淺談管桁架鋼結(jié)構(gòu)焊縫缺陷類型及質(zhì)量管理

（北京城建九建設(shè)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(nèi)蒙古自治區(qū)第十三屆運(yùn)動(dòng)會(huì)的主場館，屋面鋼結(jié)構(gòu)工程由場館外圍的鋼桁架棚架以及體育館頂?shù)木W(wǎng)架結(jié)構(gòu)組成。建筑主體由一系列輻射式鋼桁架圍繞坐席區(qū)旋轉(zhuǎn)而成，空間結(jié)構(gòu)科學(xué)簡潔，建筑和結(jié)構(gòu)完整統(tǒng)一，設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，為國內(nèi)外特有建筑。場館設(shè)計(jì)宛如一條哈達(dá)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(diǎn)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(gè)場館連在一起，由11個(gè)獨(dú)立桁架區(qū)組成，84模塊（一榀或兩榀桁架為一個(gè)模塊），每個(gè)區(qū)桁架坐落在標(biāo)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(dá)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(jié)構(gòu)焊接特點(diǎn)

本工程主結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)的焊接工作量大部分在工廠內(nèi)完成，鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)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(diǎn)：

（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(gè)獨(dú)立桁架區(qū)組成，共84個(gè)模塊，每個(gè)模塊焊縫約162條。

（3）)焊接質(zhì)量要求要高：構(gòu)件拼接（接長）、直縫焊接鋼管、支座節(jié)點(diǎn)、管桁架節(jié)點(diǎn)、坡口等強(qiáng)焊縫均為全熔透一級焊縫，超聲波100%檢測。

（4）因直接相貫節(jié)點(diǎn)焊縫是一條三維空間曲線，又因現(xiàn)場焊時(shí)所在位置的多樣性，對于其焊縫的焊接，并不等同于普通構(gòu)件的單一焊接方式，它是一種在同一焊縫上要同時(shí)經(jīng)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(jié)點(diǎn)焊縫質(zhì)量缺陷分析

一個(gè)焊接產(chǎn)品從備料到制造完成整個(gè)生產(chǎn)過程，要經(jīng)過許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)，只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出問題，就可能出現(xiàn)各類缺陷，因而影響焊接質(zhì)量，根據(jù)目前現(xiàn)場管桁架焊縫質(zhì)量檢查，桁架腹桿相貫線節(jié)點(diǎn)焊縫因其復(fù)雜性和特殊性，全過程只要稍稍控制不嚴(yán)，更容易產(chǎn)生焊接缺陷，相貫線節(jié)點(diǎn)焊接過程中常見的缺陷大致分為兩大類，即外部缺陷和內(nèi)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(nèi)部缺陷指焊縫和焊接接頭內(nèi)部的工藝缺陷。

3.1 外部缺陷的類型及特點(diǎn)

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(yù)拼裝，散件運(yùn)輸、現(xiàn)場拼裝、現(xiàn)場分段吊裝的施工方案進(jìn)行拼裝，現(xiàn)場拼裝的焊縫寬度大小在很大程度上影響焊縫的質(zhì)量。

（2）缺少培訓(xùn)，無相貫線相應(yīng)焊接經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)場對八名全位置焊工進(jìn)行現(xiàn)場模擬考試，發(fā)現(xiàn)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(jié)點(diǎn)焊縫是一條三維空間曲線，又因現(xiàn)場焊時(shí)所在位置的多樣性，八名焊工雖然經(jīng)過培訓(xùn)，取得了合格證，但現(xiàn)場相貫線焊接的操作難度比培訓(xùn)時(shí)要大得多，真正符合實(shí)際條件的技能培訓(xùn)不夠，這是影響實(shí)際焊接質(zhì)量的重要原因。

（3）焊工起弧、收弧、填弧施焊方法不當(dāng)。焊接過程中，由于不設(shè)置引弧板、收弧板，直接在母材上引弧和收弧，隨意焊接，會(huì)造成電弧擦傷母材，在引弧或收弧周圍產(chǎn)生弧坑、裂紋、未熔合、夾渣、氣孔等缺陷，構(gòu)件焊接完畢，引弧板和收弧板應(yīng)采用氣割切除或機(jī)械切割的方法除掉，割除后將邊緣修磨平整，嚴(yán)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(zhí)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(yīng)該執(zhí)行多層多道焊，不能一次焊滿，但通過檢查現(xiàn)場不能很好的執(zhí)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(fā)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(fā)生在具有復(fù)雜相貫線的直接相貫節(jié)點(diǎn)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(xiàn)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(shí)補(bǔ)充，即形成咬邊，焊接時(shí)電流過大且焊速高時(shí)，以及焊條角度不當(dāng)時(shí)，都可能產(chǎn)生這種缺陷。

3.2 內(nèi)部缺陷的類型及特點(diǎn)內(nèi)部缺陷發(fā)生在焊縫內(nèi)部和母材熱影響區(qū)中，主要以未焊透、未熔合、夾渣、表面氣孔等形式表現(xiàn)出來。

