【论钢结构施工中焊接质量控制】 钢结构焊接质量控制

　　摘要:钢结构施工中的焊接过程是一个局部快速加热到高温,并随后快速冷却的过程。焊接过程中的物理现象包括焊接时的电磁、传热、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等,要得到一个高质量的焊接结构必须要控制所有这些因素。文章就钢结构施工过程中焊接的质量控制问题进行论述，希望可以为施工中焊接工艺的优化提供一些理论参考。
　　关键词:钢结构；焊接技术；工程质量
　　
　　钢结构施工是目前一种越来越普遍的建构形式，多用于大跨度公共建筑、工业厂房和一些对建筑空间、功能有特殊要求的建筑物和构筑物中,如剧院、商场、育馆、火车站、展览厅、造船厂、飞机库、停车场、仓库、工业车间、电厂锅炉刚架等等，当然了，目前来看最有代表意义的就要数中国国家体育场――“鸟巢”了。在钢结构施工过程中焊缝连接（下文简称为“焊接”）已成为主要的连接方式之一,目前应用最多的是手工电弧焊和自动或半自动埋弧焊"它们均利用电弧产生的热能使连接处的焊件材料和焊条或焊丝熔化,冷却后共同形成焊缝使两焊件连成一体。而如何才能更有效的焊接进行质量控制呢？首先，我们要来研究一下：
　　1.钢结构施工中焊接质量问题造成的不良后果
　　在钢结构施工中最常见的焊接质量问题就是焊接变形，在现代工业中,工业厂房及高层建筑结构中绝大部分已采用焊接结构,焊接过程中,焊接变形的产生不仅可以改变结构外观形状、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,为矫正这些变形,常要花费大量工时,矫正复杂变形,其矫正工作量有时远远超过其焊接工作量,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，可见焊接质量的问题直接关系到钢结构工程的成败。
　　2. 在钢结构施工过程中残余应力与残余变形对质量的重大影响
　　在钢结构施工过程中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；在施工现场拼装时，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轴线方向上积累,前一根梁的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,而产生更大的焊接残余应力和残余变形,如此逐跨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,可见焊接残余应力和残余变形对结构承载力的影响不能忽略。故研究焊接残余应力和残余变形对钢框架承载力的影响能为钢结构施工焊接质量的完善有着相当重要的意义。
　　3. 钢结构施工过程中焊接质量问题的产生机理研究
　　一般的钢结构的施工流是:放样、下料、钻孔、校正、装配、焊接、校正、打磨、除锈、涂装、堆放等。其中比较特殊的工序是焊接与涂装。焊接属于隐蔽工程，它也就成了质量问题的高发工序，具统计焊接质量导致的焊缝返修率高达80%以上。其产生的主要原因包括：
　　3.1 由焊接方法的不合理、不达标所引发
　　采用焊缝手工打底操作时因焊接质量本身不满足要求而进行埋弧自动焊接盖面操作的;采用的埋弧自动焊接的焊丝焊剂没有按规定进行烘焙和温度控制;由于焊接操作者责任心不强而使焊缝表面产生缺陷问题。
　　3.2 由焊接设计、管理不完善所引发
　　如焊接位置狭小工作面不能展开、坡口大小的设计不满足施工要求、在焊接过程中采用的焊接电流不满足要求、由于焊接工序不正确导致的不可矫正的变形、中厚板的加工事先没有进行预热处理,焊接过程中的保温措施及层间温度的控制不当等。
　　3.3 由焊接前期处理粗心导致
