建筑钢结构焊接影响因素及焊接质量管控.pdf

钢结构是指将钢材作为主要承载材料，通过连接件将各个构件连接在一起，形成具有一定刚度和强度的结构体系。钢结构具有自重轻、强度高、稳定性好、施工速度快等优点，被广泛应用于建筑、桥梁、机械、船舶等领域。钢结构不仅需要满足结构设计强度的要求，还要满足钢材搭接强度的要求。钢材搭接一般采用焊接的方式，焊接施工具有操作简单、施工速度快等特点，但焊接施工的质量对钢结构强度有严重影响。为确保满足建筑施工质量要求，必须明确建筑钢结构焊接质量的影响因素，并采取针对性的质量管控措施，以提升建筑工程的质量水平。1 工程概况某工程内屋面为大跨度钢架桁架屋面，钢结构总面积约为 4700m2，总用钢量为 3971t，最大跨度为87.43m，结构形式为倒三角管桁架，桁架所有焊缝均为一级焊缝，施工难度较大，对焊接要求高。为探索钢结构焊接的一次验收质量通过率，本项目以桁架焊接点为试验点，共计 257 个试验点，桁架焊接质量验收调查情况如表 1 所示。2 焊接存在的问题由表 1 可见，钢结构焊接一次验收质量平均通过率为 84.26%，分析其原因主要是隐蔽焊缝质量缺陷、咬边、焊瘤、固体夹渣、焊缝不饱满等。收集现场焊接质量不合格现场实照如图 1 所示，统计不同因素造成的验收不建筑钢结构焊接影响因素及焊接质量管控鲁伟（甘肃省交通投资管理有限公司，甘肃兰州730030）摘要：钢结构焊接具有高强度、高刚性、高耐久性和高安全性的优点，被广泛应用于建筑、桥梁、机械等领域。钢结构焊接的质量和安全性直接关系到工程的使用寿命和安全性能，基于此，针对某工程探讨了影响钢结构焊接质量因素，并提出焊接质量的管控办法，以为建筑钢结构焊接工作提供参考。关键词：钢结构；焊接；影响因素；管控要点表1 钢结构焊接一次验收质量情况统计桁架编号焊缝验收质量检查数一次验收未通过数一次验收通过率/%1#68986.762#661183.333#691085.504#54781.48合计2573784.26图1 钢结构缺陷实照d 孔穴e 焊缝不饱满f 隐蔽焊缝漏焊a 咬边 b 根部收缩c 焊瘤CM&M 2023.04279通过频率如表 2 所示。由表 2 可见，影响焊接质量的主要原因是隐蔽焊缝质量缺陷，占比达到了 51.39%，造成该现象原因主要是由于焊接电流、焊接顺序、焊接速度以及施工人员检查不充分的原因。3 原因分析及解决方案3.1 原因分析3.1.1 焊接电流不合理焊接电流的大小，需要根据钢材的厚度、含碳量、焊条的强度等因素综合确定。然而在实际施工过程中，施工人员根据自身的施工经验来设置焊接电流的大小，经过探伤检测焊接后钢结构，焊接质量合格率仅为 82.12%。3.1.2 焊接顺序倒置焊接顺序倒置是影响隐蔽焊缝质量缺陷的主要原因。针对钢结构构件，施工工人没有按照正确的焊接顺序进行焊接，导致隐蔽构件焊接施工难度增大，焊接质量得不到保障，存在缺焊、漏焊的情况。3.1.3 焊接速度过慢或过快在对现场施工人员焊接速度统计分析时发现，大多数的施工工人凭借自己的手感决定焊接速度，盲目相信自己的施工经验，导致焊接速度过慢或过快。焊接速度过慢，会使焊接部分钢材受到较长时间高温，破坏钢材疲劳强度；焊接速度过快，会导致焊接焊缝不连续或不饱满，影响焊缝强度。3.1.4 未做好施工前检查焊接施工前，要做好人员、材料、机器施工前检查，并对施工人员进行施工重难点及焊接技术要点交底。要检查焊条、焊丝强度及标识是否适用，检查焊材是否被污染及受潮。检查钢材表面是否存在锈迹，若存在应清理钢材表面锈迹及油渍，避免其影响焊接质量。