淺談管桁架鋼結構焊縫缺陷類型及質量管理

（北京城建九建設工程有限公司，北京 100039）

1 工程概況

赤峰體育中心二期工程是2014年內蒙古自治區第十三屆運動會的主場館，屋面鋼結構工程由場館外圍的鋼桁架棚架以及體育館頂的網架結構組成。建筑主體由一系列輻射式鋼桁架圍繞坐席區旋轉而成，空間結構科學簡潔，建筑和結構完整統一，設計新穎，結構獨特，為國內外特有建筑。場館設計宛如一條哈達飄落，高低起伏變化的外觀緩和了建筑的體量感，并賦予了民族特點和具有震撼力的形體，桁架棚架圍繞著體育場和體育館，將兩個場館連在一起，由11個獨立桁架區組成，84模塊（一榀或兩榀桁架為一個模塊），每個區桁架坐落在標高約為6m的混凝土柱上（或頂板上），桁架為平面懸挑桁架。懸挑部分最長達到31m左右，懸挑榀桁架重量在3.3t～30.9 t之間。

2 本工程鋼結構焊接特點

本工程主結構鋼結構的焊接工作量大部分在工廠內完成，鋼結構現場焊接主要為拼裝焊接，連接方式全部采用焊接連接，所以在焊接上有三大特點：

（1）焊縫形式多：①鋼管對接；②相貫線焊縫；

（2）焊接量大：桁架由11個獨立桁架區組成，共84個模塊，每個模塊焊縫約162條。

（3）)焊接質量要求要高：構件拼接（接長）、直縫焊接鋼管、支座節點、管桁架節點、坡口等強焊縫均為全熔透一級焊縫，超聲波100%檢測。

（4）因直接相貫節點焊縫是一條三維空間曲線，又因現場焊時所在位置的多樣性，對于其焊縫的焊接，并不等同于普通構件的單一焊接方式，它是一種在同一焊縫上要同時經歷平焊、立焊甚至仰焊和府焊的幾種焊接方式組合的混合體，這無疑就對焊接操做者提出了更高的要求。

3 管桁架相貫線節點焊縫質量缺陷分析

一個焊接產品從備料到制造完成整個生產過程，要經過許多生產環節，只要有一個環節出問題，就可能出現各類缺陷，因而影響焊接質量，根據目前現場管桁架焊縫質量檢查，桁架腹桿相貫線節點焊縫因其復雜性和特殊性，全過程只要稍稍控制不嚴，更容易產生焊接缺陷，相貫線節點焊接過程中常見的缺陷大致分為兩大類，即外部缺陷和內部缺陷。外部缺陷是可用肉眼觀察到或可用無損檢測方法檢測到的焊縫外部缺陷，包括焊縫形狀、尺寸、焊接接頭外部成型方面的缺陷。內部缺陷指焊縫和焊接接頭內部的工藝缺陷。

3.1 外部缺陷的類型及特點

3.1.1 外形及尺寸不良缺陷

（1）由于本工程桁架采取工廠預拼裝，散件運輸、現場拼裝、現場分段吊裝的施工方案進行拼裝，現場拼裝的焊縫寬度大小在很大程度上影響焊縫的質量。

（2）缺少培訓，無相貫線相應焊接經驗。現場對八名全位置焊工進行現場模擬考試，發現有四名焊工的焊縫存在不同程度的缺陷，特別是在相貫線焊接部位。因直接相貫節點焊縫是一條三維空間曲線，又因現場焊時所在位置的多樣性，八名焊工雖然經過培訓，取得了合格證，但現場相貫線焊接的操作難度比培訓時要大得多，真正符合實際條件的技能培訓不夠，這是影響實際焊接質量的重要原因。

（3）焊工起弧、收弧、填弧施焊方法不當。焊接過程中，由于不設置引弧板、收弧板，直接在母材上引弧和收弧，隨意焊接，會造成電弧擦傷母材，在引弧或收弧周圍產生弧坑、裂紋、未熔合、夾渣、氣孔等缺陷，構件焊接完畢，引弧板和收弧板應采用氣割切除或機械切割的方法除掉，割除后將邊緣修磨平整，嚴禁用錘擊掉。通過專家組對焊工焊接過程中的方法觀察，5名專門焊工中有3名施焊手法及施焊方法不完全正確。

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（4）未執行多層多道焊工藝。本工程的管壁厚在10mm-25mm之間，雖然不是厚管，但也應該執行多層多道焊，不能一次焊滿，但通過檢查現場不能很好的執行。

3.1.2 坡口缺陷。坡口缺陷主要是坡口的角度、間隙、鈍邊不符合要求及沿長度方向高度、寬度發生變化，以及坡口表面有深的切痕，龜裂或有熔渣、銹等污物，此類缺陷更容易發生在具有復雜相貫線的直接相貫節點焊縫中。

3.1.3 咬邊。沿著焊縫與母材交界部位燒熔形成凹陷或溝槽的現象，稱之為咬邊。由于焊縫與母材交界處被熔去一定深度，而填充金屬又未能及時補充，即形成咬邊，焊接時電流過大且焊速高時，以及焊條角度不當時，都可能產生這種缺陷。

3.2 內部缺陷的類型及特點內部缺陷發生在焊縫內部和母材熱影響區中，主要以未焊透、未熔合、夾渣、表面氣孔等形式表現出來。

（1）未焊透。熔焊時，焊接接頭根部未完全焊透的現象，稱為未焊透。未焊透意味著焊接接頭受力截面減少，嚴重影響焊接接頭強度，而且，它是應力最容易集中的地方。在鋼管相貫節點焊縫中，是不允許有未焊透缺陷存在的。這種缺陷無法用肉眼發現，一般要經X光、超聲波等探傷才能發現。形成未焊透的主要原因，是焊接電流太小，焊速過高或坡口角度太小，鈍邊太厚以及焊條直徑過大等。

