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浅论钢结构安装在工业厂房中如何控制焊接质量
更新时间：2014-03-20 10:59:03点击次数：1167次
引言
随着社会经济的不断提升，科学技术的提高，钢结构建筑的应用越来越普遍。但是，由于钢结构焊接质量而产生的钢结构质量问题与安全故事和隐患，也引起了大家的关注。本文结合具体工业厂房钢结构工程的焊接施工实践，总结与探讨如何进行钢结构厂房安装的焊接质量控制。
1问题综述
根据调查、研究得出结论：钢结构厂房安装中焊接质量问题主要存在以下几个方面：
1)焊接变形。焊接变形包括纵、横向收缩、弯曲变形、角变形的扭曲变形等，焊接变形主要是由于焊接受热不均所至，它不仅可以改变钢结构外观形状、几何尺寸、降低装配质量,甚至有时会降低结构的承载能力,使构件质量达不到设计和使用要求。同时，为矫正这些变形，往往要花费大量工时。矫正复杂变形，矫正工作量有时远远超过焊接工作量，如果很严重的残余变形，经矫正后也无法达到使用要求，或根本无法矫正时就只能报废。
2)残余应力与残余变形。在钢结构施工过程中，由于焊接温度的不均匀变化和对焊接变形的校正，均使构件产生残余应力;焊接温度的不均匀变化和框架对构件的约束作用，亦使其产生残余应力和残余变形。对于多跨钢框架，梁柱节点的焊接残余应力和残余变形，将在梁的轴线方向上积累，前一根梁焊接产生的变形，使后一根梁预留的焊缝坡口宽度增加，为填补坡口，需增加焊缝的宽度，因而产生更大的焊接残余应力和残余变形，如此逐跨地积累，使框架最终产生很大的残余应力和残余变形。焊接残余应力的存在，虽不会影响结构的塑性极限强度,但会降低构件的刚度,影响其弹性极限承载力;且残余变形的存在，使框架的二阶效应增加。
3)突发性断裂。突发性断裂在钢结构安装施工中时有发生。其特点是突然发生，其断口呈整齐的切割面状，这种断裂极具破坏性与危险性，往往施工人员还没反应过来事故就发生了。究其原因，一般是焊接电流增大或焊接速度降低，从而使焊接线能量增大，导致热影响区的晶粒变得粗大(即生成粗大的铁素体和珠光体)，从而使该区域的韧性大大降低，引发突发性断裂。
4)其他焊接质量缺陷。如焊缝咬边、焊瘤、夹渣、气孔、未焊透等质量问题。
2质量控制的实践
2.1焊接质量控制措施
根据ISO9001质量体系控制标准，我们在实施本焊接工程中对人、机、料、法、环采取了以下控制措施：
(1)对“人”的控制。“人”———主要是指操作者及检验、试验者。按照ISO9001质量体系相关条款要求，首先，对焊接人员、无损检测人员的资格及能力进行鉴定，包括检查资格证书是否有效，检查资格证书所注明的允许操作范围，是否与目前即将开始的工程要求相一致，如焊接母材、焊接方法、焊接位置是否与焊工合格证所注明的相一致;其次，进行必要的技术培训。例如，为确保施工质量，参加本次焊接施工的焊工全部按照JGJ81-91《建筑钢结构焊接规程》第八章“焊工考试”的规定，进行了考试并取得合格证，才进入现场进行焊接。
(2)对“机”的控制。“机”———是指焊接设备、烘干设备和无损检测设备。施工前，我们均对相关设备预先鉴定和检查。如，焊接设备预先的鉴定与检查就包括：焊机的型号是否与焊接工艺要求匹配，焊接的电流、电压是否稳定，焊机电流的调整效果，焊机上的监测仪表是否有效等;对无损检测设备的鉴定与检查内容主要有:设备能力是否与焊件检测的要求相匹配，设备运转是否正常等。
