建筑鋼結構焊接影響因素及焊接質量管控

摘要：鋼結構焊接具有高強度、高剛性、高耐久性和高安全性的優點，被廣泛應用于建筑、橋梁、機械等領域。鋼結構焊接的質量和安全性直接關系到工程的使用壽命和安全性能，基于此，針對某工程探討了影響鋼結構焊接質量因素，并提出焊接質量的管控辦法，以為建筑鋼結構焊接工作提供參考。

關鍵詞：鋼結構；焊接；影響因素；管控要點

0 " 引言

鋼結構是指將鋼材作為主要承載材料，通過連接件將各個構件連接在一起，形成具有一定剛度和強度的結構體系。鋼結構具有自重輕、強度高、穩定性好、施工速度快等優點，被廣泛應用于建筑、橋梁、機械、船舶等領域。

鋼結構不僅需要滿足結構設計強度的要求，還要滿足鋼材搭接強度的要求。鋼材搭接一般采用焊接的方式，焊接施工具有操作簡單、施工速度快等特點，但焊接施工的質量對鋼結構強度有嚴重影響。為確保滿足建筑施工質量要求，必須明確建筑鋼結構焊接質量的影響因素，并采取針對性的質量管控措施，以提升建筑工程的質量水平。

1 " 工程概況

某工程內屋面為大跨度鋼架桁架屋面，鋼結構總面積約為4700m2，總用鋼量為3971t，最大跨度為87.43m，結構形式為倒三角管桁架，桁架所有焊縫均為一級焊縫，施工難度較大，對焊接要求高。為探索鋼結構焊接的一次驗收質量通過率，本項目以桁架焊接點為試驗點，共計257個試驗點，桁架焊接質量驗收調查情況如表1所示。

2 " 焊接存在的問題

由表1可見，鋼結構焊接一次驗收質量平均通過率為84.26%，分析其原因主要是隱蔽焊縫質量缺陷、咬邊、焊瘤、固體夾渣、焊縫不飽滿等。收集現場焊接質量不合格現場實照如圖1所示，統計不同因素造成的驗收不通過頻率如表2所示。由表2可見，影響焊接質量的主要原因是隱蔽焊縫質量缺陷，占比達到了51.39%，造成該現象原因主要是由于焊接電流、焊接順序、焊接速度以及施工人員檢查不充分的原因。

3 " 原因分析及解決方案

3.1 " 原因分析

3.1.1 " 焊接電流不合理

焊接電流的大小，需要根據鋼材的厚度、含碳量、焊條的強度等因素綜合確定。然而在實際施工過程中，施工人員根據自身的施工經驗來設置焊接電流的大小，經過探傷檢測焊接后鋼結構，焊接質量合格率僅為82.12%。

3.1.2 " 焊接順序倒置

焊接順序倒置是影響隱蔽焊縫質量缺陷的主要原因。針對鋼結構構件，施工工人沒有按照正確的焊接順序進行焊接，導致隱蔽構件焊接施工難度增大，焊接質量得不到保障，存在缺焊、漏焊的情況。

3.1.3 " 焊接速度過慢或過快

在對現場施工人員焊接速度統計分析時發現，大多數的施工工人憑借自己的手感決定焊接速度，盲目相信自己的施工經驗，導致焊接速度過慢或過快。焊接速度過慢，會使焊接部分鋼材受到較長時間高溫，破壞鋼材疲勞強度；焊接速度過快，會導致焊接焊縫不連續或不飽滿，影響焊縫強度。

3.1.4 " 未做好施工前檢查

焊接施工前，要做好人員、材料、機器施工前檢查，并對施工人員進行施工重難點及焊接技術要點交底。要檢查焊條、焊絲強度及標識是否適用，檢查焊材是否被污染及受潮。檢查鋼材表面是否存在銹跡，若存在應清理鋼材表面銹跡及油漬，避免其影響焊接質量。要選擇適配、功能完善的焊接機器，否則焊機部件老化會導致二氧化碳氣體保護不充分，焊接電源電壓不穩定，送絲系統速度不勻速等現象發生，嚴重影響焊接焊縫質量。

3.2 " 解決方案

3.2.1 " 合理選擇焊接電流

鋼材的厚度直接影響焊接電流的大小，為確定本項目40mm、30mm和20mm不同厚度鋼板最適合的焊接電流大小，在相同的焊接速度下，調整焊接電流的大小，焊接完畢后，采用探傷檢測檢測焊接質量，從而確定不同厚度鋼板最適宜的焊接電流大小。

3.2.2 " 合理控制焊接移動速度

針對不同厚度的鋼材確定合適的電流大小后，采用控制變量法，將焊接移動速度作為自變量，確定不同厚度鋼板最適宜的焊接移動速度。

3.2.3 " 加強焊工的技術交底工作

在焊工上崗前，進行崗前安全、技術培訓，使焊接人員掌握焊接前的準備工作，現場常用鋼材焊接對應的焊接電流大小及焊接移動速度。對于關鍵節點或施工難度大的部位，應該編制施工方案，制定鋼材焊接順序。

