建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的目視檢驗(yàn)技術(shù)

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

1 目視檢驗(yàn)概述

對(duì)檢驗(yàn)的認(rèn)識(shí)經(jīng)常被認(rèn)為是生產(chǎn)過(guò)程之后的事情，比如機(jī)械零件加工成型到最終尺寸后，檢驗(yàn)是否符合圖紙和技術(shù)要求。同樣，衣服經(jīng)過(guò)裁剪、縫制、上紐扣等一系列工序完工成型后，再進(jìn)行檢驗(yàn)。通過(guò)這些例子可以看出，這些都是單件產(chǎn)品比較小的情況，檢驗(yàn)工作一般是放在生產(chǎn)過(guò)程結(jié)束后再進(jìn)行的。然而，建筑鋼結(jié)構(gòu)工程有自身的生產(chǎn)特點(diǎn)，一棟高層鋼結(jié)構(gòu)建筑動(dòng)輒需要幾萬(wàn)噸乃至十幾萬(wàn)噸鋼材，這些形狀各異的鋼材構(gòu)件以焊接及栓接的方式連接成為整體，最終成為一棟棟拔地而起的高樓。近年來(lái)焊接技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)逐步取代栓接成為鋼結(jié)構(gòu)建筑中最重要的連接方式。成千上萬(wàn)條焊縫質(zhì)量對(duì)建筑的使用安全至關(guān)重要，因此，必須重視鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中的每一條焊縫的過(guò)程檢驗(yàn)，使其達(dá)到規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。

經(jīng)驗(yàn)告訴我們，對(duì)于焊接構(gòu)件來(lái)說(shuō)，焊接過(guò)程結(jié)束后的檢驗(yàn)，即使增加無(wú)損檢測(cè)，也不一定能完全保證滿(mǎn)足工況使用的要求。而如果在焊接生產(chǎn)前就預(yù)先設(shè)定一系列的焊接目視檢驗(yàn)程序，并在焊接生產(chǎn)中的具體階段按計(jì)劃執(zhí)行這些目視檢驗(yàn)措施，實(shí)踐證明，即使在沒(méi)有無(wú)損檢測(cè)的條件下，也可以在很大程度上保證焊接產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

因?yàn)橛绊懞附淤|(zhì)量的因素分布在整個(gè)焊接操作的各個(gè)階段，尤其是焊接開(kāi)始前的焊接質(zhì)量影響因素更是重中之重。在大部分類(lèi)似的情況下，如果合理安排目視檢驗(yàn)的程序，許多重大的質(zhì)量錯(cuò)誤就可以在產(chǎn)生之初被發(fā)現(xiàn)，只需采取簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的措施就可以及時(shí)糾正。

2 目視檢驗(yàn)的特點(diǎn)

（a）任何檢驗(yàn)規(guī)程都不會(huì)絕對(duì)保證焊接件的質(zhì)量能夠滿(mǎn)足其所期望的標(biāo)準(zhǔn)，然而通過(guò)編制適當(dāng)?shù)臋z驗(yàn)計(jì)劃，則可以獲得更經(jīng)濟(jì)、更可靠的焊接產(chǎn)品。

（b）盡管目視檢驗(yàn)?zāi)軌蛴行У乜刂坪团袛嗪附雍秃附蛹馁|(zhì)量，但目視檢驗(yàn)僅限于焊縫表面，而不能發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部的缺陷。這一局限性可以通過(guò)在檢驗(yàn)計(jì)劃中增加過(guò)程檢驗(yàn)得以彌補(bǔ)，從而在一定程度上保證焊接質(zhì)量。

（c）要認(rèn)識(shí)到無(wú)損檢測(cè)只是對(duì)目視檢驗(yàn)的有效補(bǔ)充，而不是代替。4 種用于焊縫質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)的方法，每種都有各自的特點(diǎn)與不足。滲透和磁粉檢測(cè)是表面檢測(cè)技術(shù)，而后者僅適用于鐵磁性材料；射線(xiàn)檢測(cè)具有方向性要求，并使一定距離內(nèi)的工作范圍存在輻射危險(xiǎn)；超聲波檢測(cè)技術(shù)只能檢測(cè)板厚8 mm以上的焊縫，且需要光滑的表面及一定的空間距離。

3 目視檢驗(yàn)程序

焊接目視檢驗(yàn)根據(jù)執(zhí)行時(shí)間可分為焊接前、焊接過(guò)程中和焊接后3 個(gè)時(shí)間階段。目視檢驗(yàn)?zāi)馨l(fā)現(xiàn)焊接過(guò)程中的焊接表面缺陷，能夠有效反映焊接產(chǎn)品質(zhì)量，是一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)方法。但是要求執(zhí)行焊接檢驗(yàn)的人員應(yīng)在金屬制造、檢驗(yàn)和測(cè)試方面經(jīng)過(guò)必要的培訓(xùn)或有豐富的檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，并且能夠勝任檢驗(yàn)工作，焊接檢驗(yàn)員必須全過(guò)程核實(shí)焊接制造和安裝都符合合同文件的要求[1]。

3.1 焊接前檢驗(yàn)

在焊接前，焊接檢驗(yàn)員需要注意一些典型項(xiàng)目，主要包括查看圖紙和規(guī)程、檢查焊接工藝和操作資格、建立控制點(diǎn)、查看材質(zhì)文件、查看母材、檢查裝配質(zhì)量等。如果檢驗(yàn)員詳細(xì)檢驗(yàn)了這些基本內(nèi)容，可以避免在工程中出現(xiàn)難以處理的局面。

3.1.1 查看圖紙和詳細(xì)閱讀操作規(guī)程

檢驗(yàn)員須從圖紙中獲得重要的待檢驗(yàn)信息。包括焊接細(xì)節(jié)要求、材料要求、詳細(xì)尺寸、焊接過(guò)程檢驗(yàn)要求等。

