钢结构厂房施工中焊接的质量问题与控制

摘 要:随着国民经济的发展,钢结构建筑得到了越来越广泛的应用。然而,由于钢结构焊接而产生的钢结构质量问题与安全故事和隐患,也引起了大家的关注。本文结合厂房钢结构项目的焊接施工实践,总结与探讨如何进行钢结构施工的焊接控制。

关键词:钢结构施工 焊接 问题 控制

1 焊接的质量问题

据调查分析,认为厂房钢结构安装中焊接质量问题主要有几个方面:

(1)焊接变形。焊接变形包括纵、横向收缩、弯曲变形、角变形的扭曲变形等,焊接变形主要是由于焊接受热不均所至,它不仅可以改变钢结构外观形状、几何尺寸、降低装配质量,甚至有时会降低结构的承载能力,使构件质量达不到设计和使用要求。同时,为矫正这些变形,往往要花费大量工时。矫正复杂变形,矫正工作量有时远远超过焊接工作量,如果很严重的残余变形,经矫正后也无法达到使用要求,或根本无法矫正时就只能报废。

(2)残余应力与残余变形。在钢结构施工过程中,由于焊接温度的不均匀变化和对焊接变形的校正,均使构件产生残余应力;焊接温度的不均匀变化和框架对构件的约束作用,亦使其产生残余应力和残余变形。对于多跨钢框架,梁柱节点的焊接残余应力和残余变形,将在梁的轴线方向上积累,前一根梁焊接产生的变形,使后一根梁预留的焊缝坡口宽度增加,为填补坡口,需增加焊缝的宽度,因而产生更大的焊接残余应力和残余变形,如此逐跨地积累,使框架最终产生很大的残余应力和残余变形。焊接残余应力的存在,虽不会影响结构的塑性极限强度,但会降低构件的刚度,影响其弹性极限承载力;且残余变形的存在,使框架的二阶效应增加。

(3)突发性断裂。突发性断裂在钢结构安装施工中时有发生。其特点是突然发生,其断口呈整齐的切割面状,这种断裂极具破坏性与危险性,往往施工人员还没反应过来事故就发生了。究其原因,一般是焊接电流增大或焊接速度降低,从而使焊接线能量增大,导致热影响区的晶粒变得粗大(即生成粗大的铁素体和珠光体),从而使该区域的韧性大大降低,引发突发性断裂。

(4)其他焊接质量缺陷。如焊缝咬边、焊瘤、夹渣、气孔、未焊透等质量问题。

从工业厂房钢结构焊接施工实践分析,导致以上质量问题无非是人、机、料、法、环这几个方面的因素。

2 焊接质量控制措施

根据ISO9001质量体系控制标准,我们在实施本焊接工程中对人、机、料、法、环采取了以下控制措施:

(1)对“人”的控制。“人”——主要是指操作者及检验、试验者。按照IS09001质量体系相关条款要求,首先,对焊接人员、无损检测人员的资格及能力进行鉴定,包括检查资格证书是否有效,检查资格证书所注明的允许操作范围,是否与目前即将开始的工程要求相一致,如焊接母材、焊接方法、焊接位置是否与焊工合格证所注明的相一致;其次,进行必要的技术培训。例如,为确保施工质量,参加本次焊接施工的焊工全部按照JGJ81-91《建筑钢结构焊接规程》第八章“焊工考试”的规定,进行了考试并取得合格证,才进入现场进行焊接。

(2)对“机”的控制。“机”——是指焊接设备、烘干设备和无损检测设备。施工前,我们均对相关设备预先鉴定和检查。如,焊接设备预先的鉴定与检查就包括:焊机的型号是否与焊接工艺要求匹配,焊接的电流、电压是否稳定,焊机电流的调整效果,焊机上的监测仪表是否有效等;对无损检测设备的鉴定与检查内容主要有:设备能力是否与焊件检测的要求相匹配,设备运转是否正常等。

(3)对“料”的控制。“料”——主要指焊接母材、焊接材料(焊条、焊剂、焊丝)等。对“料”的控制主要包括:焊接材料合格证、质量证明、外观质量、包装、标识等的验证,必要时还需进行复验。