要选择适配、功能完善的焊接机器，否则焊机部件老化会导致二氧化碳气体保护不充分，焊接电源电压不稳定，送丝系统速度不匀速等现象发生，严重影响焊接焊缝质量。3.2 解决方案3.2.1 合理选择焊接电流钢材的厚度直接影响焊接电流的大小，为确定本项目 40mm、30mm 和 20mm 不同厚度钢板最适合的焊接电流大小，在相同的焊接速度下，调整焊接电流的大小，焊接完毕后，采用探伤检测检测焊接质量，从而确定不同厚度钢板最适宜的焊接电流大小。3.2.2 合理控制焊接移动速度针对不同厚度的钢材确定合适的电流大小后，采用控制变量法，将焊接移动速度作为自变量，确定不同厚度钢板最适宜的焊接移动速度。3.2.3 加强焊工的技术交底工作在焊工上岗前，进行岗前安全、技术培训，使焊接人员掌握焊接前的准备工作，现场常用钢材焊接对应的焊接电流大小及焊接移动速度。对于关键节点或施工难度大的部位，应该编制施工方案，制定钢材焊接顺序。3.2.4 健全完善的监理体系为了保证施工质量，对施工单位进行有效监管，需要建立完善的监理体系，加强监理团队的专业性和责任感，通过加强监理团队的人才建设、人才引进，落实专业培训动作，强调监管制度的在施工过程中的重要性，保证施工过程中的焊接质量。4 焊接质量实施效果经过对现场不规范施工进行纠偏，项目现场钢结构焊接质量得到了大幅度提升，焊接质量一次验收平均通过率达 93.10%。采取措施后钢结构焊接一次通过率统计如表 3 所示。对比表 1 和表 3 可见，钢结构焊接一次通过率由84.26%提高至 93.10%，提高了 8.84 个百分点，提升效果显著，表明上述解决方案对于提高钢结构焊接质量是行之有效的。5 焊接质量管控要点5.1 焊接形变的控制钢材受热变形是材料的一个特性，在焊接过程中需要注意钢材因焊接加热产生的形变，并采用母材变形小或收缩小的焊接方法。控制焊接形变的原则是对称焊接，使因焊接加热产生的内应力相互抵消，以此来控制因内表3 采取措施后钢结构焊接一次通过率统计表序号桁架编号钢结构焊缝检查数不合格发现数合格率/%17#40490.0028#40295.0039#40392.50410#40295.00 合计1601193.10表2 钢结构焊接一次验收不通过主要因素统计表序号主要影响因素频次频率/%1隐蔽焊缝质量缺陷1951.392咬边25.403焊瘤38.104固体夹渣410.805焊缝不饱满38.106其他616.21280工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工应力不均匀导致的钢材变形。例如在对 T 形等对称材料，或者容易翻转、放置的材料进行焊接时，可以采用双面对称焊接，以使单边产生的内应力相互抵消，从而达到有效控制变形的目的。对于非对称材料坡口进行焊接时，焊接施工需要严格遵循一定的顺序进行。可以让两人或三人焊接技术水平相当的焊工，同时按照顺时或逆时方向依次焊接，尽量做到对称焊接，已将内应力控制到最小。对于条状母材，且焊接长度较长的，可以采用对称多人焊接法、分段退焊法及跳焊法等焊接方法。对于焊接厚度较大的钢材，可以采用双边轮流循环多次焊接方法，减少单次内应力的影响。5.2 焊接完成后残余应力的消除高水平的焊接质量，离不开焊后残余应力消除工艺的支持。对于大型体育馆、游乐场钢结构穹顶、承受拉应力构件及焊接密度较大部位，一般都需要进行焊后残余应力的消除。工程中一般采用疲劳验算方法。应力消除大多是基于局部或整体退火来完成，也有采用振动法或锤击法来消除残余应力。