建筑鋼結構焊接質量的目視檢驗技術

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1 目視檢驗概述

對檢驗的認識經常被認為是生產過程之后的事情，比如機械零件加工成型到最終尺寸后，檢驗是否符合圖紙和技術要求。同樣，衣服經過裁剪、縫制、上紐扣等一系列工序完工成型后，再進行檢驗。通過這些例子可以看出，這些都是單件產品比較小的情況，檢驗工作一般是放在生產過程結束后再進行的。然而，建筑鋼結構工程有自身的生產特點，一棟高層鋼結構建筑動輒需要幾萬噸乃至十幾萬噸鋼材，這些形狀各異的鋼材構件以焊接及栓接的方式連接成為整體，最終成為一棟棟拔地而起的高樓。近年來焊接技術的快速發展，已經逐步取代栓接成為鋼結構建筑中最重要的連接方式。成千上萬條焊縫質量對建筑的使用安全至關重要，因此，必須重視鋼結構焊接過程中的每一條焊縫的過程檢驗，使其達到規范和標準要求。

經驗告訴我們，對于焊接構件來說，焊接過程結束后的檢驗，即使增加無損檢測，也不一定能完全保證滿足工況使用的要求。而如果在焊接生產前就預先設定一系列的焊接目視檢驗程序，并在焊接生產中的具體階段按計劃執行這些目視檢驗措施，實踐證明，即使在沒有無損檢測的條件下，也可以在很大程度上保證焊接產品達到預期的質量標準。

因為影響焊接質量的因素分布在整個焊接操作的各個階段，尤其是焊接開始前的焊接質量影響因素更是重中之重。在大部分類似的情況下，如果合理安排目視檢驗的程序，許多重大的質量錯誤就可以在產生之初被發現，只需采取簡單而經濟的措施就可以及時糾正。

2 目視檢驗的特點

（a）任何檢驗規程都不會絕對保證焊接件的質量能夠滿足其所期望的標準，然而通過編制適當的檢驗計劃，則可以獲得更經濟、更可靠的焊接產品。

（b）盡管目視檢驗能夠有效地控制和判斷焊接和焊接件的質量，但目視檢驗僅限于焊縫表面，而不能發現焊縫內部的缺陷。這一局限性可以通過在檢驗計劃中增加過程檢驗得以彌補，從而在一定程度上保證焊接質量。

（c）要認識到無損檢測只是對目視檢驗的有效補充，而不是代替。4 種用于焊縫質量無損檢測的方法，每種都有各自的特點與不足。滲透和磁粉檢測是表面檢測技術，而后者僅適用于鐵磁性材料；射線檢測具有方向性要求，并使一定距離內的工作范圍存在輻射危險；超聲波檢測技術只能檢測板厚8 mm以上的焊縫，且需要光滑的表面及一定的空間距離。

3 目視檢驗程序

焊接目視檢驗根據執行時間可分為焊接前、焊接過程中和焊接后3 個時間階段。目視檢驗能發現焊接過程中的焊接表面缺陷，能夠有效反映焊接產品質量，是一種簡單、經濟的檢測方法。但是要求執行焊接檢驗的人員應在金屬制造、檢驗和測試方面經過必要的培訓或有豐富的檢驗經驗，并且能夠勝任檢驗工作，焊接檢驗員必須全過程核實焊接制造和安裝都符合合同文件的要求[1]。

3.1 焊接前檢驗

在焊接前，焊接檢驗員需要注意一些典型項目，主要包括查看圖紙和規程、檢查焊接工藝和操作資格、建立控制點、查看材質文件、查看母材、檢查裝配質量等。如果檢驗員詳細檢驗了這些基本內容，可以避免在工程中出現難以處理的局面。

3.1.1 查看圖紙和詳細閱讀操作規程

檢驗員須從圖紙中獲得重要的待檢驗信息。包括焊接細節要求、材料要求、詳細尺寸、焊接過程檢驗要求等。

3.1.2 檢查焊接工藝規程和焊工資格的評定

標準和規范中對于認證焊工的要求越來越嚴格，焊接檢驗師需要驗證焊工、焊接操作工、定位焊工的資格能夠滿足焊接生產中的工藝要求，并要在整個焊接過程中不斷考察焊工技能。檢查焊工是否具備焊接產品所要求的資格證明，是否具有執行焊接工藝的能力，若發現焊工技能下降，則必須重新進行焊工資格評定，甚至重新培訓。

焊接工藝規程（WPS）是根據相應的焊接工藝評定報告（PQR）編制的，其按規定的程序審批后方可使用。焊接工藝規程是焊工、檢查人員和生產管理人員在焊接生產中必須遵循的重要工藝文件，內容涵蓋了施焊時需要遵守的重要焊接參數和次要焊接參數[2]。檢驗員必須檢查焊接工藝評定報告是否符合工程要求，以保證焊接工藝規程和焊工認證符合工程的技術要求。

