淺談同外徑不同厚度鋼管對接焊縫的質(zhì)量控制

李靈芝，高傳孝

（1.中煤第五建設(shè)有限公司第五工程處，江蘇 徐州 221140；2.中煤第五建設(shè)有限公司現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)廠，江蘇 徐州 221140）

鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷的產(chǎn)生過程十分復(fù)雜，缺陷對焊接結(jié)構(gòu)承載力有非常顯著的影響。結(jié)合湖北黃石工程不同厚度同外徑鋼管的對接焊縫，從人、機、料、法、環(huán)五個方面進行分析，通過更換藥芯焊絲、制定新的焊接工藝等，確保焊縫質(zhì)量。

螺旋鋼管；焊接工藝；焊接缺陷

1 工程概況

黃石工程為三連跨鋼結(jié)構(gòu)廠房，建筑面積19216 m2，廠房格構(gòu)柱采用雙肢鋼管混凝土柱（見圖1），為砼泵送頂升澆筑密實。鋼管柱截面由上下兩節(jié)柱組成：上節(jié)柱為焊接H型鋼，下節(jié)柱由同外徑、不同厚度的螺旋鋼管φ750×20和φ750×10對接而成。

該工程擁有260t的行車噸位，如此噸位的行車在我國鋼結(jié)構(gòu)廠房中僅有兩部，而行車所受到的荷載全部通過鋼管柱傳遞到地基基礎(chǔ)。該工程合同工期為90d，如果按照鋼管內(nèi)加襯管的對接方式，僅襯管加工就需要30d，然后再焊接完成，中間施工所需要的時間已滿足不了合同工期要求。因此，采取用兩鋼管厚度差來代替襯管。這樣可以節(jié)省材料，節(jié)約加工工期。

圖1

2 影響焊接質(zhì)量的因素

人、機、料、法、環(huán)。

2.1 人

焊接作業(yè)人員因素。

加強對焊工的質(zhì)量意識教育，由有經(jīng)驗的高級焊工施焊，并定期對對焊工進行崗位培訓(xùn)，從實踐上提高操作技能，并嚴格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，認真執(zhí)行考試制度。

2.2 機

焊接設(shè)備集中，探傷儀器老化。

變壓器超負荷，進行鋼柱對接焊時需限制某些設(shè)備工作，由于探傷儀是過去的模擬機, 判斷曲線要靠自己計算后繪制的，測出的數(shù)據(jù)誤差大，易產(chǎn)生誤判。

2.3 料

鋼管表面清渣不徹底，現(xiàn)所有鋼管均通過拋丸機進行表面處理。焊絲表面鍍層不均勻，為使焊縫達到要求，即表面無氣孔、根部收縮小等，將實心焊絲更換成藥芯焊絲。

2.4 法

只有同壁厚管對接焊接工藝，無不同壁厚同外徑鋼管對接焊接工藝，根據(jù)有關(guān)規(guī)定和國家標準制定新的焊接工藝并進行評定。

2.5 環(huán)

天氣炎熱，焊接區(qū)風扇多風大。

本工程加工期在8、9月份，加工現(xiàn)場炎熱,為確保施工人員身心健康，對現(xiàn)場降溫配置風扇，調(diào)整風扇使之不正對焊縫方向，降低焊接速度也可以緩解風扇帶來的影響。

3 影響焊接缺陷的幾個方面

根據(jù)GB50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗收規(guī)范要求，二級焊縫必須滿足（表1）。

表1

通過現(xiàn)場調(diào)查，找出經(jīng)常出現(xiàn)問題的方面，整理出下表（見表2）。

表2

由表2可以看出，影響焊接質(zhì)量的主要問題是焊縫內(nèi)部缺陷，其累計頻率達到64.3%，成為解決問題的主要對象。

4 常見焊接缺陷的防止措施

4.1 未焊透

焊接時接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象。

巴志鵬認為，中國共產(chǎn)黨的生態(tài)文明建設(shè)思想是對中國古代樸素的人與自然和諧觀“天人合一”及樸素的自然倫理“仁民愛物”論等傳統(tǒng)生態(tài)文化的揚棄和對馬克思恩格斯的人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展觀的傳承［19］。而榮開明則認為，生態(tài)文明建設(shè)思想的主要淵源，包括馬克思主義生態(tài)文明理論，黨的三代領(lǐng)導(dǎo)集體探索中國社會主義建設(shè)的論述和前期經(jīng)驗，國外有關(guān)生態(tài)文明建設(shè)的理念和經(jīng)驗，中華文明中的生態(tài)文明智慧［20］。

