鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接質(zhì)量控制管理

李國(guó)勝 倪勝利 戴玉帥 徐 兵 戚祝偉

（中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200120）

1 前言

近些年來(lái)，建筑行業(yè)發(fā)展十分迅猛，尤其是鋼結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用范圍非常廣泛，但隨著創(chuàng)新性技術(shù)和創(chuàng)新性水平的提高，各項(xiàng)鋼結(jié)構(gòu)施工模式和體系已經(jīng)逐漸被我國(guó)的各個(gè)地區(qū)所應(yīng)用和推廣至今已經(jīng)出現(xiàn)成效。同時(shí)，整體鋼結(jié)構(gòu)逾期施工技術(shù)措施和安全措施造價(jià)較為低廉[1]，即使在惡劣環(huán)境下，也能夠擁有較高的抗剪性能和抗彎性能，在實(shí)際施工落實(shí)的過(guò)程中，以焊接為主的鋼結(jié)構(gòu)往往符合施工進(jìn)度快，施工速度高的施工特點(diǎn)，被整體建筑行業(yè)所廣泛應(yīng)用，隨著近些年來(lái)建筑施工難度和施工技術(shù)難題逐漸突出，所涉及的施工質(zhì)量和施工安全問(wèn)題逐漸受到重視，如何在預(yù)期施工環(huán)境下仍然維持較高的鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接質(zhì)量控制工作成為現(xiàn)階段主要發(fā)展方向，也是企業(yè)工作的重點(diǎn)，能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制

交行新同城數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目位于上海閔行，總建筑面積約10 萬(wàn)平方米，主要包括核心機(jī)房區(qū)、輔助機(jī)房區(qū)以及運(yùn)維管理三大部分。項(xiàng)目結(jié)構(gòu)承重采用國(guó)家A 級(jí)機(jī)房最高標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)使用年限100 年，執(zhí)行“百年建筑”要求安全等級(jí)一級(jí)，抗震設(shè)防類別采用重點(diǎn)設(shè)防，安全性標(biāo)準(zhǔn)超過(guò)上海中心，比肩上海博物館新館。項(xiàng)目規(guī)劃放置10萬(wàn)架服務(wù)器，設(shè)計(jì)電力容量達(dá)到75 兆伏安，設(shè)計(jì)建造運(yùn)維全過(guò)程遵循國(guó)際UptimeT4 標(biāo)準(zhǔn)，為近年來(lái)國(guó)內(nèi)機(jī)柜密度最大、系統(tǒng)可靠性最高、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)的金融類數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目。交通銀行數(shù)據(jù)中心旨在齊心打造當(dāng)代領(lǐng)先、世界一流的金融數(shù)據(jù)中心。建成后將為上海國(guó)際金融中心的運(yùn)行提供強(qiáng)有力的金融數(shù)據(jù)服務(wù)支持和安全保障。

工程鋼結(jié)構(gòu)主要分布于1 號(hào)樓（包括運(yùn)營(yíng)管控樓：八層+41.2m、綜合樓及其裙房：九層+38m）、2 號(hào)樓（數(shù)據(jù)機(jī)房：四層+30m、兩棟冷凍機(jī)房：二層+21m 以及ECC 樓：三層+21m）。鋼結(jié)構(gòu)形式均為鋼框架結(jié)構(gòu)，主要由箱型鋼管柱、箱型鋼梁以及H 型鋼梁。鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)主要為Q355B，其中有少量Q235B，最大板厚為40mm，總用鋼量約2 萬(wàn)t。具備較高規(guī)格的鋼結(jié)構(gòu)厚板特點(diǎn)，在實(shí)際焊接過(guò)程中能夠根據(jù)柱鋼梁最大尺寸面積、主鋼梁最大板厚尺寸面積、最小厚板尺寸面積之間的差異來(lái)結(jié)合保證厚板焊接質(zhì)量控制工作和管理工作的落實(shí)。

