的相对湿度不得大于90%。

(3)当焊件表面潮湿或有冰雪覆盖时，应加热去潮除湿。

(4)焊接作业区的环境温度低于0℃时，应将构件焊接区各方向大于
或等于两倍钢板厚度且不小于100mm的范围内的母材，加热到20℃以上后方可施焊，且在焊接过程中均不应低于这一温度。

实际加热温度应根据结构特点、钢材类别及质量等级和焊接性、焊接材料熔敷金属扩散氢含量、焊接方法和焊接热输人等因素确定，其加热温度应高于常温下的焊接预热温度，并由焊接技术责任人员制订出作业方案经认可后方可实施。

作业方案应保证焊工操作技能不受环境低温的影响，同时对构件采取必要的保温措施。

焊接环境的温度和相对湿度应在距焊接构件500～1000mm测得。

焊接作业区环境超出本条规定但必须焊接时，应按照施工方案对焊接作业区设置防护棚。

防护棚的施工方案及低温焊接工艺措施和参数应事先报监理工程师确认。

3现场供电容量应符合焊接用电要求。

（2）材料质量控制
<1>母材夹层现象的处理：
<1.1>坡口边缘上钢材的夹层缺陷长度超过25mm时，应采用无损探伤检测其深度，如深度不大于6mm，应用机械方法清除；如深度大于6mm，应用机械方法清除后焊接填满；若缺陷深度大于25mm时，应采用超声波探伤测定其尺寸，当单个缺陷面积（a×d)或聚集缺陷的总面积不超过被切割钢材总面积（B×L）的4%时为合格，否则该钢板不宜使用。

<1.2>钢材内部的夹层缺陷，其尺寸不超过本款第一项的规定且位置离母材坡口表面距离（b）大于或等于25mm时不需要修理；如该距离小于25mm则应进行修补。

<1.3>夹层缺陷为裂纹时，如裂纹长度（a）和深度（d）均不大于50mm，如裂纹深度超过50mm或累计长度超过板宽的20%时，该钢板不宜使用。

夹层缺陷示意
<2>焊接材料的质量控制：
<2.1>焊条、焊丝、焊剂等焊接材料与母材的匹配应符合设计要求。

<2.2>如采用非设计规定的钢材或焊接材料时，必须经设计单位同意，同时应有可靠的试验资料和相应的工艺文件方可施焊。

<2.3>在使用焊接材料之前应仔细进行检查，凡发现有药皮脱落、污损、变质吸湿、结块和生锈的焊条、焊丝、焊剂等均不得使用。

实芯焊丝及熔嘴导管应无油污、锈蚀、镀铜层应完好无损。

焊接材料的保管宜执行《焊接材料质量管理规程》JB/T3323的规定。

<2.4>对于受潮、药皮变色、焊芯生锈的焊条须经版干后进行质量评定。

确认各项性能符合要求方可入库。

<2.5>库存期超过规定的焊条、焊剂，需经有关部门复验合格后方可发放使用。

复验时原则上以考核焊接材料是否产生可能影响焊接质量的缺陷为主，一般仅限于外观及工艺性能试验，但对焊接材料的使用性能有怀疑时，可增加必要的检验项目。

焊接材料规定保存期限自出厂日期始，可按下述确定：
<2.5.1>焊接材料质量证明书或说明书推荐的期限；
<2.5.2>酸性焊接材料及防潮包装密封良好的低氢型焊接材料为两年，其他材料为一年。

（3）施工工艺
1）钢结构常用焊接方法
①手工电弧焊
手工电弧焊亦称手弧焊或药皮焊条电弧焊，是一种使用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。

手工电弧焊的原理是利用焊条与工件间产生的电弧热将金属熔化进行焊接的。

焊接过程中焊条药皮熔化分解，生成气体和熔渣，在气体和熔渣的联合保护下，有效地排除了周围空气的有害影响，通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金反应、还原与净化金属，得到所需要的焊缝。

