鋼結(jié)構(gòu)件的焊接及變形質(zhì)量控制

羅明文 楊艷玲 才冬滿

摘要：國內(nèi)外的大型或高層建筑愈來愈趨向于鋼構(gòu)式架構(gòu)形式，而此類結(jié)構(gòu)構(gòu)建制作和安裝，大都采用焊接形式，其焊接工藝、焊接順序、焊接變形、焊接設(shè)備的選用也就成了質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：焊接；變形；質(zhì)量；控制

鋼結(jié)構(gòu)件制作作為我國現(xiàn)階段社會主義市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展中非常重要的組成部分，長期以來我黨及其政府部門對其進(jìn)行了大量的人力、物力和財(cái)力方面的投人，取得了非常顯著的成果。隨著現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在其鋼結(jié)構(gòu)件制作的過程中不斷引進(jìn)現(xiàn)代化的施工技術(shù)成為現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然需求。

鋼件焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量主要取決于設(shè)計(jì)、工藝、材料、焊接、熱處理、檢驗(yàn)、理化和無損檢測等八個(gè)質(zhì)量系統(tǒng)，其中焊接控制系統(tǒng)是最重要的質(zhì)量控制系統(tǒng)之一。焊接時(shí)難免會產(chǎn)生氣孔、夾渣、未熔合、焊接裂紋等焊接缺陷，對于鋼構(gòu)件來說，除焊接裂紋外的其它缺陷，都可通過改進(jìn)操作避免，而焊接裂紋則需通過正確的選材和工藝措施方能避免。焊接質(zhì)量的控制大致可分為以下幾個(gè)方面：

1鋼材與焊接材料的質(zhì)量控制

焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和可靠性程度，與材料的選擇和使用得當(dāng)與否密切相關(guān)。焊接材料必須要有生產(chǎn)廠家出具的有效的質(zhì)量保證書。焊材庫管理人員必須按照J(rèn)B3233 83《焊條質(zhì)量管理規(guī)程》保管和發(fā)放焊接材料。用于制造焊接鋼結(jié)構(gòu)的常用鋼材主要是含碳≤0.25%的碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，因此制作重要構(gòu)件前首先要檢驗(yàn)材料的合格性。檢查鋼材必要的力學(xué)性能、化學(xué)成分、表面及內(nèi)在質(zhì)量、金相組織等。對質(zhì)量要求較高的產(chǎn)品，還應(yīng)進(jìn)行化學(xué)除銹

（對銹蝕鋼材應(yīng)酸洗）或機(jī)械除銹（即噴砂處理），必要時(shí)在除銹后噴（涂）底漆。

對金屬材料表面出現(xiàn)的彎曲、扭曲、波浪變形及局部凹凸不平的現(xiàn)象，特別是薄鋼板及截面積較小的型鋼，在劃線號料之前必須進(jìn)行矯正。矯正一般在冷態(tài)下進(jìn)行，由手工矯正或矯正機(jī)實(shí)現(xiàn)。若鋼材變形較大，在冷態(tài)下矯正會損壞其力學(xué)性能，則需熱態(tài)矯正。

2焊接工藝的制定及組織實(shí)施

對于某個(gè)具體的產(chǎn)品，焊接技術(shù)人員要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定具體的焊接工藝。在制定焊接工藝前要確定有無相應(yīng)的或能覆蓋的焊接工藝評定，確定由持有何種資格項(xiàng)目的合格焊工施焊。

焊接工藝的參數(shù)及處理措施，一定要在工藝評定的范圍之內(nèi)，要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定合理的能減小焊接變形和焊接應(yīng)力的焊接順序。焊工施焊時(shí)必須嚴(yán)格按照焊接工藝的規(guī)定執(zhí)行。對于關(guān)鍵焊縫或有特殊要求的焊縫，焊接技術(shù)人員必須親自向施焊焊工交待注意事項(xiàng)，并到生產(chǎn)一線指導(dǎo)焊接工作。

2.1焊接工藝的選用

焊接工藝采用的恰當(dāng)與否，與焊接質(zhì)量緊密相關(guān)，它不僅包含焊接電流大小、焊條型號的選用，還包含合理的焊接順序、焊接方法、焊接線能量的大小。這些都可以控制或減小約束應(yīng)力，都能降低產(chǎn)生裂紋的幾率。

焊接應(yīng)力和變形是形成各種焊接裂紋的重要因素，也是造成焊接接頭熱應(yīng)變脆化的根源，并且影響結(jié)構(gòu)的尺寸精度和穩(wěn)定性。應(yīng)力不僅影響結(jié)構(gòu)的外形質(zhì)量，對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等內(nèi)在質(zhì)量也有重要影響。焊接應(yīng)力和變形的特殊規(guī)律，追根逐源，是由焊接部位不均勻的快速高溫加熱所導(dǎo)致的。

焊接應(yīng)力和變形，不僅可使焊接產(chǎn)品的質(zhì)量下降，使下一道工序無法順利進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)還會使焊件報(bào)廢或造成事故，因此要盡量把焊接應(yīng)力和變形降到最低。

