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摘要：建筑钢结构高效焊接新技术已成功在多个工程项目得到应用，取得了丰富的科技成果和显著的效率提升。技术的研发和创新对我国建筑钢结构的建造技术进步具有深远意义，可实践指导我国大批工程项目钢构件制造和安装，对建筑业向工业化、智能化和绿色化方向迈进具有重要意义。
关键词：建筑钢结构；高效焊接新技术；应用
1钢结构的施工内容
近年来，我国钢结构建造技术越来越成熟，形成相对稳定的技术保障，钢结构凭借其成本低、质量硬、性能好等优势被广泛应用于建筑行业的各大施工现场，其中，海上石油平台的建造更是长期依赖于钢结构。海上平台钢结构建造项目不仅涵盖基本的平台立柱、甲板、撑杆等结构，还涉及不同组成部分施工材料的选用，有用在节点处的异型、箱型梁，还有被应用于其他组成部分的焊接型钢板和角钢等。由此可见，焊接技术在钢结构建造中占据着重要的地位，并且直接影响着钢结构的施工质量。所以，为了降低问题发生的概率，保证施工人员的生命安全，按时完成施工进度，在施工过程中，要严格按照施工要求进行监督管理，认真核对结构设计参数，全方位管控焊接技术；管理人员要定时检查施工质量，及时针对出现的焊接变形情况提出相应的整改措施，从而有效保障海上平台钢结构的施工质量和施工进度。
2施工现场Mini型焊接机器人应用技术
2．1Mini型焊接机器人基本情况
Mini型焊接机器人轻便小巧，主要构成包括机器人本体、摆动机构、控制箱、示教器、导轨、焊接电源、送丝装置、送丝电缆、焊枪、电磁开闭器、控制转接器、防干扰变压器（220/110V）、连接线缆等，其标准构成如图1所示。操作人员只需在软件中选择实际工件对应的坡口形式，机器人即可通过焊丝接触传感自动检测并获得工件的板厚、坡口角度、根部间隙、焊缝长度、位置偏移量等焊缝信息，并自动演算出最适合的电流电压、焊接速度、焊接时间、摆幅、层数等焊接参数，最终完成多层多道焊接。
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图1Mini型焊接机器人标准构成
2．2Mini型焊机器人在外框巨柱焊接中的应用
（1）焊接工艺评定
对外框巨柱Q345B，Q345GJB材质厚板对接焊接施工，采用焊接工艺评定合格的工艺参数进行施焊，焊接工艺评定项目见表1。
表1外框巨柱焊接工艺评定项目
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（2）Mini型焊接机器人焊前准备
将Mini型焊接机器人运至焊接现场后，进行组装接线、导轨铺设等准备工作。导轨机构采用柔性导轨，轨道的长度可根据需要定制。导轨配备有电磁铁，通电后导轨与母材表面可紧密贴合，利用水平尺配合电磁开关适时微调，保持导轨距焊缝约300mm。通过机器人的自动检测功能，确认坡口的焊接始终端、板厚、坡口角度等数据，并记录构件装配偏差，根据焊接工艺数据库生成焊接参数，在校对与调整后方可开始焊接。
（3）焊接过程
焊接过程主要有焊前调试、焊接参数设置、第1层第1道焊缝焊接、多层多道焊焊接。焊接操作中根据要求注意层间温度控制、焊接过程控制及焊后热处理。
3钢结构冷丝复合埋弧焊焊接技术
针对建筑钢结构埋弧焊时存在的焊缝组织损伤、焊后矫正工作量大等问题，项目团队开发冷丝复合高效埋弧焊设备及工艺，实现超大厚板箱形结构件冷丝复合埋弧焊优质高效焊接。
3．1集成双细冷丝的三丝复合埋弧焊工艺装备研制
（1）设计整体过程技术团队在研发集成双细冷丝的三丝复合埋弧焊工艺装备过程中，形成了2种设计方案，设计方案一是直接附加冷丝机头式，设计方案二是冷丝与热丝集成式。利用软件绘制各个方案的原理演示图，检查其干涉条件，首先采用方案一进行一代机的制作，在一代机的基础上对设备进行整体优化，然后根据设计方案二进行集成化设备的制作。
