淺談同外徑不同厚度鋼管對(duì)接焊縫的質(zhì)量控制

李靈芝，高傳孝

（1.中煤第五建設(shè)有限公司第五工程處，江蘇 徐州 221140；2.中煤第五建設(shè)有限公司現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)廠，江蘇 徐州 221140）

鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷的產(chǎn)生過(guò)程十分復(fù)雜，缺陷對(duì)焊接結(jié)構(gòu)承載力有非常顯著的影響。結(jié)合湖北黃石工程不同厚度同外徑鋼管的對(duì)接焊縫，從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面進(jìn)行分析，通過(guò)更換藥芯焊絲、制定新的焊接工藝等，確保焊縫質(zhì)量。

螺旋鋼管；焊接工藝；焊接缺陷

1 工程概況

黃石工程為三連跨鋼結(jié)構(gòu)廠房，建筑面積19216 m2，廠房格構(gòu)柱采用雙肢鋼管混凝土柱（見(jiàn)圖1），為砼泵送頂升澆筑密實(shí)。鋼管柱截面由上下兩節(jié)柱組成：上節(jié)柱為焊接H型鋼，下節(jié)柱由同外徑、不同厚度的螺旋鋼管φ750×20和φ750×10對(duì)接而成。

該工程擁有260t的行車噸位，如此噸位的行車在我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)廠房中僅有兩部，而行車所受到的荷載全部通過(guò)鋼管柱傳遞到地基基礎(chǔ)。該工程合同工期為90d，如果按照鋼管內(nèi)加襯管的對(duì)接方式，僅襯管加工就需要30d，然后再焊接完成，中間施工所需要的時(shí)間已滿足不了合同工期要求。因此，采取用兩鋼管厚度差來(lái)代替襯管。這樣可以節(jié)省材料，節(jié)約加工工期。

圖1

2 影響焊接質(zhì)量的因素

人、機(jī)、料、法、環(huán)。

2.1 人

焊接作業(yè)人員因素。

加強(qiáng)對(duì)焊工的質(zhì)量意識(shí)教育，由有經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)焊工施焊，并定期對(duì)對(duì)焊工進(jìn)行崗位培訓(xùn)，從實(shí)踐上提高操作技能，并嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，認(rèn)真執(zhí)行考試制度。

2.2 機(jī)

焊接設(shè)備集中，探傷儀器老化。

變壓器超負(fù)荷，進(jìn)行鋼柱對(duì)接焊時(shí)需限制某些設(shè)備工作，由于探傷儀是過(guò)去的模擬機(jī), 判斷曲線要靠自己計(jì)算后繪制的，測(cè)出的數(shù)據(jù)誤差大，易產(chǎn)生誤判。

2.3 料

鋼管表面清渣不徹底，現(xiàn)所有鋼管均通過(guò)拋丸機(jī)進(jìn)行表面處理。焊絲表面鍍層不均勻，為使焊縫達(dá)到要求，即表面無(wú)氣孔、根部收縮小等，將實(shí)心焊絲更換成藥芯焊絲。

2.4 法

只有同壁厚管對(duì)接焊接工藝，無(wú)不同壁厚同外徑鋼管對(duì)接焊接工藝，根據(jù)有關(guān)規(guī)定和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定新的焊接工藝并進(jìn)行評(píng)定。

2.5 環(huán)

天氣炎熱，焊接區(qū)風(fēng)扇多風(fēng)大。

本工程加工期在8、9月份，加工現(xiàn)場(chǎng)炎熱,為確保施工人員身心健康，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)降溫配置風(fēng)扇，調(diào)整風(fēng)扇使之不正對(duì)焊縫方向，降低焊接速度也可以緩解風(fēng)扇帶來(lái)的影響。

3 影響焊接缺陷的幾個(gè)方面

根據(jù)GB50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求，二級(jí)焊縫必須滿足（表1）。

表1

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，找出經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題的方面，整理出下表（見(jiàn)表2）。

表2

由表2可以看出，影響焊接質(zhì)量的主要問(wèn)題是焊縫內(nèi)部缺陷，其累計(jì)頻率達(dá)到64.3%，成為解決問(wèn)題的主要對(duì)象。

4 常見(jiàn)焊接缺陷的防止措施

4.1 未焊透

焊接時(shí)接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象。

巴志鵬認(rèn)為，中國(guó)共產(chǎn)黨的生態(tài)文明建設(shè)思想是對(duì)中國(guó)古代樸素的人與自然和諧觀“天人合一”及樸素的自然倫理“仁民愛(ài)物”論等傳統(tǒng)生態(tài)文化的揚(yáng)棄和對(duì)馬克思恩格斯的人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展觀的傳承［19］。而榮開(kāi)明則認(rèn)為，生態(tài)文明建設(shè)思想的主要淵源，包括馬克思主義生態(tài)文明理論，黨的三代領(lǐng)導(dǎo)集體探索中國(guó)社會(huì)主義建設(shè)的論述和前期經(jīng)驗(yàn)，國(guó)外有關(guān)生態(tài)文明建設(shè)的理念和經(jīng)驗(yàn)，中華文明中的生態(tài)文明智慧［20］。

4.1.1 產(chǎn)生原因及危害

焊件坡口角度和裝配間隙過(guò)小，鈍邊太大和坡口邊緣不齊，電流小而運(yùn)條速度過(guò)快，焊條傾斜角度不正確等。此外，焊件坡口表面清理不凈、背面清根不徹底也容易產(chǎn)生未焊透。未焊透減少了焊縫的有效工作截面，造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，大大降低了焊接強(qiáng)度。

