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施工技术

工业建筑钢结构用钢大线能量焊接应用分析

金朋亮/中国三冶集团有限公司工业工程公司辽宁鞍山114039

摘要：通过工业钢结构施工中常用的Q355B级钢板与大线能量焊接用钢中Q355B钢板化学成分上比较，分析出GB/T1591—2018中Q355级钢

板化学成分满足标准GB/T38817—2020规定时可用于大线能量焊接施工，且优先选用Q355MB钢板。再与RAL·NEU研究报告No.0034中可大

线能量焊接Q355级钢对比，分析出Q355NB钢板和Q355MB钢板中添加大线能量焊接规定的细化晶粒的元素，在100~200kJ/cm时韧性最佳。

以经验参数和τ分别计算Q355MB钢板大线能量焊接时线能量，结果表明：经验参数计算线能量152kJ/cm和以τ计算的线能量中的范围

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100kJ/cm≤E≤133kJ/cm，均可达到在100~200kJ/cm时的最佳韧性。

关键词：工业建筑钢结构；低合金高强度结构用钢；大线能量焊接

引言

现阶段我国工业厂房以钢结构或部分钢结构为主，钢结构材料为钢材，主要连接形式为焊接。焊接又分为常规焊接（焊接热

输入在50kJ/cm以下）和大线能量焊接（焊接热输入在50kJ/cm以上）[1]。大线能量焊接在建筑施工中主要集中桥梁[2-3]、中高

层建筑（如鸟巢、国家大剧院）[4-6]。钢结构厂房是典型的工业建筑钢结构，其中柱子、屋面梁、吊车梁多为板拼H形，实际施工

中的连接方式为焊接，以40mm厚钢板为例，双面打坡口，常规焊接需要7~9道次能完成，采用单丝埋弧焊，大线能量焊接2~3

道次就可完成，选用多丝埋弧焊1道次即可完成，极大提高了生产效率。大线能量焊接主要的问题是钢材的焊接热影响区（HAZ）

的性能因大热输入而降低，解决此问题，现在主要通过开发新的适用大线能量焊接的钢板品种和利用氧化物冶金工艺技术改善焊

接热影响区组织提高其性能[7-8]。

1GB/T1591—2008中Q345级钢和GB/T1591—2018中Q355级钢的比较分析

2018年之前，用于建筑钢结构的低合金高强度结构用钢，以国家标准GB/T1591—2008中牌号Q345的钢种为主，Q345B牌号

钢的化学成分如表1所示。高育和张伟等[9-10]从当时人、材、机等技术层面研究讨论了建筑用高强度结构钢的焊接技术，得出GB/

T1591—2008规定的可用于建筑施工的高强度结构钢不适用于大线能量焊接的应用。工业建筑钢结构用钢也未如桥梁和高层建筑开

发出适合大线能量焊接的专用钢，虽然为桥梁施工开发的耐候钢也可以用于工业钢结构，但是因为成本问题，无具体应用。

为了适应国内外市场的需求，国家2018年颁布了《低合金高强度结构钢》（GB/T1591—2018），用于代替GB/T1591—

2008，新标准中Q355B钢级的化学成分如表2至表4所示。新标准中取消了Q345钢级，增加了新的Q355钢级代替；新标准的化学

成分既适用于成品还适用于成品；新标准增加“热轧”“正火”术语和定义，修改了“热机机械轧制”“正火轧制”术语的定义，

并分别给出了“热轧”“正火、正火轧制”“热机械轧制”低合金高强度结构钢化学成分的要求；新标准修改了细化晶粒元素含量，

在化学成分表中，规定钢材必须含有铝、铌、钒、钛等细化晶粒元素中的一种，或它们的组合。单独或组合加入时，要确保至少

有一种合金元素的含量不低于化学成分表规定的最低限值。为了提升钢材的性能，双方供需可以就向钢材中添加未在化学成分表

中规定的合金元素展开协商，但这些元素的种类和含量必须在质量证明书中明确标注。新标准下，将力学性能中的下屈服强度改

为上屈服强度，导致相应指标提高了10~15MPa。

表1低合金高强度结构钢化学成分（质量分数，%）

CSiMnPSNbVTiCrNiCuMoNAls

牌号

不大于不小于

Q345B0.20