4.1.1 產(chǎn)生原因及危害

焊件坡口角度和裝配間隙過小，鈍邊太大和坡口邊緣不齊，電流小而運條速度過快，焊條傾斜角度不正確等。此外，焊件坡口表面清理不凈、背面清根不徹底也容易產(chǎn)生未焊透。未焊透減少了焊縫的有效工作截面，造成嚴重的應(yīng)力集中，大大降低了焊接強度。

4.1.2 防止措施

正確選定坡口形式和裝配間隙，認真清除坡口邊緣兩側(cè)污物。選擇合適的焊接電流，運條時隨時注意調(diào)整焊條角度，使熔敷金屬和母材之間充分均勻地加熱和熔化。

4.2 表面氣孔

焊接過程中熔池金屬高溫時吸收和產(chǎn)生的氣泡，在冷卻凝固時未能逸出而殘留在焊縫金屬內(nèi)所形成的孔穴，稱為氣孔。氣孔是一種常見缺陷，不僅出現(xiàn)在焊縫內(nèi)部和根部，也出現(xiàn)在焊縫表面現(xiàn)象。

防止措施：焊前仔細清理母材和焊絲表面油污、鐵銹等，適當預(yù)熱除去水分；焊前嚴格烘干焊接材料，低氫型焊條必須存放在焊條保溫桶中；采用合適的焊接電流、電壓及焊接速度。

4.3 咬邊

因焊接造成沿焊趾（或焊根）處出現(xiàn)的低于母材表面的凹陷或溝槽稱為咬邊。它是由于焊接過程中，焊件邊緣的母材金屬被熔化后，未及時得到熔化金屬的填充所致。咬邊可出現(xiàn)于焊縫一側(cè)或兩側(cè)，可以是連續(xù)的或間斷的。

防止措施：選擇適當?shù)暮附与娏鳌㈦妷汉秃附铀俣?，采用短弧操作，掌握正確的運條手法和焊條角度，坡口焊接時，保持合適的焊條離側(cè)壁的距離。

4.4 根部收縮

根部收縮缺陷由于焊接參數(shù)選擇不正確或操作不當，在焊道根部形成焊道表面收縮。

形成原因：焊接電流太小、焊接速度太快或間隙小，使得熔池溫度過低，形成焊道收縮。

預(yù)防措施：調(diào)節(jié)好焊接電流，控制焊接速度，嚴格控制好層間溫度，控制對口間隙及鈍邊厚度。

4.5 其他

焊縫化學成分或組織成分不符合要求：焊材與母材匹配不當，或焊接過程中元素燒損等原因，容易使焊縫金屬的化學成份發(fā)生變化，或造成焊縫組織不符合要求。這可能帶來焊縫的力學性能的下降，還會影響接頭的耐蝕性能。

5 根據(jù)影響焊接質(zhì)量的主要因素，制定相應(yīng)的對策（見表3）

表3

6 對策實施

6.1 實施一

對所有持有高級焊工證的人員進行現(xiàn)場考試，使之實際操作達到焊接水平時方可進行螺旋鋼管對接焊。

6.2 實施二

為滿足本工程的技術(shù)要求,購置一臺數(shù)字式HS600探傷儀，判斷曲線是自動生成，減少人為繪制曲線的誤差。數(shù)據(jù)顯示直觀、易判斷，探傷檢測數(shù)據(jù)準確率100%。

6.3 實施三

到現(xiàn)場摸索、進行焊接試驗，將鋼管管徑分成4段對焊，每段對焊分別采用三種焊接方式，如圖2所示。通過調(diào)整不同的焊接手法來達到焊接要求。焊接時要做好電流、電壓、焊接速度記錄，最終總結(jié)歸納數(shù)據(jù)，制定適合不同壁厚且管徑＞400mm對接焊縫的工藝，焊縫探傷合格率100%，通過施焊、探傷檢驗、外觀檢驗符合圖紙和標準要求。

圖2

7 效果檢查

通過嚴格的PDCA循環(huán)，使原來很難控制的不同厚度同外徑的螺旋鋼管柱縫的質(zhì)量得到了很好的控制。焊縫隨意抽查合格率達到了100%，達到了預(yù)期效果。焊接施工質(zhì)量得到保證，受到甲方、監(jiān)理及質(zhì)量監(jiān)督部門的好評，獲得了良好的社會形象。

8 結(jié)語

湖北黃石工程在開工之初，通過試驗、調(diào)查，掌握了影響焊縫質(zhì)量的各項因素，通過分析，認真找出影響焊接質(zhì)量因素的主要原因，并制定了專項針對性措施。堅決杜絕鋼結(jié)構(gòu)工程各種焊接缺陷，并避免其他鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷的產(chǎn)生，確保了不同厚度同徑的螺旋鋼管對接焊縫的施工質(zhì)量。

[1]GB50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[2]倪真.鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷對施工質(zhì)量的影響[J].鋼結(jié)構(gòu)，2013（3）.