3.1.3 建立停止點

在焊接開始前，在某些需要檢查和判斷的控制點上應建立停止點。必須通過焊接檢驗師對這些重要控制點的檢驗后，才能繼續后續的工作，以避免檢驗工作面被覆蓋。

3.1.4 檢驗母材和構件

檢驗母材材質是否符合圖紙設計要求，避免材料錯用。在厚板焊接及存在形或十字接頭的地方，應檢查是否存在不能接受的缺陷，如母材的分層和焊縫的裂紋等。

3.1.5 檢查焊接接頭的準備和裝配

焊接接頭的裝配，是能否獲得高質量焊縫的關鍵。焊前主要檢查的裝配項目有：坡口角度、根部間隙、接頭對中、襯墊、引弧板的安裝、接頭清潔、定位焊及預熱（需要的情況）。所有這些因素，都會對焊縫的質量有直接的影響，如果裝配質量達不到規范和圖紙的要求，必須在焊接開始前予以糾正。有時候，在檢查過程中發現的偏差，雖然在焊接技術規范要求之內，但在復檢時要給予特別的關注。比如在T形接頭的角焊縫焊接時，發現根部間隙很大，當間隙超過5 mm時，則應在待焊板端表面堆焊并修磨平整，使其間隙符合要求。當根部間隙大于1.5 mm且小于5 mm時，角焊縫的焊角尺寸應按根部間隙值予以增加。焊接檢驗員在檢查焊角尺寸時，就要特別關注相應增加的根部間隙值，以確保有效焊接尺寸，從而避免因焊縫有效尺寸減小而導致的承載力不足引發的事故[3]。

3.2 焊接中檢查

在焊接執行階段，要特別注意檢查預熱溫度和層間溫度、檢查焊接工藝規程執行的一致性、檢查打底焊道質量、檢查焊道焊層的布置和焊接清根情況。

焊接檢驗員必須確認焊接規范、合同文件對焊前預熱和層間溫度的控制要求。在焊接時，沿焊縫所有方向上，在距焊接點不小于板厚的長度，且不小于75 mm處進行溫度的測量。必須按照規定的溫度，保持預熱溫度和隨后的所有道間溫度。對于厚板焊接尤為重要，必須保證整個焊接接頭范圍內溫度的內外均勻通透，以減小焊接應力和變形的不均勻性。

另一個重點檢查的是焊接工藝規程參數的執行情況是否符合工藝評定。包括焊接材料、送絲速度、接頭坡口設計、電流特性、極性、焊接電壓、焊接電流和其他需要確認的焊接參數，這些通過焊接工藝評定驗證優化后的焊接參數組合，可以使得焊縫及母材的熱影響區的熱輸入符合要求，因為過大的熱輸入，可能導致焊縫及熱影響區晶粒粗大、塑性韌性降低、接頭強度降低、焊接接頭耐腐蝕性能降低等問題，難以保證焊接產品中的熱影響區和焊縫的化學成分、金屬組織和力學性能滿足使用要求；當熱輸入過小時，可能導致焊接區產生裂紋、焊接接頭成型不良、焊接缺陷率高等問題[4]。

評估焊縫質量，最好的做法是對每一道焊縫都進行檢查。大多數焊接缺陷的產生都和根部打底焊道的質量有關，因此對根部焊道的徹底檢查有利于問題的及時發現和糾正，避免厚板焊接完畢才通過無損檢測發現超標缺陷后造成的大量返修工作，既影響焊縫和附近母材的力學性能，又影響工作效率和增加成本。對中間填充層的檢查有利于加強焊道的清理工作，避免最終焊縫的夾渣、氣孔、未焊透及未融合等缺陷而產生的附加返工。對于雙面焊反面清根的焊接情況，第二面的接頭根部清理是最關鍵的，采用碳弧氣刨去除焊渣和其他不規則情況后，應檢查碳弧氣刨產生的表面滲碳層是否打磨干凈，避免殘余碳熔入焊縫金屬中，導致過多的淬硬組織馬氏體而引發焊縫冷裂紋，以保證所有的妨礙焊接質量的不連續物被有效去除，并且清根后的坡口槽面的形狀適合后續焊接質量的保證。

3.3 焊接后檢查

焊接后檢查主要包括確認焊縫的尺寸、檢查焊縫表面情況及一些隨后的相關要求。

焊縫表面質量檢查主要是確認焊縫形狀輪廓是否滿足規范要求，是否有焊接飛濺和電弧擊傷的存在，是否符合規范和技術條件要求的焊接缺陷的尺寸和數量的限制。通過焊縫表面的檢驗，可以發現大多數的表面缺陷，包括氣孔、未融合、接頭未焊透、表面未填滿、焊瘤、裂紋、金屬和非金屬夾雜物。這些缺陷都是應力集中源，它們的存在會誘使其他缺陷的產生和擴展。因此，只要發現這些缺陷，都應及時修復。

焊縫尺寸主要檢查焊縫有效尺寸、長度和位置是否符合圖紙要求，包括焊縫寬度、余高及是否整條焊縫連續填充等，尺寸檢查需要借助有不同功能的焊縫量規和儀器，以控制焊縫尺寸精度避免過分超過或小于圖紙要求。

完成外觀檢測后，目視檢驗還應根據規范和技術條件要求，檢驗或見證焊后熱處理、無損檢驗等其他要求。

4 結語

焊接目視檢驗，整個過程持續時間較長，涉及的檢驗項目多，很大一部分檢驗內容要穿插進行，因此，在檢驗之前編制檢驗計劃，組織相關人員協調配合，并在實施階段嚴格執行，充分發揮焊接目視檢驗技術在項目施工過程中的質量控制作用，在提高生產量和生產效率的同時，使焊接技術及產品質量保持在理想水平之上，將焊接產品質量事故降至最低，保證產品全部質量特性的考核指標滿足相應標準、規范、合同或第三方的有關規定。畢竟預防錯誤的成本通常比糾正錯誤的成本要少得多。只有強化焊接質量管理，才能建造出高質量的鋼結構焊接工程，不僅可以向用戶提供滿足使用要求的焊接產品，而且可以推動企業的技術進步，進而使企業獲得高的收益和回報，不斷提升企業的競爭優勢。