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(chǎng)館，屋面鋼結(jié)構(gòu)工程由場(chǎng)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(jiǎn)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(guó)內(nèi)外特有建筑。場(chǎng)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(chǎng)和體育館，將兩個(gè)場(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)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(duì)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(zhǎng)）、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(jí)焊縫，超聲波100%檢測(cè)。

（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(chǎng)焊時(shí)所在位置的多樣性，對(duì)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(wú)疑就對(duì)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(guò)程，要經(jīng)過(guò)許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)，只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn)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(chǎng)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(guò)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(guò)程中常見(jiàn)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(wú)損檢測(cè)方法檢測(cè)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(chǎng)拼裝、現(xiàn)場(chǎng)分段吊裝的施工方案進(jìn)行拼裝，現(xiàn)場(chǎng)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(wú)相貫線相應(yīng)焊接經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)八名全位置焊工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)焊時(shí)所在位置的多樣性，八名焊工雖然經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，取得了合格證，但現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(guò)專家組對(duì)焊工焊接過(guò)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。

倒不是說(shuō)梅賽德斯-奔馳舉辦的體驗(yàn)活動(dòng)有什么不足，只不過(guò)敦煌市郊那片并不算開(kāi)闊的松軟沙地實(shí)在不足以展示出全新G級(jí)越野車的實(shí)力。所以，在清涼的車廂里，我開(kāi)始回憶兩年前在奧地利格拉茨Sch?ckl山上，和麥格納斯太爾工廠的專業(yè)試駕工程師們一起體驗(yàn)上一代G級(jí)越野車的經(jīng)歷。

（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(guò)檢查現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)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(guò)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(lái)。

（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(wú)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(guò)高或坡口角度太小，鈍邊太厚以及焊條直徑過(guò)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(méi)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(méi)有處理干凈。第三,在焊接中的電弧過(guò)長(zhǎng),熔池的面積過(guò)大;第四,在焊接中使用的焊接電流過(guò)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(duì)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(chǎng)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(wèn)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(jí)。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(jí),有特殊要求時(shí),應(yīng)標(biāo)明無(wú)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(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn),并應(yīng)對(duì)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(hào)。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)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(shū)等資料必須齊全，堅(jiān)持鋼材、焊條在現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證取樣制度，對(duì)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)質(zhì)量控制，對(duì)進(jìn)場(chǎng)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(guò)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(duì)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(guò)程中，一般不得對(duì)構(gòu)件進(jìn)行修正、切割或捶擊等，確保管桁架的現(xiàn)場(chǎng)拼裝質(zhì)量。

4.4 對(duì)焊工進(jìn)行針對(duì)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(guò)渡區(qū)。直接相貫節(jié)點(diǎn)焊縫可以采用全焊透對(duì)接焊縫及對(duì)接與角接組合焊縫；開(kāi)坡口的部分焊透對(duì)接焊縫及對(duì)接與角接組合焊縫；也可全部采用角焊縫焊接，針對(duì)相貫線焊縫，項(xiàng)目部聘請(qǐng)專家對(duì)這部分內(nèi)容給予講課、現(xiàn)場(chǎng)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(qǐng)專家現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)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(méi)有標(biāo)準(zhǔn)就沒(méi)有質(zhì)量可言。對(duì)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)赤峰體育中心二期工程的工程實(shí)例，對(duì)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(chǎng)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(guó)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(cè)冊(cè)[P].北京：中國(guó)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].