在采用局部或整体退火消除残余应力时，对加热设备的温控、测温、加热能力等具有一定的要求。对于局部加热，要求加热板的宽度不小于 200mm，且不应低于 3倍钢材的厚度，若加热板宽度较短，会产生额外的残余应力。对于采用振动法或锤击法消除残余应力的，需要注意焊后焊缝的保温，如温度迅速降低，容易引起焊缝等现象。锤击法消除应力时，要避开焊缝坡口边缘母材及盖面焊缝等部位。5.3 焊接接头质量管控对于 T 形接头、十字接头及角接接头，可以采用全熔透的对接和角接组合焊接的方法，以保证焊接接头的质量。无论是采用全熔透或部分熔透的焊接方法，都需要注意接头厚度与坡口深度的关系。对于采用全熔透双边坡口焊缝，允许存在不等厚的坡口深度部分，但是需要确保接头厚度的 1/4 坡口深度较浅的部分。对于采用部分熔透的焊接方法，需要根据设计要求控制有效焊缝的厚度及长度。对于角接接头和 T 形接头的接头形式，需将组合焊接的加强角焊缝脚尺寸控制在 10mm 内，且应为接头中最薄板厚度的 1/4。5.4 焊接前预热温度的控制对于厚度较大钢材，在进行焊接前，为避免钢材不均匀受热产生层间力，需要对钢材进行预热处理，以保证不同类型母材在不同环境下能够顺利的完成焊接工作。当需焊接母材横截面积较大、长度较长时，在焊接前需要选用适合的焊条及预热处理。不同型号钢材对应的焊条型号及预热条件如表 4 所示。6 结束语钢结构焊接具有高强度、高刚性、高耐久性和高安全性的优点，被广泛应用于建筑、桥梁、机械等领域。钢结构焊接的质量和安全性，直接关系到工程的使用寿命和安全性能。本文依托某工程的穹顶钢结构为研究对象，探讨了钢结构焊接质量的影响因素，并提出了相对应的解决方案，使钢结构焊接一次通过率大幅提高。同时对钢结构焊接过程中的注意要点进行了理论阐述，为工程施工提供了一套较为科学的施工方法和质量管理体系，希望能为后续的建设工程提供参考依据。参考文献1 王舰,姚顺,黄贤坤,等.大跨度钢结构厚板焊接质量影响因 素及一次验收合格率提升方案探讨 J.工程技术研究,2022,7(13):1-3.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2022.13.001.2 何旺.建筑钢结构焊接影响因素及焊接质量管控 J.工程机械 与维修,2022(5):164-166.3 刘正江,孟繁超.钢结构工程焊接质量控制要点分析 J.焊接 技术,2021,50(7):79-81.DOI:10.13846/12-1070/tg.2021.07.019.4 王帆.钢结构焊接过程技术要点及质量控制技术分析 J.冶金 管理,2022(12):20-24.5 房志彬.钢结构焊接工程技术要点及质量控制技术分析 J.科 技资讯,2018,16(29):52+54.DOI:10.16661/ki.1672-3791.2018.29.052.表4 钢结构焊接焊条型号及预热温度统计钢型号普通工况选用焊条型号动荷载、厚钢板等工况选用焊条型号预热条件Q216E4301、E4311E6012、E6013不预热Q234E4312E6021厚钢板需预热 160以上Q256E4303、E4321E4306、E5016不预热Q09、Q11、16、21E4325、E4316E4013、EE5023厚钢板需预热 160以上31E4302、E4301E6307、E5042不预热21G、23GE4318E4306厚钢板需预热 160以上21RE4309E5015不预热