3.2.4 " 健全完善的監理體系

為了保證施工質量，對施工單位進行有效監管，需要建立完善的監理體系，加強監理團隊的專業性和責任感，通過加強監理團隊的人才建設、人才引進，落實專業培訓動作，強調監管制度的在施工過程中的重要性，保證施工過程中的焊接質量。

4 " 焊接質量實施效果

經過對現場不規范施工進行糾偏，項目現場鋼結構焊接質量得到了大幅度提升，焊接質量一次驗收平均通過率達93.10%。采取措施后鋼結構焊接一次通過率統計如表3所示。

對比表1和表3可見，鋼結構焊接一次通過率由84.26%提高至93.10%，提高了8.84個百分點，提升效果顯著，表明上述解決方案對于提高鋼結構焊接質量是行之有效的。

5 " 焊接質量管控要點

5.1 " 焊接形變的控制

鋼材受熱變形是材料的一個特性，在焊接過程中需要注意鋼材因焊接加熱產生的形變，并采用母材變形小或收縮小的焊接方法。控制焊接形變的原則是對稱焊接，使因焊接加熱產生的內應力相互抵消，以此來控制因內應力不均勻導致的鋼材變形。

例如在對T形等對稱材料，或者容易翻轉、放置的材料進行焊接時，可以采用雙面對稱焊接，以使單邊產生的內應力相互抵消，從而達到有效控制變形的目的。對于非對稱材料坡口進行焊接時，焊接施工需要嚴格遵循一定的順序進行。可以讓兩人或三人焊接技術水平相當的焊工，同時按照順時或逆時方向依次焊接，盡量做到對稱焊接，已將內應力控制到最小。對于條狀母材，且焊接長度較長的，可以采用對稱多人焊接法、分段退焊法及跳焊法等焊接方法。對于焊接厚度較大的鋼材，可以采用雙邊輪流循環多次焊接方法，減少單次內應力的影響。

5.2 " 焊接完成后殘余應力的消除

高水平的焊接質量，離不開焊后殘余應力消除工藝的支持。對于大型體育館、游樂場鋼結構穹頂、承受拉應力構件及焊接密度較大部位，一般都需要進行焊后殘余應力的消除。工程中一般采用疲勞驗算方法。應力消除大多是基于局部或整體退火來完成，也有采用振動法或錘擊法來消除殘余應力。

在采用局部或整體退火消除殘余應力時，對加熱設備的溫控、測溫、加熱能力等具有一定的要求。對于局部加熱，要求加熱板的寬度不小于200mm，且不應低于3倍鋼材的厚度，若加熱板寬度較短，會產生額外的殘余應力。對于采用振動法或錘擊法消除殘余應力的，需要注意焊后焊縫的保溫，如溫度迅速降低，容易引起焊縫等現象。錘擊法消除應力時，要避開焊縫坡口邊緣母材及蓋面焊縫等部位。

5.3 " 焊接接頭質量管控

對于T形接頭、十字接頭及角接接頭，可以采用全熔透的對接和角接組合焊接的方法，以保證焊接接頭的質量。無論是采用全熔透或部分熔透的焊接方法，都需要注意接頭厚度與坡口深度的關系。

對于采用全熔透雙邊坡口焊縫，允許存在不等厚的坡口深度部分，但是需要確保接頭厚度的1/4≤坡口深度較淺的部分。對于采用部分熔透的焊接方法，需要根據設計要求控制有效焊縫的厚度及長度。對于角接接頭和T形接頭的接頭形式，需將組合焊接的加強角焊縫腳尺寸控制在10mm內，且應為接頭中最薄板厚度的1/4。

5.4 " 焊接前預熱溫度的控制

對于厚度較大鋼材，在進行焊接前，為避免鋼材不均勻受熱產生層間力，需要對鋼材進行預熱處理，以保證不同類型母材在不同環境下能夠順利的完成焊接工作。當需焊接母材橫截面積較大、長度較長時，在焊接前需要選用適合的焊條及預熱處理。不同型號鋼材對應的焊條型號及預熱條件如表4所示。

6 " 結束語

鋼結構焊接具有高強度、高剛性、高耐久性和高安全性的優點，被廣泛應用于建筑、橋梁、機械等領域。鋼結構焊接的質量和安全性，直接關系到工程的使用壽命和安全性能。本文依托某工程的穹頂鋼結構為研究對象，探討了鋼結構焊接質量的影響因素，并提出了相對應的解決方案，使鋼結構焊接一次通過率大幅提高。同時對鋼結構焊接過程中的注意要點進行了理論闡述，為工程施工提供了一套較為科學的施工方法和質量管理體系，希望能為后續的建設工程提供參考依據。

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