1前言

钢结构建筑物梁柱制造和各种部件的现场接合，采用埋弧焊、电渣焊、二氧化碳气体保护焊等多种焊接方法。其中，二氧化碳气体保护焊的焊接质量在很大程度上依存于焊接作业人员的熟练技能。所以，在进行钢结构建筑物的建造时，必须保证焊接作业人员具有熟练的焊接技能。今后，随着熟练焊接作业人员的高龄化加剧与数量减少，实现焊接作业的省力化已成为建筑业亟待解决的紧迫问题。为此，进行了焊接省力化和焊接质量稳定化的机器人焊接技术的开发，实现了柱体与柱体接合、柱体与钢梁接合的机器人焊接。

虽然机器人焊接实现了焊接省力化和焊接质量稳定，但减少焊接熔着量的窄坡口化是焊接进一步省力化的有效方法。建筑领域广泛使用的实心焊丝二氧化碳气体保护焊出现的大粒熔滴无规则转移的粗滴过渡现象，导致电弧不稳定并发生大量焊接飞溅，是二氧化碳气体保护焊窄坡口的障碍。

2窄坡口焊接技术

如上所述，阻碍二氧化碳气体保护焊窄坡口化的主要原因是电弧不稳定和大量焊接飞溅。为此，JFE钢铁开发出将添加稀土的实心焊丝与正极性（焊丝为负极）组合的电弧稳定性高的喷射过渡二氧化碳气体保护焊技术（见图1）。

图2是传统二氧化碳气体保护焊和开发技术的焊接飞溅量和焊道外观。焊接电流为300A时，开发技术的焊接飞溅量是传统二氧化碳气体保护焊焊接飞溅量的1/10。传统二氧化碳气体保护焊焊道周围有大粒飞溅附着，开发技术的焊道周围基本没有飞溅附着。采用开发技术，在窄坡口焊接时，可抑制坡口内的飞溅附着。

在进行窄坡口焊接时，焊枪难于对坡口面倾斜插入，即存在不能使焊丝前端发生的电弧在坡口面产生熔合不良的问题。为此，使用前端弯曲的焊枪，使焊丝前端对向坡口面。如图3所示，采用这种方法各焊层的焊丝前端使电弧热将坡口面熔融。

图4是厚度100mm钢板的传统35°坡口和5°窄坡口焊接的对接焊接接头的断面低倍形貌。窄坡口焊接使焊接层数减少到传统坡口焊接的1/3以下，使焊接作业实现省力化。

3窄坡口焊接在方箱形柱体角焊的应用

以下对窄坡口焊接在方箱形柱体角焊的应用例作简要介绍。用窄坡口焊接对表1所示的方箱形柱体进行角焊。使用的焊丝是添加稀土元素的实心焊丝（JISZ3312YGW18和G59JA1UC3M1T）。钢板厚度36-80mm。坡口间隙10mm、坡口角度5°。

图5是窄坡口焊接方箱形柱体角焊接头断面的低倍形貌。各个角焊接头均无焊接缺陷，超声波探伤也无缺陷反射波。表2是窄坡口焊接方箱形柱体角焊接头背面的夏比冲击试验结果。由于窄坡口焊接是小线能量多道次焊接，所以方箱形柱体角焊接头具有良好的力学性能。此外，小线能量多道次焊接的窄坡口焊接的焊接部位的热变形小，减轻了热矫直加工的负荷。由于窄坡口焊接技术的优点受到高度评价，窄坡口焊接被用于日本熊本城天守阁修复工程（2018年）的大天守6层钢结构主要部件的方箱形柱体角焊。

4窄坡口单边焊双面成形焊接技术

以上，对使用焊接衬垫的窄坡口焊接技术作了简要介绍。此外，还有不使用焊接衬垫的梁端扩宽焊接H型钢梁-翼缘焊接部位进行两面焊接。两面焊接除了要进行坡口内焊接，还要进行部件反转和反转后的初层焊缝金属的剥离。所以与单面焊接相比，两面焊接每焊接一个部位的工作量有很大增加。如对这种部位采用单面窄坡口焊接，则可大幅度提高焊接效率。为此，JFE钢铁开发了单面窄坡口焊接形成双面成形焊道的焊接技术。使用陶瓷焊接衬垫是形成双面成形焊道的有效方法，但窄坡口焊接不能保证横摆运条宽度，所以难于保持不导电陶瓷衬垫上的电弧。为此，对焊接电流、焊接电压和焊接速度进行调整，在电弧下方形成保证导电性的熔池，在陶瓷衬垫上保持稳定电弧。以此确立了窄坡口焊接形成双面成形焊道的单面窄坡口焊接技术。

单面窄坡口焊接技术对厚度36mm的TMCP385B钢板进行焊接的焊接接头表面、背面焊道和焊道断面的低倍形貌显示，单面窄坡口焊接的坡口间隙是10mm、坡口角度是0°。从低倍形貌观察结果可知，形成了无焊接缺陷的、良好的单边焊双面成形焊道。TMCP385B钢板焊接接头的冲击试验结果可知，焊接接头表面、背面焊道都具有良好的力学性能。

5结论

以上，对焊接省力化的窄坡口焊接技术作了简要介绍。今后，由于日本劳动人口的减少，确保焊接技能人员将越来越困难，所以将进一步提高焊接省力化的要求。