鋼結構焊接中的常見問題探討

孫生玉

摘要：鋼結構在加工過程中，由于存在外形尺寸較大、形狀多樣、焊縫多、焊接位置不對稱等因素，常出現多種焊接問題，影響產品的質量。本文對焊接中局部變形和裂紋的原因和預防措施進行分析，并對鋼結構焊接檢驗中的相關問題進行論述。

關鍵字：鋼結構；焊接；檢驗

1 焊接中的局部變形的原因及預防措施

1.1 產生原因

加工件的剛性小或不均勻，焊后收縮，變性不一致;加工件本身焊縫布置不均，導致收縮不均勻，焊縫多的部位收縮大、變形也大;加工人員操作不當，未對稱分層、分段、間斷施焊，焊接電流、速度、方向不一致，造成加工件變形的不一致;焊接時咬肉過大，引起焊接應力集中和過量變形;焊接放置不平，應力集中釋放時引起變形。

1.2 預防措施

設計時盡量使工件各部分剛度和焊縫均勻布置，對稱設置焊縫減少交叉和密集焊縫;制定合理的焊接順序，以減少變形。如先焊主焊縫后焊次要焊縫，先焊對稱部位的焊縫后焊非對稱焊縫，先焊收縮量大的焊縫后焊收縮量小的焊縫，先焊對接焊縫后焊角焊縫;對尺寸大焊縫多的工件，采用分段、分層、間斷施焊，并控制電流、速度、方向一致;手工焊接較長焊縫時， 應采用分段進行間斷焊接法， 由工件的中間向兩頭退焊，焊接時人員應對稱分散布置，避免由于熱量集中引起變形;大型工件如形狀不對稱，應將小部件組焊矯正完變形后，在進行裝配焊接，以減少整體變形;工件焊接時應經常翻動，使變形互相抵消;對于焊后易產生角變形的零部件，應在焊前進行預變形處理，如鋼板v形坡口對接，在焊接前應將接口適當墊高，這樣可使焊后變平;通過外焊加固件增大工件的剛性來限制焊接變形，加固件的位置應設在收縮應力的反面。

1.3 處理方法

對已變形的工件，如變形不大，可采用火烤矯正。如變形較大，采用邊烤邊用千斤頂頂的方法矯正。

2 鋼結構焊接裂紋的原因及預防措施

2.1 熱裂紋

熱裂紋是指高溫下所產生的裂紋，又稱高溫裂紋或結晶裂紋，通常產生在焊縫內部，有時也可能出現在熱影響區，表現形式有：縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋和熱影響區裂紋。其產生原因是由于焊接熔池在結晶過程中存在著偏析現象，低熔點共晶和雜質在結晶過程中以液態間層形式存在從而形成偏析，凝固以后強度也較低，當焊接應力足夠大時，就會將液態間層或剛凝固不久的固態金屬拉開形成裂紋。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔點共晶和雜質，當焊接拉應力足夠大時，也會被拉開?？傊?，熱裂紋的產生是冶金因素和力學因素共同作用的結果。針對其產生原因，其預防措施如下：

限制母材及焊接材料(包括焊條、焊絲、焊劑和保護氣體)中易偏析元素和有害雜質的含量，特別應控制硫、磷的含量和降低含碳 ，一般用于焊接的鋼材中硫的含量不應大于0.045％，磷的含量不應大于0.055％；另外鋼材含碳量越離，焊接性能越差，一般焊縫中碳的含量控制在0.10％以下時，熱裂紋敏感性可大大降低;調整焊縫金屬的化學成分，改善焊縫組織，細化焊縫品粒，以提高其塑性，減少或分散偏析程度，控制低熔點共品的有害影響;采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的雜質含攝，改善結晶時的偏析程度;適當提高焊縫的形狀系數，采用多層多道焊接方法，避免中心線偏析，可防止中心線裂紋;采用合理的焊接順序和方向，采用較小的焊接線能超，整體預熱和錘擊法，收弧時填滿弧坑等工藝措施。