3 鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題

建筑工程體系中鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接加工現(xiàn)場(chǎng)在實(shí)際施工過(guò)程中容易出現(xiàn)后板層狀撕裂、變形、扭曲、擠壓、變應(yīng)力集中、裂紋、掉渣等質(zhì)量問(wèn)題[2]，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)安全性造成較大影響和危害，因此要針對(duì)質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)才能夠提高管理效果和使用效益。

4 鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接質(zhì)量控制管理與設(shè)計(jì)方面措施

在建筑施工過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)焊接設(shè)計(jì)階段需要綜合性的考慮質(zhì)量控制管理模式和設(shè)計(jì)方法等措施，減少厚板焊接過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題，從每個(gè)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)及構(gòu)件制作安裝的各個(gè)階段與操作流程來(lái)進(jìn)行精心安排與合理規(guī)劃，詳細(xì)溝通設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方式。

4.1 焊接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

焊接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)主要采用t 型、十字型或腳型接口，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)厚板厚度小于二十毫米時(shí)即可進(jìn)行，需要盡量避免減少母材厚板方向上承受較大的焊接收縮應(yīng)力，從而優(yōu)化節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)[3]。

4.2 構(gòu)件制作與工地安裝焊接構(gòu)造設(shè)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)焊板焊接過(guò)程中要求焊板與母材進(jìn)行等強(qiáng)度對(duì)接，接頭縱向方向上可以具備兩方向的對(duì)接焊縫，同時(shí)采用t 形交叉的形式來(lái)進(jìn)行焊縫交叉，縫隙距離應(yīng)小于200毫米，同時(shí)長(zhǎng)度和寬度應(yīng)不小于300 毫米。在焊接的過(guò)程中組合梁以及縱向焊接縫均應(yīng)采用全焊接透或部分透的焊接方式來(lái)進(jìn)行，如果僅采用單面焊，可以承載的負(fù)荷較小，只能稱載h 型梁柱的縱向連接焊縫這種焊接方式。如果厚板大于25 毫米時(shí)需要采用電渣焊縫的形式，保證焊縫對(duì)和。當(dāng)無(wú)法進(jìn)行電弧焊接的鋼結(jié)構(gòu)厚板，可以采用h 形框架柱拼接安裝的形式來(lái)提高厚板安裝的穩(wěn)定性和螺栓與節(jié)點(diǎn)、全焊接點(diǎn)之間的契合度[4]。同時(shí)，可以采用單v 型坡口結(jié)合全焊透焊縫的形式來(lái)進(jìn)行焊接，厚板應(yīng)大于20 毫米，采用k 型坡度，反復(fù)清除焊接內(nèi)沉渣后焊接效果更好，箱型框架柱應(yīng)采用全焊接頭，整體焊接步驟在單v 型坡口處加襯墊后進(jìn)行，能夠達(dá)到構(gòu)建與工地安裝焊接口的有效結(jié)合。

4.3 層狀撕裂控制措施

層狀撕裂控制措施在鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接過(guò)程中應(yīng)采用單面坡口非對(duì)稱性焊接，不對(duì)稱性的創(chuàng)新性焊接方式，能夠保證焊條在低強(qiáng)度下的坡口內(nèi)能夠具備較高的焊接塑形，同時(shí)利用超低氫型焊條或氣體保護(hù)電焊裝置來(lái)進(jìn)行提前預(yù)熱，避免由于溫度急速上升而導(dǎo)致焊條撕裂、破壞的情況發(fā)生。

4.4 焊接裂紋相關(guān)預(yù)防措施

針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接中焊接裂紋的相關(guān)處理應(yīng)加強(qiáng)裂縫口的清潔工作，清除一切有毒、有害物質(zhì)，如水分、潮氣，同時(shí)在焊接前預(yù)熱要盡量避免外界環(huán)境因素的影響，不斷降低焊縫中的氫含量，嚴(yán)格控制熔合比保證材料的可持續(xù)使用性。其次，在進(jìn)行鋼材母化材料熔化的過(guò)程中，需要合理進(jìn)行焊縫中含量的配比，以減少母材中有害物質(zhì)對(duì)于焊縫性能的影響[5]。最后，還需要嚴(yán)格進(jìn)行控制線能量的控制工作，尤其是三維導(dǎo)熱條件下與焊接線能量之間的計(jì)算方法應(yīng)符合使用標(biāo)準(zhǔn)，尤其針對(duì)箱型構(gòu)件、腳步和埋弧焊的加熱效率計(jì)算應(yīng)符合最佳計(jì)算結(jié)果和最佳能源應(yīng)用效率。在實(shí)際焊接過(guò)程中能量值應(yīng)選擇中間范圍值，控制在最佳范圍內(nèi)，合理達(dá)到能量輸入、輸出，以提高質(zhì)量控制效果。

