建筑钢结构焊接施工的质量控制分析

陈忠 徐前 陈久勇

1. 概述

由于钢结构自身所具备的诸多优良特点，使得其在现代建筑工程施工中有着极为广泛地应用。尤其是在一些临时建筑或大跨度建筑的施工中，采用钢结构施工不但能够达到很好的施工效果，且造价低，外形多样美观，极大地满足了建筑形式多元化的发展需求。而在钢结构的施工质量控制措施中，最重要的就是要确保钢结构的焊接施工质量。

2. 建筑钢结构主要焊接技术分析

（1）高强焊接技术 高强焊接技术是我国目前常用的一种尖端技术，这种技术的核心就在于“强”，一方面要求焊接材料的强度，并且还要求相互焊接的两者之间存在明显的“强”相关，能够在焊接过程中达到最佳的融合度；另一方面，对焊接接头的各方面要求强度也相当大，因此要使用这种技术，就必须对不同焊接接头和焊接材料都进行严格的审查，确保焊接质量。

（2）低温焊接技术 低温焊接技术是我国目前使用率较高的一种焊接技术，这种技术主要在低温下进行施工，因此难度较大，需要对施工的操作空间进行密封处理。密封处理的方法主要分为物理封闭和气体封闭，物理封闭即在焊接操作的周围搭设防护层来隔绝焊接区，进而维持焊接区域的底纹；气体封闭则相对高级，要针对焊接过程中使用的气瓶进行保温处理，在这两种措施的帮助下，焊接操作能很好的完成。

3. 建筑钢结构焊接无损检测技术

（1）射线探伤技术 射线探伤技术是检测材料焊缝内部缺点的一种无损检测技术，它是运用C射线或X射线透过焊接的接头处，使像落到荧光屏或底片上，然后依据荧光屏上所显现出的缺陷的轮廓、数量和大小，就可以进行焊缝质量评价并分类定级，保存下来作为工程验收的质量凭证。现在对一些封闭性较高的钢结构工程焊缝，在检测时使用的大都是射线探伤技术，照相观察法和荧光屏观察法是射线探伤使用的常规方法。除此之外，电离法和工业电视监督法也有使用，这些方法是根据缺陷显示方式的不同加以区别的。

（2）超声波探伤技术 超声波探伤是一种利用超声波去探测材料内部缺陷的无损害检测法、超声波是频率高于20 000Hz的声波，它具有方向性好、穿选能力强、易于集中声能等特点，非常适合应用于工业中。超声波探伤是利用超声波仪器，将仪器探头产生的高频超声波发射到待检测的材料中，利用超声波在均匀材质中会恒速直线运行，而当其从一种介质传播到另一种介质中时则会产生发射和折射这一原理对材料进行科学检测，然后又利用仪器探头将这些经过发射和折射的超声波反馈到仪器中，再经过显示屏的放大将检测数据以波纹的形式显示出来，专业操作人员便可以根据其波形和波高来得出准确的结论。

（3）磁粉探伤技术 磁粉探伤技术是将由钢铁等具有磁性的材料制作成的工件进行磁化。因为钢铁等材料被磁化后，其内部会产生较强的磁感应，磁力线的密度会增加几百到几千倍。当材料有损伤时，磁力线就会发生变化，形成漏磁场，然后利用缺陷部位的漏磁能吸附磁粉的特征，依磁粉分布情况来显示被探测物件表面缺陷和近表面缺陷。这种检测方法灵敏度高，能够将细小的裂纹等缺陷都找出来，检测的成本不高且速度较快，但是这种方式只适合运用到磁性材料中，检测的也是表面或近表面的缺陷，无法用于材料的内部探伤，它还受材料形状和尺寸的影响，因此还有很大的局限性。

4. 钢结构焊接技术质量控制要点

（1）加强对焊工的培训 由于在高强焊接和低温焊接的施工与平常普通施工不同，属于特殊的焊接作业，这就要求焊工必须要具备一定的特殊焊接技能。为此，施工前必须要对焊工统一进行焊接施工技术培训，培训内容包括理论与实践操作两方面。在实践操作培训中可以结合实际工程的焊接需要进行一致训练，以利于焊工在实际操作中能够更加熟练的进行焊接。另外，要加强焊工的安全防护，分发防寒用品，防滑物品等，以保证焊工能够正常安全的作业，做好施工组织计划，必要时可以实施两班倒的施工组织方式，以减少焊接作业所占工期时间。

（2）做好焊接设备的御寒工作 由于在低温环境中进行焊接会对焊接设备性能和使用寿命造成一定影响，因此还要对焊接设备进行必要的抗寒处理。首先焊机必须要放在能够随时随地移动但又具备保温功能的防护棚中，使焊接设备在施工中是处于常温状态，所用气瓶也必须要集中放置，做好防寒措施，在使用时也要把气瓶放在焊机的防护棚中加以防寒，以确保液化气体及时气化，为保证焊接质量提供稳定气流。

（3）加强焊接施工材料控制 为了保证焊接施工质量，在焊接作业时需要采取一定的保护措施，尤其是要对焊接材料进行合理保护，可以使用纯度较高的CO2气体来作为保护气体，这样可以有效提高焊接接头处的抗裂缝性，施工所有的焊条必须要进行防水，防寒处理，必要时可以做烘干处理，但不可多次烘干，也不得将焊条长时间暴露在空气中。所用焊接材料的存储仓库都要做好防潮防湿处理，以保证施工材料的性能。