（1）未焊透。熔焊時(shí)，焊接接頭根部未完全焊透的現(xiàn)象，稱為未焊透。未焊透意味著焊接接頭受力截面減少，嚴(yán)重影響焊接接頭強(qiáng)度，而且，它是應(yīng)力最容易集中的地方。在鋼管相貫節(jié)點(diǎn)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(fā)現(xiàn)，一般要經(jīng)X光、超聲波等探傷才能發(fā)現(xiàn)。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(shí)，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(dāng)電弧向前移動(dòng)時(shí)，溝槽中又填以熔池金屬，如果這時(shí)槽壁處的液態(tài)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(dāng)焊件坡口表面沒有很好地清除氧化膜、油污等，或者焊接時(shí)該處流入熔渣，妨礙了金屬間的熔合，或由于運(yùn)條手法不當(dāng)，電弧偏在坡口一邊等，都會(huì)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(chǎn)生這種現(xiàn)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(hù)作用被大大的削弱。

4 鋼結(jié)構(gòu)焊接的質(zhì)量管理

針對本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)工程焊接質(zhì)量的缺陷，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，我們采取了如下措施，最終使管桁架焊縫的焊接質(zhì)量得到了保證。

4.1 做好鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)交底及圖紙會(huì)審

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)交底及圖紙會(huì)審時(shí),除施工圖紙上出現(xiàn)的“錯(cuò)、漏、碰、缺”具體問題外,根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定,施工圖中應(yīng)明確以下內(nèi)容:1)應(yīng)明確設(shè)計(jì)使用年限、安全等級。2)應(yīng)明確規(guī)定結(jié)構(gòu)件使用鋼材和焊接材料的類型和焊縫質(zhì)量等級,有特殊要求時(shí),應(yīng)標(biāo)明無損探傷的類別和抽查的百分比。3)應(yīng)標(biāo)明鋼材和焊接材料的品種、性能及相應(yīng)的國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn),并應(yīng)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(guī)定,并標(biāo)注工廠制作或廠地安裝焊縫符號。

4.2 現(xiàn)場管理嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)

鋼材、焊條等材料出廠質(zhì)量證明書等資料必須齊全，堅(jiān)持鋼材、焊條在現(xiàn)場見證取樣制度，對不符合設(shè)計(jì)質(zhì)量要求的材料嚴(yán)禁使用。堅(jiān)持檢查焊工合格證及其施焊認(rèn)可范圍、有效期。對現(xiàn)場不按工藝要求施工的人員堅(jiān)決給予辭退。

4.3 控制好出廠構(gòu)配件成形質(zhì)量，加強(qiáng)現(xiàn)場管桁架拼裝質(zhì)量

相貫節(jié)點(diǎn)因?yàn)橹Ч艿臄?shù)量、角度、尺寸的不同使得各支管端部的相貫線成為形態(tài)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(shù)。 加強(qiáng)構(gòu)配件進(jìn)場質(zhì)量控制，對進(jìn)場構(gòu)配件應(yīng)做認(rèn)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(yán)格控制累計(jì)偏差值。拼裝過程中相貫線各桿件的力線應(yīng)匯交于節(jié)點(diǎn)中心，并完全處于自由狀態(tài)，不允許有外力強(qiáng)制固定。組裝構(gòu)件控制基準(zhǔn)、中心線應(yīng)明確表示，并與平臺(tái)基準(zhǔn)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(yīng)保證其水平度,并應(yīng)符合支承的強(qiáng)度要求,在安裝桁架的組裝全過程中，一般不得對構(gòu)件進(jìn)行修正、切割或捶擊等，確保管桁架的現(xiàn)場拼裝質(zhì)量。

4.4 對焊工進(jìn)行針對性的培訓(xùn)

直接相貫節(jié)點(diǎn)焊縫部位根據(jù)主管與支管的夾角不同，分為趾部區(qū)、側(cè)部區(qū)、跟部區(qū)和過渡區(qū)。直接相貫節(jié)點(diǎn)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(xiàng)目部聘請專家對這部分內(nèi)容給予講課、現(xiàn)場指導(dǎo)。

4.5 加強(qiáng)技術(shù)交流，做好樣板引路

選用技術(shù)高負(fù)責(zé)任的焊工做榜樣，教學(xué)施工，聘請專家現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)。要求施焊前做樣板，樣板驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行施工，加強(qiáng)班前交底及焊前檢查，所有焊縫必須經(jīng)焊工班長檢查合格方可進(jìn)行下到焊縫的施工。

4.6 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)，完善工藝

一個(gè)產(chǎn)品沒有標(biāo)準(zhǔn)就沒有質(zhì)量可言。對于焊接工程而言,主要指的是焊接的材料使用標(biāo)準(zhǔn)、存放管理標(biāo)準(zhǔn)以及工藝標(biāo)準(zhǔn)等等。標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)管理可以選拔優(yōu)秀的人才，并且激勵(lì)工人在生產(chǎn)施工中時(shí)刻以標(biāo)準(zhǔn)作為準(zhǔn)則和依據(jù)。

5 結(jié)語

通過對赤峰體育中心二期工程的工程實(shí)例，對管桁架鋼結(jié)構(gòu)缺陷類型及防治措施有了初步的了解，但根據(jù)每個(gè)工程實(shí)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(nèi)因或外因的條件下形成。內(nèi)因是指選材不當(dāng)、設(shè)計(jì)不當(dāng)、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(dāng)與否等。為免除或盡量減少焊接缺陷的產(chǎn)生，我們首先應(yīng)在充分了解母材及所用焊條的材料性能的基礎(chǔ)上，再根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行正確匹配設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照國家有關(guān)規(guī)范、規(guī)程的要求進(jìn)行焊接操作，以生產(chǎn)出優(yōu)良的焊接產(chǎn)品。

[1]建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊冊[P].北京：中國計(jì)劃出版社.2010.

[2]GB50205-2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量及驗(yàn)收規(guī)范[S].