4.5 焊接變形控制措施

建筑施工現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接填充過(guò)程中由于填充的金屬量大、焊接熱量輸入高，容易產(chǎn)生變形等危害[6]，因此需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行合理處理和工藝條件的要求，保證焊接坡口符合接觸要求，盡可能選擇雙面坡口形狀，如果只能采用單面焊接，應(yīng)選擇窄間坡口形狀能夠減少熱量輸出，降低能源消耗，有效減少焊接變形的危害。合理選擇焊接方法和焊接工藝參數(shù)，能夠保證能量集中應(yīng)用，降低輸入熱量。其次，需要采用二氧化碳?xì)怏w來(lái)作為焊條焊接裝置保護(hù)的空氣環(huán)境中，能夠減少輸入熱量，對(duì)于焊接接口變形因素的影響，當(dāng)確定焊接方法后，采取合適工藝參數(shù)來(lái)控制數(shù)量，能夠有效保證焊縫無(wú)缺損條件下盡量明確施工裝配流程和焊接順序，盡可能的保持整個(gè)焊接標(biāo)準(zhǔn)能夠化繁為簡(jiǎn)，減少制作步驟[7]，有利于部件在進(jìn)行翻身焊、對(duì)稱焊的過(guò)程中，對(duì)變形因素進(jìn)行矯正和消減，最后針對(duì)對(duì)稱焊縫應(yīng)采取同向焊接方式，避免結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)分布不對(duì)稱的現(xiàn)象，同時(shí)保證焊縫構(gòu)建處于中性軸兩側(cè)，調(diào)節(jié)能量輸入和焊接順序來(lái)控制變形因素的影響，對(duì)于較長(zhǎng)的焊縫可以采用分段焊法和跳焊法，避免焊縫局部過(guò)熱影響焊接強(qiáng)度。

5 鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接防變形的措施

鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接中防止變形和焊接應(yīng)力是保證焊接質(zhì)量的兩個(gè)重要方面，在落實(shí)控制環(huán)節(jié)過(guò)程中應(yīng)該調(diào)整安裝縫隙，中等焊接孔要小于18 毫米才能夠符合強(qiáng)度要求，同時(shí)還可以鋪設(shè)寬墊板，對(duì)鋼材、木材中的坡口進(jìn)行補(bǔ)縫處理，保證縫隙在六到九毫米之間，打磨完成后采用探測(cè)設(shè)備進(jìn)行探傷，提高檢驗(yàn)合格率，直徑小于三毫米的焊口還需要采用氣泡或切割處理的形式修成標(biāo)準(zhǔn)破口，才能夠保證焊縫間隙符合使用要求[8]，同時(shí)加設(shè)工藝墊板。最后，針對(duì)喇叭接口應(yīng)采用不均勻修補(bǔ)方式，從而達(dá)到焊接接口的均勻狀態(tài)，盡可能減少外界干擾度的情況下進(jìn)行焊接，以減少焊接坡口處變形等危害。

6 總結(jié)

總的來(lái)說(shuō)，本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的整體安裝流程和安裝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，針對(duì)焊接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)具備較嚴(yán)格的施工工藝和施工流程，通過(guò)不斷加強(qiáng)焊縫檢測(cè)與管理工作能夠提高焊縫焊接的合格率，保證焊縫的應(yīng)用效果，并在實(shí)際施工質(zhì)量監(jiān)督和管理過(guò)程中積累較多的工作經(jīng)驗(yàn)，為鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接工作的可持續(xù)應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。