鋼結構十字型鋼柱焊接接口缺陷及返修質量控制

段平安，喬磊，趙榮立，付存海，蔣忠全，劉年，羅云森

（中鐵隧道集團三處有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

深圳市地鐵11號線BT項目11301標，位于深南大道與香蜜湖路交叉處西南象限位置。其中，11號線車公廟站位于深南大道南側主干道下，線路沿東往西走向；7、9號線車公廟站位于香蜜湖路西與泰然工貿園區之間，基本平衡于香蜜湖路，線路沿北往南走向。

深圳地鐵11號線車公廟車站11301項目，采用鋼結構十字型鋼柱作為車站主體結構支撐，共有3種類型。設備區段四跨900×900鋼結構十字型鋼柱（鋼柱斷面為600×600）、設備區段900×1200斷面（鋼柱斷面為600×900）、盾構井900×1200斷面（鋼柱斷面為600×900），鋼柱翼腹板厚度最厚為90mm，節點部位橫穿于鋼柱的隔板厚度35mm，材質Q345。

該工程鋼結構十字型鋼柱特點：鋼結構均為十字型鋼柱，鋼梁節點主要是以鋼牛腿橫穿于鋼柱之間，節點的連接焊縫均為全熔透焊縫；鋼柱主焊縫均為全熔透焊縫；因此在制作中應做好鋼柱的預變形，保證焊縫的一次交驗合格率；嚴格按照焊接順序控制好焊后變形量。

2 鋼結構十字柱加工工藝流程(圖2)

圖2

3 樣品制作

為了保證鋼結構十字型鋼柱制造成功，做了一根12m長的1：1的試件，利用常規方法進行了試驗，鋼結構十字型鋼柱的組裝焊接步驟如下：

在T、H板焊接中采用埋弧焊焊接，但在十字位置焊接由于操作空間限制，不能采用埋弧焊的，只能采用氣保焊焊接。

表1 相關參數控制

4 樣品檢測

在試驗過程中，通過檢測發現確實存在許多問題，分別從（圖3a）、b））焊縫1和（圖3c））焊縫2兩處進行說明。

圖3

4．1 焊縫1缺陷和焊縫總長的百分比

角變形100%、咬邊40%、局部為焊透15%、夾渣11%、氣孔10%、其他1%。

焊接件所有的焊縫角變形100%出現，在出現角變形的同時，這其中40%的焊縫出現咬邊，其中37%指焊縫寬大小波動頻繁、高低起伏過大，焊腳不等缺陷。

焊縫1：主要缺陷表面角變形、咬邊；經過檢測還有夾渣、氣孔、未焊透、裂紋。指焊縫寬度不夠，焊波寬窄不齊，凹凸不平，氣孔，裂紋的主要問題存在。質量不合格，必須完全控制，徹底解決，才能保證構件質量。

焊縫2：由于鋼結構十字型鋼柱特殊結構的影響，埋弧焊設備無法將焊接機頭伸入焊縫節點2處進行氣保焊焊接。只有用手動氣體保護焊，檢查發現與焊縫1完全一樣，其中還多了電弧擦傷焊件，根部焊瘤、凸出、凹陷。

5 原因分析

（1）焊接電流過大或電弧過長，焊接速度過快，電弧電壓過高，焊條仰角不合適。

（2）熄弧時，焊條未在熔池處作短時間停留。

（3）焊條藥皮偏芯或磁偏吹，造成電弧不穩，保護不夠。

（4）焊條保存不當，烘干的溫度、時間不當，導致焊條原因受潮而產生藥皮開裂、鋼芯銹蝕等。

（5）埋弧自動焊時，沒分兩步停止焊接，即未先停絲后斷電源。

（6）工件坡口角度不當或裝配間隙不勻。

（7）主要原因是操作人員操作不熟練、運條不當。

6 對焊接及返修的質量控制

6．1 建立完善的焊接返修質量管理體系

因為鋼結構十字型鋼柱結構的特殊性，一次性通過驗收合格概率極低，因此必須提高操作工人質量思想意識，以及相關的返修焊接工藝流程，這是控制焊縫質量的前提和保證。

（1）明確焊接返修是質量主要環節。對焊接返修的工作程序、返修方案的定制等都應有明確的規定和要求。其次，制訂出焊接返修的具體工藝、獎罰等制度。

（2）為提高焊接的返修質量，對同一部位（指焊補的填充金屬重疊的補位）的返修次數不能超過3次，過多會導致母材金屬發生淬硬性及殘余應力。對焊接的二次返修仍不合格，必須遵照指定工藝流程進行原因分析，并采取更為嚴格的工藝措施，來保證焊接的返修質量。

6．2 焊接工藝改進措施及規定

（1）在埋弧焊罩面過程中，電流過大造成咬邊缺陷，電流值從750A降至700A。

（2）對于焊縫不合格段，用碳弧氣刨進行清根處理，清根一定要清到位，清根后，應對清根質量進行檢查，清根后用手動砂輪、鋼絲刷等工具徹底進行清理后，才進行焊接。如果二處缺陷距離接近，可以將兩處缺陷連接起來打磨成深淺均勻一大打坡口，一起焊接。

（3）多層堆焊時，在每層焊完后要徹底清除焊渣，以清除夾渣缺陷。

（4）坡口加工不規則，改變了原來的用碳弧氣刨鏟坡口的方法，用半自動切割機打坡口，提高了坡口精度。

（5）坡口鈍邊大也會造成焊不透的現象，采用氣保焊打底，所以將原來的鈍邊6～8mm改為0～1mm，以保證焊接過程的熔透。

（6）在焊接時隨時對機頭進行微調，保證焊絲對準焊縫。

（7）氣保焊打底時，氣體流量低，保護不良，會造成氣孔缺陷，我們適當提高氣體流量，由15ml/min增至20ml/min。

（8）埋弧焊時，焊劑一定要烘干，防止焊劑中的水份浸入焊縫，形成氣孔。

6．3 角變形質量控制

（1）在組裝過程中必須保證其組裝精度。對于工字型和丁字型的采用自動組立機進行組立；對于十字型中心部分，人工組裝制作樣板，組裝后的十字柱必須和樣板相符，保證組裝質量。

（2）對于焊后的變形，翼緣變形可以采用翼緣矯正機進行矯正，而十字相交的腹板無法采用矯正機，所以我們在焊接前在十字柱兩頭用加強筋將十字型腹板連接起來，用外力阻止其變形，焊后去除加強筋，產生的輕度變形用火焰矯正法進行矯正。

6．4 返修后的質量檢驗

返修完畢，應用砂輪打磨返修部位，使之表面圓滑過渡，然后，按標準規定進行外觀、無損探傷等檢驗，檢驗標準不低于原焊縫標準。檢驗合格后，方可進行下道工序。否則，應重新返修，在規定允許的返修次數內，直到合格為止。

7 結語

控制焊縫返修質量的標準是正確分析判斷缺陷產生的原因，并據此制訂出正確可行的焊縫返修方案。焊接缺陷在焊接過程中是難以避免的。但是，只要嚴格按照返修工藝程序制訂正確的返修方案并實施，是能夠在規定的有限返修次數內控制其返修質量的。這點已經在生產實踐中得到證明。