2.1.1焊接變形控制

正確選擇裝焊順序。焊接結(jié)構(gòu)變形的大小與其本身的剛性大小是成反比的，而焊接結(jié)構(gòu)的剛性是在裝配與焊接過程中逐漸加大的，結(jié)構(gòu)整體的剛性總是比零部件的剛性大，故在焊接鋼構(gòu)件時(shí)，應(yīng)盡可能先裝配成整體后再焊接。如：工字梁或H形鋼的拼接，即可采取先裝配后焊接的工序，裝成工字梁或H形鋼后其剛性較強(qiáng)，焊后四條焊縫的縱向收縮一致，故其彎曲變形較小。

正確選擇焊接順序和焊接方向。一般先焊的焊縫易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，因結(jié)構(gòu)的剛性隨著焊接的進(jìn)行而加強(qiáng)，而先焊的焊縫結(jié)構(gòu)剛性較小，易產(chǎn)生變形。

剛性固定法。鋼板對接焊時(shí)，因焊縫收縮不一，易出現(xiàn)角變形或接口錯(cuò)位，通常采用加“馬”來控制焊后變形。簡體和底板對接焊時(shí)易出現(xiàn)錯(cuò)位，也可采取此法來處理。簡體和底板在組裝時(shí)，為了預(yù)防通長焊縫的過大變形，在施焊前點(diǎn)焊了一些楔鐵，對其相鄰未焊的長邊，也通過適當(dāng)點(diǎn)焊幾個(gè)楔鐵控制其變形。

反變形法。反變形法是在焊接前將焊件預(yù)制一個(gè)反變形，使這個(gè)變形與焊后變形恰恰相反、大小相等，從而達(dá)到抵消焊接變形的目的。

2.1.2焊接應(yīng)力控制

焊接過程是一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過程，冷卻后不僅使焊件產(chǎn)生了變形，而且在焊件內(nèi)部存在一定的焊接應(yīng)力，這對可焊性差的金屬或剛性較大的結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致其產(chǎn)生裂紋，使其安全使用系數(shù)降低。

選擇合理的焊接順序。如大型容器的底板由許多鋼板拼接而成，可分為縱向、橫向焊縫。焊接時(shí)應(yīng)讓焊縫自由收縮，減小結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)的約束力，從而減小焊接應(yīng)力。底板的鋪設(shè)主要是保證底板的幾何形狀及尺寸符合要求，為此要認(rèn)真選擇排版方式和確定焊接順序。底板的排版方式通常有條字形排版、丁字形排版、人字形排版和分塊排版4種形式。人字形排版分塊排版可避免局部焊縫過于集中，使收縮較為均勻。

加熱減應(yīng)法。在補(bǔ)焊塑性較差、剛性較大的鑄鐵件和鑄鋼件時(shí)，可用此法。其原則是減小焊接部位和焊件上陰端焊接區(qū)自由收縮部位之間的溫差。在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位進(jìn)行加熱，使其伸長。冷卻時(shí)，這兩個(gè)部位同時(shí)收縮，減小了焊接區(qū)的應(yīng)力，防止了裂紋的產(chǎn)生。

2.2焊接設(shè)備的選用

對于剛構(gòu)件的焊接，其應(yīng)力和變形的大小，有時(shí)和焊接設(shè)備的選用也有直接關(guān)系。對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)，多應(yīng)優(yōu)先選用埋弧自動焊、C02氣體保護(hù)焊。特別是在規(guī)范要求變形較小時(shí)，根據(jù)工藝要求，多使用C02氣體保護(hù)焊。

3焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制體系

要使焊接結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)系數(shù)降到最低，除正確選擇材料、正確選擇焊接工藝措施外，還應(yīng)該有一個(gè)嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系，并嚴(yán)格按照質(zhì)量體系和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行。

3.1編制各項(xiàng)焊接質(zhì)量管理制度

如焊工培訓(xùn)考試和資格審查辦法；焊接工藝評定試驗(yàn)實(shí)施細(xì)則；焊接工藝編制和審批辦法；焊接材料驗(yàn)收保管烘干及領(lǐng)用發(fā)放制度；焊接設(shè)備管理制度；產(chǎn)品試板制作管理辦法；焊縫返修管理制度；焊接檢驗(yàn)制度等。

3.2配備焊接技術(shù)人員及焊接工人

焊接技術(shù)人員包括焊接檢驗(yàn)人員和焊接責(zé)任工程師，焊接檢驗(yàn)人員負(fù)責(zé)焊縫各項(xiàng)外觀檢查、無損探傷、理化試驗(yàn)等工作；焊接責(zé)任工程師全面負(fù)責(zé)焊接施工質(zhì)量。焊接工人技術(shù)水平的高低直接影響產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，因此必須認(rèn)真組織好焊工的培訓(xùn)及考試，不斷提高焊工的理論水平和實(shí)際操作技能，建立焊工質(zhì)量檔案，實(shí)行獎(jiǎng)罰制度，鼓勵(lì)焊工提高操作水平。

4結(jié)語

綜上所述，焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量的控制，既是選材、工藝措施嚴(yán)格把關(guān)的過程，也是組織管理嚴(yán)格實(shí)施的過程，這三方面的問題解決了，其質(zhì)量也就得到了控制。