鋼結(jié)構(gòu)焊接中的常見問題探討

孫生玉

摘要：鋼結(jié)構(gòu)在加工過程中，由于存在外形尺寸較大、形狀多樣、焊縫多、焊接位置不對稱等因素，常出現(xiàn)多種焊接問題，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。本文對焊接中局部變形和裂紋的原因和預(yù)防措施進(jìn)行分析，并對鋼結(jié)構(gòu)焊接檢驗中的相關(guān)問題進(jìn)行論述。

關(guān)鍵字：鋼結(jié)構(gòu)；焊接；檢驗

1 焊接中的局部變形的原因及預(yù)防措施

1.1 產(chǎn)生原因

加工件的剛性小或不均勻，焊后收縮，變性不一致;加工件本身焊縫布置不均，導(dǎo)致收縮不均勻，焊縫多的部位收縮大、變形也大;加工人員操作不當(dāng)，未對稱分層、分段、間斷施焊，焊接電流、速度、方向不一致，造成加工件變形的不一致;焊接時咬肉過大，引起焊接應(yīng)力集中和過量變形;焊接放置不平，應(yīng)力集中釋放時引起變形。

1.2 預(yù)防措施

設(shè)計時盡量使工件各部分剛度和焊縫均勻布置，對稱設(shè)置焊縫減少交叉和密集焊縫;制定合理的焊接順序，以減少變形。如先焊主焊縫后焊次要焊縫，先焊對稱部位的焊縫后焊非對稱焊縫，先焊收縮量大的焊縫后焊收縮量小的焊縫，先焊對接焊縫后焊角焊縫;對尺寸大焊縫多的工件，采用分段、分層、間斷施焊，并控制電流、速度、方向一致;手工焊接較長焊縫時， 應(yīng)采用分段進(jìn)行間斷焊接法， 由工件的中間向兩頭退焊，焊接時人員應(yīng)對稱分散布置，避免由于熱量集中引起變形;大型工件如形狀不對稱，應(yīng)將小部件組焊矯正完變形后，在進(jìn)行裝配焊接，以減少整體變形;工件焊接時應(yīng)經(jīng)常翻動，使變形互相抵消;對于焊后易產(chǎn)生角變形的零部件，應(yīng)在焊前進(jìn)行預(yù)變形處理，如鋼板v形坡口對接，在焊接前應(yīng)將接口適當(dāng)墊高，這樣可使焊后變平;通過外焊加固件增大工件的剛性來限制焊接變形，加固件的位置應(yīng)設(shè)在收縮應(yīng)力的反面。

1.3 處理方法

對已變形的工件，如變形不大，可采用火烤矯正。如變形較大，采用邊烤邊用千斤頂頂?shù)姆椒ǔC正。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接裂紋的原因及預(yù)防措施

2.1 熱裂紋

熱裂紋是指高溫下所產(chǎn)生的裂紋，又稱高溫裂紋或結(jié)晶裂紋，通常產(chǎn)生在焊縫內(nèi)部，有時也可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)，表現(xiàn)形式有：縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋和熱影響區(qū)裂紋。其產(chǎn)生原因是由于焊接熔池在結(jié)晶過程中存在著偏析現(xiàn)象，低熔點共晶和雜質(zhì)在結(jié)晶過程中以液態(tài)間層形式存在從而形成偏析，凝固以后強(qiáng)度也較低，當(dāng)焊接應(yīng)力足夠大時，就會將液態(tài)間層或剛凝固不久的固態(tài)金屬拉開形成裂紋。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔點共晶和雜質(zhì)，當(dāng)焊接拉應(yīng)力足夠大時，也會被拉開?？傊?，熱裂紋的產(chǎn)生是冶金因素和力學(xué)因素共同作用的結(jié)果。針對其產(chǎn)生原因，其預(yù)防措施如下：

限制母材及焊接材料(包括焊條、焊絲、焊劑和保護(hù)氣體)中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量，特別應(yīng)控制硫、磷的含量和降低含碳 ，一般用于焊接的鋼材中硫的含量不應(yīng)大于0.045％，磷的含量不應(yīng)大于0.055％；另外鋼材含碳量越離，焊接性能越差，一般焊縫中碳的含量控制在0.10％以下時，熱裂紋敏感性可大大降低;調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分，改善焊縫組織，細(xì)化焊縫品粒，以提高其塑性，減少或分散偏析程度，控制低熔點共品的有害影響;采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的雜質(zhì)含攝，改善結(jié)晶時的偏析程度;適當(dāng)提高焊縫的形狀系數(shù)，采用多層多道焊接方法，避免中心線偏析，可防止中心線裂紋;采用合理的焊接順序和方向，采用較小的焊接線能超，整體預(yù)熱和錘擊法，收弧時填滿弧坑等工藝措施。