(3)对“料”的控制。“料”———主要指焊接母材、焊接材料(焊条、焊剂、焊丝)等。对“料”的控制主要包括：焊接材料合格证、质量证明、外观质量、包装、标识等的验证，必要时还需进行复验。
(4)对“法”的控制。“法”———主要是指焊接工艺，包括焊接工艺评定和焊接施工技术方案。这是我们焊接质量控制的重点环节。对于焊接工艺评定，我们首先是编制并确定了焊接工艺，并在此基础上确定预热、后热及层间温度、电特性(电流种类、极性、焊接电流、焊接电压)、操作特性(焊接速度、摆动否、摆动参数、焊接层次)等。
对于焊接施工技术方案，由焊接技术人员编制，并贯彻具体焊接操作方法及注意事项。主要包括焊接材料及其烘干要求、焊接顺序、焊接层次、预后热及层间温度、不同焊接位置时的焊接线能量(焊接电流、电压、焊接速度)等。针对钢结构焊接容易出现的质量问题，还对关键部件的焊接进行了重点监控。例如，主梁的对接焊缝焊接，由于主梁的对接接头为阶梯形接头，故其焊接顺序为：先焊接侧焊缝，再焊接仰焊缝和平焊缝，最后焊接横向焊缝。在焊接对接焊缝时须先用直径Φ3.2mm的焊条做打底焊接;然后再用直径Φ4.0mm的焊条做填充焊接;用Φ3.2mm的焊条盖面。在安装的过程中，强调不要随意增加对接接头之间的间隙，控制好坡口角度，减少熔敷金属截面积。在横向焊缝与平面焊缝、侧面焊缝和仰焊缝的交接处设置引弧板，以消除起弧和落弧带来的缺陷。特别是在进行立焊缝焊接中要注意两点：
1)在进行打底焊接时，要适当增加熔敷金属的厚度，增加焊接线能量，以增大钢板的受热范围，防止焊后钢板冷却过快而导致焊缝开裂;
2)立焊缝成形后，必须等焊缝冷却至环境温度后，再焊接仰焊缝和平焊缝。周详的焊接方案，确保了主梁焊接的质量。又如，针对焊接残余变形和残余应力问题，我们采用热加工法和机械矫正法来矫正变形。热加工法矫正变形的关键是正确使用火焰和温度，加热的温度宜为750～900℃，此时的钢板颜色表现为暗红色，但是同一部位加热矫正次数不得超过2次，并应缓慢冷却，不得用水骤冷。机械矫正法是用千斤顶来矫正变形的方法，把千斤顶放置在变形钢梁的一侧，其基座放置在刚度较大的梁上，然后通过千斤顶对变形的梁施加外力，使钢梁回到适宜的位置，让这种状态保留一定时间后，再卸下千斤顶。结果焊接残余变形和残余应力消除取得比较好的效果。
(5)对“环”的控制。“环”———是指焊接操作环境，包括气候环境和工作环境。气候环境包括温度、湿度、风速等;工作环境包括工件表面干燥及清洁程度(有无油污、铁锈)等。
上述五个方面因素如果发生变化，应再次确认其是否仍然符合要求。实施焊接全过程的连续监控的目的，就是确保影响焊接质量的诸因素始终处于控制之中，从而确保焊接质量符合要求。例如，焊接操作人员发生了变化，应重新审核新增人员的资格及能力是否符合相应的要求。特别是对重要节点、承重梁等的埠接，还应在实地测量焊接操作时的电流、电压以及焊接速度的同时，立即计算出其焊接线能量，以便发现线能量超出规定范围时，能立即通知焊工调整焊接参数。
3结束语
结合以上所述，通过对“人、机、料、法、环”五个方面对焊接质量进行控制，以及全程质量监控，使工程顺利完工，并如期投入使用。并保证各项使用功能保持良好，焊接工程质量也就得到充分的肯定。
参考文献：
[1]戴为志,黄明鑫,芦广平,高良、,贾宝华,张伟.国家体育场(鸟巢)钢结构安装工程焊接技术[J].电焊机,2008(4)：5-7.