　　主要包括：首先，在X类型坡口熔透焊缝中,在施焊过程中由于反面的清理不彻底,导致在焊缝中出现质量问题。其次，采用垫板的V类型的坡口焊,由于垫板靠焊缝的一侧垫板表面的氧化皮、铁锈、油污等未清理干净或者清除不彻底,直接在上面施焊,事后通过仪器检测发现垫板处存在质量问题。
　　4.安全、科学操作，才能确保焊接质量
　　对这个分论点，我们可以分为人，材料，技术三大方面来讨论：
　　4.1为保证钢结构工程质量对焊接人员素质的要求
　　为保证工程的质量，所有焊接工长、焊接质检员、施焊技工都必须持证上岗。如果工程的厚板焊接较多，应派谴有类似工程焊接和管理经验、技术熟练的人员。工程项目所有从事无损检测的人员，都必须持证上岗。工程项目的焊接辅助工、搭设焊接保护棚的人员都必须是熟练工种，必须通晓焊接作业平台的具体搭设及作业顺序和作业所须时间，从而准备好焊前工作，包括工序完成、场地清理的具体要求及焊材的分类，首先从人员组织上杜绝质量事故的发生。所有持证上岗的焊接人员在工程正式开工之前，都必须经过焊工附加考试，考试合格后方可上岗施焊。虽然看似麻烦，但长期的实际操作经验证明，高素质的焊接人员是保证工程质量的不二法门。
　　4.2 对焊接材料的要求
　　在现阶段，钢结构施工中的焊接方式普遍是采用CO2气体保护焊，局部采用手工电弧焊。相应地焊接主材主要为气体保护焊焊丝，并配辅材CO2气和手工电弧焊用焊条。CO2气体选择质量优良、稳定、有相应资质的厂家作为工程的CO2气体供应商，并且气体要经过焊接工艺评定使用合格，每次进场要有产品质量保证书，确保气体的质量。到场后应该储存在干燥、通风良好的地方，并且应有专人保管。根据工程主要构件的材质，选用相应的焊条类型及焊丝类型.当两种材质强度不同时，则选用强度较低焊材。焊丝经焊接工艺评定合格后，方可允许作为工程施焊的焊材，并要求按牌号、批次、持证入场，分类存放在干燥通风的库房。材质证明和检验证书妥善保管，分批整理成册交项目存挡。
　　4.3 对焊接技术的要求
　　首先，要做好焊前检查，选用的焊材强度和母材强度应相符，焊机种类、极性与焊材的焊接要求相匹配。焊接部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。
　　其次，做好焊前清理，认真清除坡口内和垫于坡口背部的衬板表面油污、锈蚀、氧化皮，水泥灰渣等杂物。
　　再次，保证安全的焊接环境，焊接作业区域设置防雨、防风及防火花坠落措施。箱形柱、工字柱、工字梁连接部位及柱间支撑节点连接处焊接专门设置供2~4名焊工同时同台作业的焊接操作方形平台，平台上除密铺脚手板外，还采用石棉布铺垫于脚手板上，以防止焊接火花坠落烫伤他人，并在平台四周和顶部固定防风帆布，杜绝棚外风力对棚内焊接环境的侵扰。
　　最后，采取相应的预热温度及层间温度控制措施。实施多层多道焊，每焊完一个焊道后应及时清理焊渣及表面飞溅，发现影响焊接质量的缺陷时，应清除后方可再焊，在连续焊接过程中应控制焊接区母材温度，使层间温度的上、下限符合工艺条件要求，遇有中断施焊的特殊情况，应采取后热保温措施，再次焊接时，重新预热且应高于初始预热温度。
　　5.以“鸟巢”的成功来概括钢结构施工中的质量控制
　　“鸟巢”完工验收时，业内专家的总结具有高度的概括性――钢结构焊接质量管理的核心是形成了专家顾问、焊接工程师、焊接技师以及相关专业人员相结合的技术组织形态。以焊工培训、焊材、焊机的选择为基础,以控制焊接裂纹为主导的焊接技术路线,从方案编制、无损检测、预热后热等质量控制环节上形成了一条科学严密的质量保证体系。
　　
　　参考文献
　　[1]曹仁.国家体育场钢结构工程焊接技术总结[J].管理与技术,2006.
　　[2] 曾乐.现代焊接技术手册[M].上海科技出版社，2007.