2.2 冷裂紋

冷裂紋一般是指焊縫在冷卻過程中溫度降到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)(300-200℃以下)產(chǎn)生的，可以在焊接后立即出現(xiàn)，也可以在焊接以后的較長時間才發(fā)生，故也稱為延遲裂紋。其形成的基本條件有3個：焊接接頭形成淬硬組織；擴(kuò)散氫的存在和濃集；存在著較大的焊接拉伸應(yīng)力。其預(yù)防措施主要有：

選擇合理的焊接規(guī)范和線能 ，改善焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)，如焊前預(yù)熱、控制層問溫度、焊后緩冷或后熱等以加快氫分子逸出;采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的擴(kuò)散氧含量;焊條和焊劑在使用前應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的要求進(jìn)行烘干(低氫焊條300℃～350℃保溫1h；酸性焊條100℃～l50℃保溫1h；焊劑200℃～250℃保溫2h)，認(rèn)真清理坡口和焊絲，去除油污、水分和銹斑等臟物，以減少氫的來源;焊后及時進(jìn)行熱處理．一是進(jìn)行退火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，使淬火組織回火，改善其韌性；二是進(jìn)行消氫處理，使氫從焊接接頭中充分逸出;提高鋼材質(zhì)量，減少鋼材中的層狀夾雜物;采取可降低焊接應(yīng)力的各種工藝措施。

3 鋼結(jié)構(gòu)焊接檢驗中的相關(guān)問題

3.1 焊縫等級、檢驗等級、評定等級的區(qū)別與聯(lián)系

要求進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量探傷的焊縫，按質(zhì)量等級分一級和二級，稱一級焊縫和二級焊縫，此即為焊縫等級。

檢驗等級系指檢驗檢測達(dá)到的精度，即檢測儀器與檢測方法結(jié)合而得到的檢測結(jié)果的精確程度。超聲波探傷采用GB／T11345-1989標(biāo)準(zhǔn)按檢測等級由低到高分為A、B、C三個級別，射線探傷采用GB／T3323-1987標(biāo)準(zhǔn)按檢測等級由低到高分為A、AB、B三個級別，它們分別規(guī)定了手工超聲波探傷的檢測方法、探測面、檢測范圍和允許缺陷當(dāng)量(dB值)以及射線探傷所要達(dá)到的靈敏度(透照厚度與像質(zhì)計的關(guān)系)。

評定級別是指探傷人員在檢出缺陷后依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對缺陷測量進(jìn)而確定的焊縫內(nèi)部質(zhì)量級別。具體來說，超聲波探傷指對波高在測長線與判廢線之間(Ⅱ區(qū))缺陷測長后，依標(biāo)準(zhǔn)GB／T11345-1989表6進(jìn)行缺陷定級；射線探傷是指測量底片上缺陷指示長度和大小，依標(biāo)準(zhǔn)GB／T3323-1987表6、表7、表9、表10并綜合評級(見該標(biāo)準(zhǔn)16.1～16.4)，這一條是每一個探傷人員必須熟練掌握的。

3.2 超標(biāo)缺陷處理與復(fù)探、擴(kuò)探

GB 50205《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》只規(guī)定了檢測方法、檢測比例和合格級別，對于缺陷的處理沒有明確要求。參照J(rèn)G 181《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》和其他行業(yè)焊接檢驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，對于檢出的缺陷可作如下處理：

檢測出的不允許缺陷必須返修，返修后按同種檢測方法檢測合格后方認(rèn)為該焊縫合格。

對要求抽查檢驗的焊縫，發(fā)現(xiàn)不允許缺陷后，應(yīng)在被檢測區(qū)域兩端整條焊縫長度的各10％且不小于200mm(長度允許時)的區(qū)域擴(kuò)檢。

a.若在擴(kuò)檢區(qū)域未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，應(yīng)認(rèn)為該焊縫合格。b.若在擴(kuò)檢區(qū)域發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，則該條焊縫全檢。

對于現(xiàn)場安裝要求抽查檢驗的焊縫，發(fā)現(xiàn)不允許缺陷后，按下述原則擴(kuò)檢；

a.增加該類型同一焊工焊接的兩條焊縫檢測，若此兩條擴(kuò)檢焊縫未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，應(yīng)認(rèn)為該批焊縫合格。b.若此兩條擴(kuò)檢焊縫發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，則每一條含超標(biāo)缺陷的焊縫按上述原則再各抽檢兩條焊縫。c.若再次抽檢的焊縫未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，應(yīng)認(rèn)為該批焊縫合格。d.若再次抽檢的焊縫仍發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)缺陷，則該焊工焊接的該類型焊縫全檢。同時，可協(xié)商適當(dāng)增加其余焊縫檢測比例。

參考文獻(xiàn)

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