手工电弧焊是一种适应性很强的焊接方法。

它在建筑钢结构中得到广泛使用，可在室内、室外及高空中平、横、立仰的位置进行施焊。

它
所需的焊接设备简单，使用灵活、方便，大多数情况下焊接接头可实现与母材等强度。

适应于焊接钢种的范围广；最小可焊接钢板厚度为1mm。

手工电弧焊的缺点是生产效率低，劳动强度大，对焊工的操作技能要求较高。

② CO2气体保护焊
CO2气体保护焊是20世纪50年代发展起来的一种焊接技术，根据自动化程度分全自动CO2气体保护焊和半自动CO2气体保护焊两种，在建筑钢结构中应用的主要是半自动CO2气体保护焊。

目前它已发展成为一种重要的熔化焊接方法。

(1)CO2气体保护焊的特点和施焊要求
1)焊接成本低。

CO2气体是化工厂、制氧厂的副产品，价格低，故其成本只有手工电弧焊和埋弧焊的40%～50%。

2)生产效率高。

CO2气体保护焊多数是细丝，穿透能力强，熔深比手工电弧焊大，熔敷速度快，可减少施焊层数，不需要清渣，效率是手工焊的1～4倍，易于实现机械化和半自动化的焊接。

3)明弧焊。

CO2气体保护焊的电弧是可见的，能观察到焊接全过程，操作容易，可进行全位置焊接。

4)抗锈能力强、抗裂性好。

CO2气体保护焊熔渣较少，电弧气氛中的含氢量较易控制，可减少发生冷裂纹倾向。

5)焊后变形量小。

CO2气体保护焊的电弧在气流的压束下热量较集中，焊接速度快，熔池小，气体对焊缝区有冷却作用，热影响区窄，构件焊后变形较小。

6)气体纯度要求高。

CO2气体保护焊是利用CO2气体作为保护气体的一种电弧焊，气体的纯度将对焊接质量产生很大影响。

因此要求CO2气体的纯度必须达99.5%以上，含水量要小于0.0066%，对比较重要的焊接结构一般要求CO2纯度大于99.8%，必要时加人惰性气体Ar等气体形成棍合气体。

7)焊丝加工工艺复杂。

CO2气体保护焊需要焊丝的冶炼和拔制都较复杂，特别是药芯焊丝制造工艺较复杂。

焊丝质量的好坏将影响焊接质量。

8)送丝机构要稳定。

CO2气体保护焊对送丝系统的性能要求较高，要求稳定地输送焊丝，以保证焊接质量。

9)要有防风措施。

CO2气体保护焊是依靠从喷嘴里连续流出的一定量的气体将四周空气排开，机械地保护电弧和焊接区域，外界风速的增加，保护气流的弯曲或紊乱程度也越大，且空气很容易沿工件表面人侵熔池，因此一般CO2气体保护焊当风速大于2m/s时要采取防风措施。

(2)半自动气体保护焊焊机的组成
半自动CO2气体保护焊焊机一般由弧焊电源、送丝机构、焊丝、气
体等部分组成。

③埋弧焊
埋弧自动焊（半自动焊）简称埋弧焊（半自动埋弧焊）。

埋弧焊是电弧在颗粒状的焊剂层下，并在空腔中燃烧的自动焊接方法。

电弧的辐射热使焊件、焊丝和焊剂熔化、蒸发形成气体，排开电弧周围的熔渣形成一封闭空腔，电弧就在这个空腔内稳定燃烧。

空腔的上部被一层熔化的焊剂—熔渣膜所包围，这层渣膜不仅可有效地保护熔池金属，又使有碍操作的弧光辐射不再射出来，同时熔化的大量焊剂对熔池金属起还原、净化和合金化的作用。

埋弧焊和手工焊的区别主要在于它的引弧、维持电弧稳定燃烧、输送焊丝、电弧的移动，以及焊接结束的填满弧坑等动作，全部都是利用埋弧自动焊机本身工作实现的。

埋弧焊按自动化程度不同分为埋弧自动焊和埋弧半自动焊，其区别在于埋弧自动焊的电弧移动是由专门机构控制完成的，而埋弧半自动焊电弧移动是依靠手工操纵的。

埋弧焊机还分单丝焊机、多丝焊机，有纵列式、横列式和直立式等。

埋弧焊的特点是生产效率高、节省材料和电能；熔深大，适用于厚板焊接；金属飞溅少；焊接过程稳定、焊缝质量好，成型美观；保护效果好，无弧光辐射，劳动强度低、工作条件好；但在小直径环缝、短焊
缝、狭窄位置焊缝和薄板焊接时受到一定限制，且一般只适用于平焊。