（2）未熔合。熔焊時，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未能完全熔化的部分稱為未熔合。熔池金屬在電弧力作用下被排向尾部而形成溝槽，當電弧向前移動時，溝槽中又填以熔池金屬，如果這時槽壁處的液態金屬層已凝固，填入的熔池金屬的熱量又不能使之再次熔化，就形成未熔合。另外，當焊件坡口表面沒有很好地清除氧化膜、油污等，或者焊接時該處流入熔渣，妨礙了金屬間的熔合，或由于運條手法不當，電弧偏在坡口一邊等，都會造成邊緣未熔合。

（4）表面氣孔。表面氣孔指的是焊接物的表面存在氣孔。產生這種現象的主要原因是:第一,焊條或者焊劑潮濕;第二,在焊接物體中的金屬與材料的坡口中殘留的油、水、污漬沒有處理干凈。第三,在焊接中的電弧過長,熔池的面積過大;第四,在焊接中使用的焊接電流過大,而焊條本身所具有的保護作用被大大的削弱。

4 鋼結構焊接的質量管理

針對本項目鋼結構工程焊接質量的缺陷，根據現場實際情況，我們采取了如下措施，最終使管桁架焊縫的焊接質量得到了保證。

4.1 做好鋼結構工程設計交底及圖紙會審

鋼結構設計交底及圖紙會審時,除施工圖紙上出現的“錯、漏、碰、缺”具體問題外,根據鋼結構有關標準規范的規定,施工圖中應明確以下內容:1)應明確設計使用年限、安全等級。2)應明確規定結構件使用鋼材和焊接材料的類型和焊縫質量等級,有特殊要求時,應標明無損探傷的類別和抽查的百分比。3)應標明鋼材和焊接材料的品種、性能及相應的國家現行標準,并應對焊接方法、焊縫坡口形式和尺寸、焊后熱處理要求等做出明確規定,并標注工廠制作或廠地安裝焊縫符號。

4.2 現場管理嚴把質量關

鋼材、焊條等材料出廠質量證明書等資料必須齊全，堅持鋼材、焊條在現場見證取樣制度，對不符合設計質量要求的材料嚴禁使用。堅持檢查焊工合格證及其施焊認可范圍、有效期。對現場不按工藝要求施工的人員堅決給予辭退。

4.3 控制好出廠構配件成形質量，加強現場管桁架拼裝質量

相貫節點因為支管的數量、角度、尺寸的不同使得各支管端部的相貫線成為形態各異的三維曲線，因而相貫線的加工要求高的切割精度和焊接技術。 加強構配件進場質量控制，對進場構配件應做認真檢查，確保所有桿件均按施工圖控制尺寸，采用正確的加工工藝和拼裝方法,嚴格控制累計偏差值。拼裝過程中相貫線各桿件的力線應匯交于節點中心，并完全處于自由狀態，不允許有外力強制固定。組裝構件控制基準、中心線應明確表示，并與平臺基準線相一致，必須保證定對中心線、水平度、以及端面垂直度，拼裝支承的平面應保證其水平度,并應符合支承的強度要求,在安裝桁架的組裝全過程中，一般不得對構件進行修正、切割或捶擊等，確保管桁架的現場拼裝質量。

4.4 對焊工進行針對性的培訓

直接相貫節點焊縫部位根據主管與支管的夾角不同，分為趾部區、側部區、跟部區和過渡區。直接相貫節點焊縫可以采用全焊透對接焊縫及對接與角接組合焊縫；開坡口的部分焊透對接焊縫及對接與角接組合焊縫；也可全部采用角焊縫焊接，針對相貫線焊縫，項目部聘請專家對這部分內容給予講課、現場指導。

4.5 加強技術交流，做好樣板引路

選用技術高負責任的焊工做榜樣，教學施工，聘請專家現場進行指導。要求施焊前做樣板，樣板驗收合格后方可進行施工，加強班前交底及焊前檢查，所有焊縫必須經焊工班長檢查合格方可進行下到焊縫的施工。

4.6 加強標準意識，完善工藝

一個產品沒有標準就沒有質量可言。對于焊接工程而言,主要指的是焊接的材料使用標準、存放管理標準以及工藝標準等等。標準化的數據管理可以選拔優秀的人才，并且激勵工人在生產施工中時刻以標準作為準則和依據。

5 結語

通過對赤峰體育中心二期工程的工程實例，對管桁架鋼結構缺陷類型及防治措施有了初步的了解，但根據每個工程實際情況不同，可能有其它的缺陷類型，但總的來說，不管什么類型，它們總是在一定的內因或外因的條件下形成。內因是指選材不當、設計不當、制造不良等，外因主要指外界荷載、溫度、氣候等工作條件的變化以及操作工藝和操作過程的適當與否等。為免除或盡量減少焊接缺陷的產生，我們首先應在充分了解母材及所用焊條的材料性能的基礎上，再根據現場情況進行正確匹配設計和工藝設計，嚴格按照國家有關規范、規程的要求進行焊接操作，以生產出優良的焊接產品。

[1]建筑鋼結構施工手冊冊[P].北京：中國計劃出版社.2010.

[2]GB50205-2001，鋼結構工程施工質量及驗收規范[S].