(4)对“法”的控制。“法”——主要是指焊接工艺,包括焊接工艺评定和焊接施工技术方案。这是我们焊接质量控制的重点环节。对于焊接工艺评定,我们首先要编制并确定项目的焊接工艺,并在此基础上确定预热、后热及层间温度、电特性(电流种类、极性、焊接电流、焊接电压)、操作特性(焊接速度、摆动否、摆动参数、焊接层次)等。例如:用手工电弧焊焊接Q235钢材之间或Q235钢材和Q345钢材之间的焊接,宜选用E4303焊条;Q345钢材之间的焊接,宜选用E5015、E5016焊条;用自动或半自动焊接时,应采用现行国家标准规定的相应焊丝和焊剂。值得强调的是,当焊接的钢种、焊接材料、焊接方法、焊缝坡口型式、焊接线能量、焊接位置和焊后热处理等改变时,需要及时重新进行焊接工艺评价。

对于焊接施工技术方案,由焊接技术人员编制,并贯彻具体焊接操作方法及注意事项。主要包括焊接材料及其烘干要求、焊接顺序、焊接层次、预后热及层问温度、不同焊接位置时的焊接线能量(焊接电流、电压、焊接速度)等。针对钢结构焊接容易出现的质量问题,还应对关键部件的焊接进行重点监控。例如,主梁的对接焊缝焊接,由于很多主梁的对接接头为阶梯形接头,故其焊接顺序为:先焊接侧焊缝,再焊接仰焊缝和平焊缝,最后焊接横向焊缝。在焊接对接焊缝时通常先用直径φ3.2mm的焊条做打底焊接;然后再用直径φ4.0mm的焊条做填充焊接。在安装的过程中,强调不要随意增加对接接头之间的间隙,控制好坡口角度,减少熔敷金属截面积。在横向焊缝与平面焊缝、侧面焊缝和仰焊缝的交接处设置引弧板,以消除起弧和落弧带来的缺陷。特别是在进行立焊缝焊接中要注意两点:

1)在进行打底焊接时,要适当增加熔敷金属的厚度,增加焊接线能量,以增大钢板的受热范围,防止焊后钢板冷却过快而导致焊缝开裂;

2)立焊缝成形后,必须等焊缝冷却至环境温度后,再焊接仰焊缝和平焊缝。用合理的焊接方案,确保主梁焊接的质量。

针对焊接残余变形和残余应力问题,通常采用火焰矫正和机械矫正法来矫正变形。火焰矫正法矫正变形的关键是正确使用火焰和温度,加热的温度宜为750～900℃,并要保持加热均匀,此时的钢板颜色表现为暗红色,但是同一部位加热矫正次数不得超过2次,并应缓慢冷却,不得用水骤冷。机械矫正法是施加机械外力来矫正变形的方法,通过机械力对变形的结构施加外力,使部分金属得到延伸,产生拉伸塑性变形,使变形的构件恢复到所要求的形状,可以有效的消除焊接残余变形和残余应力。

(5)对“环”的控制。“环”——是指焊接操作环境,包括气候环境和工作环境。气候环境包括温度、湿度、风速等;工作环境包括工件表面干燥及清洁程度(有无油污、铁锈)等。在焊接实施过程中,我们主要通过现场管理对环境要求进行控制。

另外,在焊接施工进行的过程中,焊接专业技术人员或质量工程师,应对影响焊接质量的五个方面因素进行连续监控。

上述五个方面因素如果发生变化,应再次确认其是否仍然符合要求。实施焊接全过程的连续监控的目的,就是确保影响焊接质量的诸因素始终处于控制之中,从而确保焊接质量符合要求。例如,焊接操作人员发生了变化,应重新审核新增人员的资格及能力是否符合相应的要求。特别是对重要节点、承重梁等的焊接,还应在实地测量焊接操作时的电流、电压以及焊接速度的同时,计算出其焊接线能量,以便发现线能量超出规定范围时,能立即通知焊工调整焊接参数。

3 结束语

在钢结构厂房施工中通过对“人、机、料、法、环”五个方面对焊接质量进行控制以及全程质量监控,可以有效的减少钢结构的焊接质量问题,从而确保工程的顺利实施。

参考文献:

1.戴为志,黄明鑫,芦广平,高良,贾宝华,张伟.国家体育场(鸟巢)钢结构安装工程焊接技术.电焊机,2008(4):5-7.

2.曾乐,现代焊接技术手册[M],上海:上海科技出版社,2007.

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