埋弧焊施工技术要求：
(1)正确选用适合与构件母材相匹配的焊接材料（焊丝和焊剂）。

(2)正确保管和使用焊接材料。

(3)选择合适的接头型式和尺寸，装配时应保证坡口的装配精度要求。

埋弧焊的特点之一是焊接过程中电弧不可见；焊接时，机器按焊前给定的条件（电流、电压、速度等）进行焊接的。

因此，如果坡口的钝边、根部间隙和坡口角度不准确就会产生烧穿、未焊透、余高太高或太低等焊接缺陷。

(4)选择合适的焊接条件（电流、电压、焊接速度等）。

(5)保持良好的坡口表面状态。

如果焊接时坡口表面有锈、水分、油污等杂质，则在焊接过程中容易产生气孔等缺陷，因此焊前应将坡口表面及其附近进行清理。

2）工艺流程
焊口组对→焊口检查清理、预热（必要时）→焊接→后热（必要时）→焊后热处理（必要时）→焊接检查
3）施工要点
1焊接材料的版干与发放
(1)焊条、药芯焊丝、焊剂等在使用前，应按其产品说明书及焊接工
艺文件的规定进行版焙和存放。

焊接材料在版干时应排放合理、有利于均匀受热及潮气排除。

版焊条时应注意防止焊条因骤冷骤热而导致药皮开裂或脱落。

版焙好的焊条应放在110～120℃的保温箱内，随用随取。

(2)焊工应使用焊条筒领用焊条。

版干后的低氢型焊接材料在大气中放置时间超过4h应重新版干；焊条重复版干次不宜超过二次。

(3)版干、发放焊条应做好记录。

(4)不得使用药皮脱落或焊芯生锈的焊条和受潮结块的焊剂及已熔烧过的渣壳。

焊丝在使用前应清除油污、铁锈。

应采用表面镀铜的焊丝。

2焊接坡口的检查和清理
(1)焊接坡口可用火焰切割或机械加工。

缺棱为1～3mm时，应修磨平整；缺棱超过3mm时，应用直径不超过3.2mm的低氢型焊条补焊，并修磨平整。

当采用机械方法加工坡口时，加工表面不应有台阶。

(2)施焊前，焊工应检查焊接部位的组装质量情况，如坡口角度、钝边大小、组装间隙等。

各种焊接方法焊接坡口组装允许偏差值应符合现行《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的要求。

如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。

坡口组装间隙超过允许偏差规定时，可在坡口单侧或两侧堆焊、修磨使其符合要求，但当坡口组装间隙超过较薄板厚度2倍或大于20mm时，不允许修补，必须重新组装坡口。

(3)施焊前，焊工应清理焊接部位，去除油污及锈迹。

焊接区域表面
潮湿或有冰雪时，必须清除干净方可施焊。

(4)严禁在接头间隙中填塞焊条头、铁块等杂物。

3定位焊
(1)定位焊必须由持相应合格证的焊工施焊，所用焊接材料应与正式施焊相同。

定位焊焊缝应与最终焊缝有相同的质量要求。

(2)钢衬垫的定位焊宜在接头坡口内焊接，定位焊焊缝厚度不宜超过设计焊缝厚度的2/3，定位焊焊缝长度宜40mm，间距宜为500～600mm，并应填满弧坑。

(3)定位焊预热温度应略高于正式施焊预热温度。

当定位焊焊缝上有气孔或裂纹时，必须清除后重焊。

4引弧板、引出板及垫板
(1)T形接头、十字形接头、角接接头和对接接头主焊缝两端，必须配置引弧板和引出板，其材质应和被焊母材相同，坡口形式应与被焊焊缝相同。

(2)手工电弧焊和气体保护电弧焊焊缝引出长度应大于25mm。

其引弧板和引出板宽度应大于50mm，长度宜为板厚的1.5倍且不小于30mm，厚度应不小于6mm。

非手工电弧焊焊缝引出长度应大于80mm。