4.1.2 防止措施

正確選定坡口形式和裝配間隙，認(rèn)真清除坡口邊緣兩側(cè)污物。選擇合適的焊接電流，運(yùn)條時(shí)隨時(shí)注意調(diào)整焊條角度，使熔敷金屬和母材之間充分均勻地加熱和熔化。

4.2 表面氣孔

焊接過(guò)程中熔池金屬高溫時(shí)吸收和產(chǎn)生的氣泡，在冷卻凝固時(shí)未能逸出而殘留在焊縫金屬內(nèi)所形成的孔穴，稱為氣孔。氣孔是一種常見(jiàn)缺陷，不僅出現(xiàn)在焊縫內(nèi)部和根部，也出現(xiàn)在焊縫表面現(xiàn)象。

防止措施：焊前仔細(xì)清理母材和焊絲表面油污、鐵銹等，適當(dāng)預(yù)熱除去水分；焊前嚴(yán)格烘干焊接材料，低氫型焊條必須存放在焊條保溫桶中；采用合適的焊接電流、電壓及焊接速度。

4.3 咬邊

因焊接造成沿焊趾（或焊根）處出現(xiàn)的低于母材表面的凹陷或溝槽稱為咬邊。它是由于焊接過(guò)程中，焊件邊緣的母材金屬被熔化后，未及時(shí)得到熔化金屬的填充所致。咬邊可出現(xiàn)于焊縫一側(cè)或兩側(cè)，可以是連續(xù)的或間斷的。

防止措施：選擇適當(dāng)?shù)暮附与娏鳌㈦妷汉秃附铀俣龋捎枚袒〔僮鳎莆照_的運(yùn)條手法和焊條角度，坡口焊接時(shí)，保持合適的焊條離側(cè)壁的距離。

4.4 根部收縮

根部收縮缺陷由于焊接參數(shù)選擇不正確或操作不當(dāng)，在焊道根部形成焊道表面收縮。

形成原因：焊接電流太小、焊接速度太快或間隙小，使得熔池溫度過(guò)低，形成焊道收縮。

預(yù)防措施：調(diào)節(jié)好焊接電流，控制焊接速度，嚴(yán)格控制好層間溫度，控制對(duì)口間隙及鈍邊厚度。

4.5 其他

焊縫化學(xué)成分或組織成分不符合要求：焊材與母材匹配不當(dāng)，或焊接過(guò)程中元素?zé)龘p等原因，容易使焊縫金屬的化學(xué)成份發(fā)生變化，或造成焊縫組織不符合要求。這可能帶來(lái)焊縫的力學(xué)性能的下降，還會(huì)影響接頭的耐蝕性能。

5 根據(jù)影響焊接質(zhì)量的主要因素，制定相應(yīng)的對(duì)策（見(jiàn)表3）

表3

6 對(duì)策實(shí)施

6.1 實(shí)施一

對(duì)所有持有高級(jí)焊工證的人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考試，使之實(shí)際操作達(dá)到焊接水平時(shí)方可進(jìn)行螺旋鋼管對(duì)接焊。

6.2 實(shí)施二

為滿足本工程的技術(shù)要求,購(gòu)置一臺(tái)數(shù)字式HS600探傷儀，判斷曲線是自動(dòng)生成，減少人為繪制曲線的誤差。數(shù)據(jù)顯示直觀、易判斷，探傷檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率100%。

6.3 實(shí)施三

到現(xiàn)場(chǎng)摸索、進(jìn)行焊接試驗(yàn)，將鋼管管徑分成4段對(duì)焊，每段對(duì)焊分別采用三種焊接方式，如圖2所示。通過(guò)調(diào)整不同的焊接手法來(lái)達(dá)到焊接要求。焊接時(shí)要做好電流、電壓、焊接速度記錄，最終總結(jié)歸納數(shù)據(jù)，制定適合不同壁厚且管徑＞400mm對(duì)接焊縫的工藝，焊縫探傷合格率100%，通過(guò)施焊、探傷檢驗(yàn)、外觀檢驗(yàn)符合圖紙和標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2

7 效果檢查

通過(guò)嚴(yán)格的PDCA循環(huán)，使原來(lái)很難控制的不同厚度同外徑的螺旋鋼管柱縫的質(zhì)量得到了很好的控制。焊縫隨意抽查合格率達(dá)到了100%，達(dá)到了預(yù)期效果。焊接施工質(zhì)量得到保證，受到甲方、監(jiān)理及質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)的好評(píng)，獲得了良好的社會(huì)形象。

8 結(jié)語(yǔ)

湖北黃石工程在開(kāi)工之初，通過(guò)試驗(yàn)、調(diào)查，掌握了影響焊縫質(zhì)量的各項(xiàng)因素，通過(guò)分析，認(rèn)真找出影響焊接質(zhì)量因素的主要原因，并制定了專項(xiàng)針對(duì)性措施。堅(jiān)決杜絕鋼結(jié)構(gòu)工程各種焊接缺陷，并避免其他鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷的產(chǎn)生，確保了不同厚度同徑的螺旋鋼管對(duì)接焊縫的施工質(zhì)量。

[1]GB50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]倪真.鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷對(duì)施工質(zhì)量的影響[J].鋼結(jié)構(gòu)，2013（3）.