2.2 冷裂紋

冷裂紋一般是指焊縫在冷卻過程中溫度降到馬氏體轉變溫度范圍內(300-200℃以下)產生的，可以在焊接后立即出現，也可以在焊接以后的較長時間才發生，故也稱為延遲裂紋。其形成的基本條件有3個：焊接接頭形成淬硬組織；擴散氫的存在和濃集；存在著較大的焊接拉伸應力。其預防措施主要有：

選擇合理的焊接規范和線能 ，改善焊縫及熱影響區組織狀態，如焊前預熱、控制層問溫度、焊后緩冷或后熱等以加快氫分子逸出;采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的擴散氧含量;焊條和焊劑在使用前應嚴格按照規定的要求進行烘干(低氫焊條300℃～350℃保溫1h；酸性焊條100℃～l50℃保溫1h；焊劑200℃～250℃保溫2h)，認真清理坡口和焊絲，去除油污、水分和銹斑等臟物，以減少氫的來源;焊后及時進行熱處理．一是進行退火處理，以消除內應力，使淬火組織回火，改善其韌性；二是進行消氫處理，使氫從焊接接頭中充分逸出;提高鋼材質量，減少鋼材中的層狀夾雜物;采取可降低焊接應力的各種工藝措施。

3 鋼結構焊接檢驗中的相關問題

3.1 焊縫等級、檢驗等級、評定等級的區別與聯系

要求進行內部質量探傷的焊縫，按質量等級分一級和二級，稱一級焊縫和二級焊縫，此即為焊縫等級。

檢驗等級系指檢驗檢測達到的精度，即檢測儀器與檢測方法結合而得到的檢測結果的精確程度。超聲波探傷采用GB／T11345-1989標準按檢測等級由低到高分為A、B、C三個級別，射線探傷采用GB／T3323-1987標準按檢測等級由低到高分為A、AB、B三個級別，它們分別規定了手工超聲波探傷的檢測方法、探測面、檢測范圍和允許缺陷當量(dB值)以及射線探傷所要達到的靈敏度(透照厚度與像質計的關系)。

評定級別是指探傷人員在檢出缺陷后依據標準對缺陷測量進而確定的焊縫內部質量級別。具體來說，超聲波探傷指對波高在測長線與判廢線之間(Ⅱ區)缺陷測長后，依標準GB／T11345-1989表6進行缺陷定級；射線探傷是指測量底片上缺陷指示長度和大小，依標準GB／T3323-1987表6、表7、表9、表10并綜合評級(見該標準16.1～16.4)，這一條是每一個探傷人員必須熟練掌握的。

3.2 超標缺陷處理與復探、擴探

GB 50205《鋼結構工程施工質量驗收規范》只規定了檢測方法、檢測比例和合格級別，對于缺陷的處理沒有明確要求。參照JG 181《建筑鋼結構焊接技術規程》和其他行業焊接檢驗標準規范的要求，對于檢出的缺陷可作如下處理：

檢測出的不允許缺陷必須返修，返修后按同種檢測方法檢測合格后方認為該焊縫合格。

對要求抽查檢驗的焊縫，發現不允許缺陷后，應在被檢測區域兩端整條焊縫長度的各10％且不小于200mm(長度允許時)的區域擴檢。

a.若在擴檢區域未發現超標缺陷，應認為該焊縫合格。b.若在擴檢區域發現超標缺陷，則該條焊縫全檢。

對于現場安裝要求抽查檢驗的焊縫，發現不允許缺陷后，按下述原則擴檢；

a.增加該類型同一焊工焊接的兩條焊縫檢測，若此兩條擴檢焊縫未發現超標缺陷，應認為該批焊縫合格。b.若此兩條擴檢焊縫發現超標缺陷，則每一條含超標缺陷的焊縫按上述原則再各抽檢兩條焊縫。c.若再次抽檢的焊縫未發現超標缺陷，應認為該批焊縫合格。d.若再次抽檢的焊縫仍發現有超標缺陷，則該焊工焊接的該類型焊縫全檢。同時，可協商適當增加其余焊縫檢測比例。

參考文獻

[1]白云．鋼結構.《鋼結構》編輯部，2003．2.

[2]黃文哲．焊接手冊．機械工業出版社，1991.

[3] 田錫唐．火焰成形研究論文集．哈爾濱工業大學，1980.