试验结果表明：在冷丝送丝速度控制在15mm/s及以下时，焊缝质量符合规范要求。在一代机的基础上，联合设备厂家，依据设计方案二，对冷丝控制系统和热丝控制系统进行集成，优化软件控制系统、枪头焊接电源，完成设备的最终定型。
（2）送丝机头设计
机头仍采用立柱加横臂的结构固定在小车上，采用2根细冷丝替代传统设计上的1根冷粗丝，从而更有效地利用埋弧焊热源。冷丝与热丝在送丝到机头前经由导丝轮机构进行引导，并在机头部分上端设置引导槽引导送丝位置。热丝机头部分和冷丝机头部分都是通过固定板件与升降装置配合。
3.2三丝复合埋弧焊焊丝排布方式及匹配参数研究
冷丝复合埋弧焊是在单电源粗丝焊的基础上在粗丝后面再加上2根不通电的细丝（冷丝），本项目分别从热粗丝与细冷丝的排布方式、匹配工艺参数、焊接过程中的热平衡、箱形构件集成冷丝复合焊等方面开展研究。
（1）冷丝最佳插入位置确定冷丝填充位置影响形成熔池的热平衡区域，对最终焊接的质量产生不同影响。为确保焊接质量和焊接过程顺利，冷丝填充选择合理的速度区间和最佳的送入区域。通过理论分析，冷丝插入位置必须为熔池中，最佳填充位置为热丝后方的一个区域。
（2）热粗丝与细冷丝的排布方式研究
当冷丝插入到熔池的合理位置时，不仅可以减小母材的过热损害，而且还能提高填充金属的熔敷率。冷丝插入位置应根据熔池尺寸的动态变化而调节，才能保证冷丝填充过程的顺利进行。
在热丝后面设置2根冷丝，冷丝细于热丝；热丝和冷丝共同作为焊道填充金属，且冷丝的填充位置在相对焊接前进方向上位于电弧中心后方的高温熔池部位。在焊接过程中，热丝与焊接中心线的夹角为75°～90°，冷丝与焊接中心线的夹角为74°～76°，2个冷丝的端头位置齐平且比热丝的端头位置高2～3mm。
（3）集成双细冷丝复合埋弧焊参数研究
①冷丝送丝速度对焊缝成形系数影响埋弧焊焊丝采用天津金桥牌号JQ．H10Mn2，直径分别为5．0，1．6mm，母材材质Q345B，热丝焊接参数为：电流650A，电压30V，焊接速度32cm/min。保持焊丝焊接参数不变，分析不同冷丝送丝速度对焊缝成形的影响（表2）。
表2不同冷丝送丝速度下焊缝宏观形貌
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试验结果显示：添加冷丝后，焊缝熔深减小，熔宽变化不大，随着冷丝送丝速度的增加，焊缝余高呈增大趋势。
②焊缝组织与性能在冷丝插入位置、送丝速度，热丝焊接电流、电弧电压、焊接速度等工艺参数的合理匹配下，即可获得满意的焊缝组织和性能。添加冷丝后，焊缝和热影响区的冲击吸收功有显著提高，而焊缝的抗拉强度略有降低，见表3。
表3不同焊接方法所对应的对接接头力学性能
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从金相组织角度分析，与复合冷丝焊相比，单粗丝埋弧焊焊缝区晶粒粗大，呈现过热魏氏组织特征。
单粗丝埋弧焊热影响区块状先共析铁素体呈网状沿原奥氏体晶界分布，呈魏氏组织特征，晶内为针状铁素体、粒状贝氏体、少量珠光体，可见原奥氏体晶粒较为粗大。复合冷丝焊组织：粒状贝氏体、针状铁素体，晶粒较为细小均匀。
结束语
钢结构行业是国民经济发展的重要行业，我国用钢量逐年递增，而在钢结构建筑中焊接技术应用十分广泛，焊接质量对工程安全和使用功能影响巨大。伴随着我国建筑钢结构技术的逐步发展，钢结构建筑的结构形式复杂多样，同时面临着焊接工人减少的现状和成本节约、施焊高效、高质量建造、作业环境环保、技术创新和进步、数字化和工业化建造等需求对焊接技术提出了更高要求。
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