（4）高强焊接施工的质量控制要点 第一，采用氧乙炔（丙烷）燃烧方式（或专用火焰加热器）进行加热，预热温度用测温计测量，预热区域在焊缝左右150mm区域内。预热按照图1所示进行加热和测量温度，在反面进行预热，预热后待温度均匀后，在正面测量温度。如不能在反面预热，也可在正面预热，但必须清除加热过程中在焊缝及焊缝周围25mm 内产生的积碳。

在其他条件不变时，T 形接头应比对接接头的预热温度高25℃，若 T 形接头两侧角焊缝同时焊接时应按对接接头确定预热温度。

第二，对于对接接头、T 形接头和十字接头坡口焊接，在工件放置允许条件或易于翻转的情况下，宜采用双面坡口对称顺序焊接。一般焊接，应从约束端向自由端焊接，由焊件的中心或焊缝的中心向外侧焊接；双面坡口焊缝相比单面角焊缝，可有效的控制焊接变形，并且填充量要小，焊工更加节省劳动时间，节省填充金属。

第三，焊接时，因为焊缝的端部和尾部易产生未焊透和裂纹等缺陷，所以像端部和拐角的位置不能作为焊缝的起弧和收弧，对于长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用。

焊接时应确保焊缝处于水平或船形位置时进行焊接，同时考虑熔池重力影响流动方向的因素，要合理调整焊枪摆角角度。不正确的焊接位置极易产生焊接缺陷，尽量采用水平位置焊接。

焊枪倾角应控制在 70°~80°之间，多层多道焊接时应对焊枪摆角进行控制，保证焊丝直对焊接面，特别是进行坡口面位置焊接时，保证焊丝尽可能直对焊接坡口面（见图2）。

图1 预热测量点

图2 焊枪斜角控制

第四，开始焊接时应距焊缝端部10~20mm区域进行引弧，不断弧返回端部后，再进行正常方向焊接。焊缝的起弧和收弧位置要进行重点的检查，对于焊缝中断接头处应采用超声波或射线的方式进行检查。

高强钢焊接过程应严格控制焊接速度和喷嘴距工件的距离。焊接干伸长保证在20mm。收弧时，焊枪也应保持在正常焊接距离直至焊丝返烧熄弧，若过早地移开焊枪，使熔池失去保护，则易产生焊缝缺陷。

（5）低温焊接施工的质量控制要点 第一，在低温焊接的施工中，焊接技术采用应注意以下要点：预热的方式应进行合理选择，预热方法宜采用电加热法，预热时应保证坡口两侧均匀受热。预热范围应以对口中心为基准，两侧各不小于三倍焊件壁厚，且≥100mm范围。低温钢焊前预热温度一般不宜过高，不同钢号焊接时预热温度按预热温度要求较高的钢号选取。当焊件温度＜0℃时，所有未要求预热钢材的焊缝也应在始焊处100mm范围内预热15℃以上。

第二，焊接热输入的控制。焊接热输入公式为：Q=IU/v×60，公式中Q为焊接热输入（J/cm），I 为焊接电流（A），U为电弧电压（V），v为焊接速度（cm/min）。

低温钢焊接热输入控制范围应根据焊接工艺评定确定，一般推荐焊接铝镇静钢时热输入控制在20~40kJ/cm之间，焊接含镍钢时热输入控制在15~35kJ/cm之间，提高10~30℃。

第三，焊接过程中质量控制的一般规定有以下几点：焊前应将坡口及两侧20mm范围内的油污、铁锈、污物清理干净；地线应于焊件接触牢固，焊接时在坡口内引弧，焊件表面不得有电弧擦伤等缺陷；焊接时应严格控制接热输入，在保证焊透及溶合良好的条件下，应选用小工艺规范，即小电流、短电弧、较快焊接速度和多层多道焊，层间温度不应过高；每道焊缝要尽量一次焊完，如因故中断应按工艺要求进行缓冷措施，重新焊接时应进行检查，确认无缺陷后方可按原工艺焊接；焊接收弧时应将弧坑填满，并用砂轮磨去弧坑缺陷。多层焊时层间接头应错开30~50mm。必要时焊缝完成后，宜对焊缝进行表面焊道退火处理。

第四，当焊缝内部出现缺陷时要进行返修，确定部位后用砂轮磨削或碳弧气刨的方法清除内部缺陷，压力容返修清除缺陷的深度不得超过容器厚度的2/3。如达到2/3缺陷仍未完全清除时，应停止清除并进行焊补，然后从另一侧再次清除和焊补；修补焊缝的长度≥50mm，且返修后应按原探伤方法、要求检验合格；同一部位（焊缝内、外侧各作为一个部位）的修补不宜超过两次，对经过两次修补仍不合格的焊缝，应编制返修工艺，采取可靠的技术措施，经单位技术负责人批准后方可实施修补。

第五，焊接后要进行热处理。焊后热处理应按设计要求或设计指定的施工验收规范及编制的焊接作业指导书规定进行，和执行《热处理施工工艺标准》的规定。要注意同种材料不同的产品，不同的施工验收标准之间，焊后热处理的差别。

5. 结语

总之，尽管我国目前在钢结构焊接技术上已经有了很大进步，但在实际的施工操作中和材料、施工的质量问题上，仍然存在着许多不足，需要我们认真分析产生质量问题的原因，制定针对性的措施进行控制，这样才能真正的提高我国的钢结构焊接质量。