随着社会经济的不断提升，科学技术的提高，钢结构建筑的应用越来越普遍。但是，由于钢结构焊接质量而产生的钢结构质量问题与安全故事和隐患，也引起了大家的关注。本文结合具体工业厂房钢结构工程的焊接施工实践，总结与探讨如何进行钢结构厂房安装的焊接质量控制。
1问题综述
根据调查、研究得出结论：钢结构厂房安装中焊接质量问题主要存在以下几个方面：
1)焊接变形。焊接变形包括纵、横向收缩、弯曲变形、角变形的扭曲变形等，焊接变形主要是由于焊接受热不均所至，它不仅可以改变钢结构外观形状、几何尺寸、降低装配质量,甚至有时会降低结构的承载能力,使构件质量达不到设计和使用要求。同时，为矫正这些变形，往往要花费大量工时。矫正复杂变形，矫正工作量有时远远超过焊接工作量，如果很严重的残余变形，经矫正后也无法达到使用要求，或根本无法矫正时就只能报废。
2)残余应力与残余变形。在钢结构施工过程中，由于焊接温度的不均匀变化和对焊接变形的校正，均使构件产生残余应力;焊接温度的不均匀变化和框架对构件的约束作用，亦使其产生残余应力和残余变形。对于多跨钢框架，梁柱节点的焊接残余应力和残余变形，将在梁的轴线方向上积累，前一根梁焊接产生的变形，使后一根梁预留的焊缝坡口宽度增加，为填补坡口，需增加焊缝的宽度，因而产生更大的焊接残余应力和残余变形，如此逐跨地积累，使框架最终产生很大的残余应力和残余变形。焊接残余应力的存在，虽不会影响结构的塑性极限强度,但会降低构件的刚度,影响其弹性极限承载力;且残余变形的存在，使框架的二阶效应增加。
3)突发性断裂。突发性断裂在钢结构安装施工中时有发生。其特点是突然发生，其断口呈整齐的切割面状，这种断裂极具破坏性与危险性，往往施工人员还没反应过来事故就发生了。究其原因，一般是焊接电流增大或焊接速度降低，从而使焊接线能量增大，导致热影响区的晶粒变得粗大(即生成粗大的铁素体和珠光体)，从而使该区域的韧性大大降低，引发突发性断裂。
4)其他焊接质量缺陷。如焊缝咬边、焊瘤、夹渣、气孔、未焊透等质量问题。
2质量控制的实践
2.1焊接质量控制措施
根据ISO9001质量体系控制标准，我们在实施本焊接工程中对人、机、料、法、环采取了以下控制措施：
(1)对“人”的控制。“人”———主要是指操作者及检验、试验者。按照ISO9001质量体系相关条款要求，首先，对焊接人员、无损检测人员的资格及能力进行鉴定，包括检查资格证书是否有效，检查资格证书所注明的允许操作范围，是否与目前即将开始的工程要求相一致，如焊接母材、焊接方法、焊接位置是否与焊工合格证所注明的相一致;其次，进行必要的技术培训。例如，为确保施工质量，参加本次焊接施工的焊工全部按照JGJ81-91《建筑钢结构焊接规程》第八章“焊工考试”的规定，进行了考试并取得合格证，才进入现场进行焊接。
(2)对“机”的控制。“机”———是指焊接设备、烘干设备和无损检测设备。施工前，我们均对相关设备预先鉴定和检查。如，焊接设备预先的鉴定与检查就包括：焊机的型号是否与焊接工艺要求匹配，焊接的电流、电压是否稳定，焊机电流的调整效果，焊机上的监测仪表是否有效等;对无损检测设备的鉴定与检查内容主要有:设备能力是否与焊件检测的要求相匹配，设备运转是否正常等。