其引弧板和引出板宽度应大于80mm，长度宜为板厚的2倍且不小于100mm，厚度应不小于10mm。

(3)引弧板、引出板、垫板的固定焊缝应焊在接头焊接坡口内和垫板上，不应在焊缝以外的母材上焊接定位焊缝。

引弧板、引出板、垫板的固定焊缝位置示意
(4)焊接完成后，应用火焰切割去除引弧板和引出板，并修磨平整。

不得用锤击落引弧板和引出板。

(5)引弧板、引出板、垫板割除时，应沿柱一梁交接拐角处切割成圆弧过渡，且切割表面不得有深沟、不得伤及母材。

５预热、后热和层间温度的控制
(1)预热温度的确定
应根据焊接工艺评定报告确定是否进行焊前预热。

如果需要预热，则预热温度除应执行焊接工艺评定的规定外，尚应满足下列规定：
1)根据焊接接头的坡口形式和实际尺寸、板厚及构件拘束条件确定预热温度。

焊接坡口角度及间隙增大时，应相应提高预热温度。

2)根据熔敷金属的扩散氢含量确定预热温度。

扩散氢含量高时应适当提高预热温度。

当其他条件不变时，使用超低氢型焊条打底时预热温度可降低25～50℃。

CO2气体保护焊当气体含水量符合本标准第5.2.3.1条
的要求或使用富氩混合气体保护焊时，其熔敷金属扩散含量可视同低氢型焊条。

3)根据焊接时热输人量的大小确定预热温度。

当其他条件不变时，热输人量增大5kJ/cm，预热温度可降低25～50℃。

电渣焊和气电立焊在环境温度为0℃以上时可不进行预热。

4)根据接头热传导条件确定预热温度。

当其他条件不变时，T形接头应比对接接头的预热温度高25～50℃。

但T形接头两侧焊缝同时施焊时应按对接接头确定预热温度。

5)根据施焊环境温度确定预热温度。

操作地点环境温度低于常温（高于0℃）时，应提高预热温度15～25℃。

(2)预热方法及层间温度控制方法
1)焊前预热及层间温度的保持宜采用电加热器、火焰加热器等加热，并采用专用的测温仪器测量。

2)预热的加热区域应在焊接坡口两侧，宽度应各为焊件施焊处厚度的1.5倍以上，且不小于100mm。

预热温度宜在焊件反面测量，测温点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处。

当用火焰加热器预热时正面测温应在加热停止后进行。

(3)后热（即焊后消氢处理，有要求时进行）
1)消氢处理的加热温度应为200～250℃，保温时间应依据工件板厚
按每25mm板厚不小于0.5h，且总保温时间不得小于1h。

达到保温时间后应缓冷至常温。

2)捎氢处理的加热和测温方法应按本款第（2）项“预热方法及层间温度控制方法”的规定执行。

6多层焊的施焊要求
(1)厚板多层焊时应连续施焊，每一焊道完成后应及时清理焊渣及表面飞溅物，发现影响焊接质量的缺陷时，应清除后方可再焊。

在连续焊接过程中应控制焊接区母材的温度，使层间温度的上、下限符合工艺文件要求。

遇有中断施焊的情况，应采取适当的后热、保温措施。

再次焊接时重新预热温度应高于初始预热温度。

(2)坡口底层焊道采用手工电弧焊时宜使用不大于似～的焊条施焊，底层根部焊道的最小尺寸应适宜，但最大厚度不应超过6mm。

7塞焊和槽焊
可采用手工电弧焊、气体保护电弧焊及自保护电弧焊等焊接方法。

平焊时，应分层熔敷焊缝，每层熔渣冷却凝固后，必须清除方可重新焊接；立焊和仰焊时，每道焊缝焊完后，应待熔渣冷却并清除后方可施焊后续焊道。

8防止板材层状撕裂的工艺措施
T形接头、十字形接头、角接接头焊接时，宜采取以下防止板材层状。