(3)对“料”的控制。“料”———主要指焊接母材、焊接材料(焊条、焊剂、焊丝)等。对“料”的控制主要包括：焊接材料合格证、质量证明、外观质量、包装、标识等的验证，必要时还需进行复验。
(4)对“法”的控制。“法”———主要是指焊接工艺，包括焊接工艺评定和焊接施工技术方案。这是我们焊接质量控制的重点环节。对于焊接工艺评定，我们首先是编制并确定了焊接工艺，并在此基础上确定预热、后热及层间温度、电特性(电流种类、极性、焊接电流、焊接电压)、操作特性(焊接速度、摆动否、摆动参数、焊接层次)等。
对于焊接施工技术方案，由焊接技术人员编制，并贯彻具体焊接操作方法及注意事项。主要包括焊接材料及其烘干要求、焊接顺序、焊接层次、预后热及层间温度、不同焊接位置时的焊接线能量(焊接电流、电压、焊接速度)等。针对钢结构焊接容易出现的质量问题，还对关键部件的焊接进行了重点监控。例如，主梁的对接焊缝焊接，由于主梁的对接接头为阶梯形接头，故其焊接顺序为：先焊接侧焊缝，再焊接仰焊缝和平焊缝，最后焊接横向焊缝。在焊接对接焊缝时须先用直径Φ3.2mm的焊条做打底焊接;然后再用直径Φ4.0mm的焊条做填充焊接;用Φ3.2mm的焊条盖面。在安装的过程中，强调不要随意增加对接接头之间的间隙，控制好坡口角度，减少熔敷金属截面积。在横向焊缝与平面焊缝、侧面焊缝和仰焊缝的交接处设置引弧板，以消除起弧和落弧带来的缺陷。特别是在进行立焊缝焊接中要注意两点：
1)在进行打底焊接时，要适当增加熔敷金属的厚度，增加焊接线能量，以增大钢板的受热范围，防止焊后钢板冷却过快而导致焊缝开裂;
2)立焊缝成形后，必须等焊缝冷却至环境温度后，再焊接仰焊缝和平焊缝。周详的焊接方案，确保了主梁焊接的质量。又如，针对焊接残余变形和残余应力问题，我们采用热加工法和机械矫正法来矫正变形。热加工法矫正变形的关键是正确使用火焰和温度，加热的温度宜为750～900℃，此时的钢板颜色表现为暗红色，但是同一部位加热矫正次数不得超过2次，并应缓慢冷却，不得用水骤冷。机械矫正法是用千斤顶来矫正变形的方法，把千斤顶放置在变形钢梁的一侧，其基座放置在刚度较大的梁上，然后通过千斤顶对变形的梁施加外力，使钢梁回到适宜的位置，让这种状态保留一定时间后，再卸下千斤顶。结果焊接残余变形和残余应力消除取得比较好的效果。
(5)对“环”的控制。“环”———是指焊接操作环境，包括气候环境和工作环境。气候环境包括温度、湿度、风速等;工作环境包括工件表面干燥及清洁程度(有无油污、铁锈)等。
上述五个方面因素如果发生变化，应再次确认其是否仍然符合要求。实施焊接全过程的连续监控的目的，就是确保影响焊接质量的诸因素始终处于控制之中，从而确保焊接质量符合要求。例如，焊接操作人员发生了变化，应重新审核新增人员的资格及能力是否符合相应的要求。特别是对重要节点、承重梁等的埠接，还应在实地测量焊接操作时的电流、电压以及焊接速度的同时，立即计算出其焊接线能量，以便发现线能量超出规定范围时，能立即通知焊工调整焊接参数。
3结束语
结合以上所述，通过对“人、机、料、法、环”五个方面对焊接质量进行控制，以及全程质量监控，使工程顺利完工，并如期投入使用。并保证各项使用功能保持良好，焊接工程质量也就得到充分的肯定。
参考文献：
[1]戴为志,黄明鑫,芦广平,高良、,贾宝华,张伟.国家体育场(鸟巢)钢结构安装工程焊接技术[J].电焊机,2008(4)：5-7.