3.1.2 檢查焊接工藝規(guī)程和焊工資格的評(píng)定

標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中對(duì)于認(rèn)證焊工的要求越來(lái)越嚴(yán)格，焊接檢驗(yàn)師需要驗(yàn)證焊工、焊接操作工、定位焊工的資格能夠滿(mǎn)足焊接生產(chǎn)中的工藝要求，并要在整個(gè)焊接過(guò)程中不斷考察焊工技能。檢查焊工是否具備焊接產(chǎn)品所要求的資格證明，是否具有執(zhí)行焊接工藝的能力，若發(fā)現(xiàn)焊工技能下降，則必須重新進(jìn)行焊工資格評(píng)定，甚至重新培訓(xùn)。

焊接工藝規(guī)程（WPS）是根據(jù)相應(yīng)的焊接工藝評(píng)定報(bào)告（PQR）編制的，其按規(guī)定的程序?qū)徟蠓娇墒褂?。焊接工藝?guī)程是焊工、檢查人員和生產(chǎn)管理人員在焊接生產(chǎn)中必須遵循的重要工藝文件，內(nèi)容涵蓋了施焊時(shí)需要遵守的重要焊接參數(shù)和次要焊接參數(shù)[2]。檢驗(yàn)員必須檢查焊接工藝評(píng)定報(bào)告是否符合工程要求，以保證焊接工藝規(guī)程和焊工認(rèn)證符合工程的技術(shù)要求。

3.1.3 建立停止點(diǎn)

在焊接開(kāi)始前，在某些需要檢查和判斷的控制點(diǎn)上應(yīng)建立停止點(diǎn)。必須通過(guò)焊接檢驗(yàn)師對(duì)這些重要控制點(diǎn)的檢驗(yàn)后，才能繼續(xù)后續(xù)的工作，以避免檢驗(yàn)工作面被覆蓋。

3.1.4 檢驗(yàn)?zāi)覆暮蜆?gòu)件

檢驗(yàn)?zāi)覆牟馁|(zhì)是否符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，避免材料錯(cuò)用。在厚板焊接及存在形或十字接頭的地方，應(yīng)檢查是否存在不能接受的缺陷，如母材的分層和焊縫的裂紋等。

3.1.5 檢查焊接接頭的準(zhǔn)備和裝配

焊接接頭的裝配，是能否獲得高質(zhì)量焊縫的關(guān)鍵。焊前主要檢查的裝配項(xiàng)目有：坡口角度、根部間隙、接頭對(duì)中、襯墊、引弧板的安裝、接頭清潔、定位焊及預(yù)熱（需要的情況）。所有這些因素，都會(huì)對(duì)焊縫的質(zhì)量有直接的影響，如果裝配質(zhì)量達(dá)不到規(guī)范和圖紙的要求，必須在焊接開(kāi)始前予以糾正。有時(shí)候，在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的偏差，雖然在焊接技術(shù)規(guī)范要求之內(nèi)，但在復(fù)檢時(shí)要給予特別的關(guān)注。比如在T形接頭的角焊縫焊接時(shí)，發(fā)現(xiàn)根部間隙很大，當(dāng)間隙超過(guò)5 mm時(shí)，則應(yīng)在待焊板端表面堆焊并修磨平整，使其間隙符合要求。當(dāng)根部間隙大于1.5 mm且小于5 mm時(shí)，角焊縫的焊角尺寸應(yīng)按根部間隙值予以增加。焊接檢驗(yàn)員在檢查焊角尺寸時(shí)，就要特別關(guān)注相應(yīng)增加的根部間隙值，以確保有效焊接尺寸，從而避免因焊縫有效尺寸減小而導(dǎo)致的承載力不足引發(fā)的事故[3]。

3.2 焊接中檢查

在焊接執(zhí)行階段，要特別注意檢查預(yù)熱溫度和層間溫度、檢查焊接工藝規(guī)程執(zhí)行的一致性、檢查打底焊道質(zhì)量、檢查焊道焊層的布置和焊接清根情況。

焊接檢驗(yàn)員必須確認(rèn)焊接規(guī)范、合同文件對(duì)焊前預(yù)熱和層間溫度的控制要求。在焊接時(shí)，沿焊縫所有方向上，在距焊接點(diǎn)不小于板厚的長(zhǎng)度，且不小于75 mm處進(jìn)行溫度的測(cè)量。必須按照規(guī)定的溫度，保持預(yù)熱溫度和隨后的所有道間溫度。對(duì)于厚板焊接尤為重要，必須保證整個(gè)焊接接頭范圍內(nèi)溫度的內(nèi)外均勻通透，以減小焊接應(yīng)力和變形的不均勻性。

另一個(gè)重點(diǎn)檢查的是焊接工藝規(guī)程參數(shù)的執(zhí)行情況是否符合工藝評(píng)定。包括焊接材料、送絲速度、接頭坡口設(shè)計(jì)、電流特性、極性、焊接電壓、焊接電流和其他需要確認(rèn)的焊接參數(shù)，這些通過(guò)焊接工藝評(píng)定驗(yàn)證優(yōu)化后的焊接參數(shù)組合，可以使得焊縫及母材的熱影響區(qū)的熱輸入符合要求，因?yàn)檫^(guò)大的熱輸入，可能導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)晶粒粗大、塑性韌性降低、接頭強(qiáng)度降低、焊接接頭耐腐蝕性能降低等問(wèn)題，難以保證焊接產(chǎn)品中的熱影響區(qū)和焊縫的化學(xué)成分、金屬組織和力學(xué)性能滿(mǎn)足使用要求；當(dāng)熱輸入過(guò)小時(shí)，可能導(dǎo)致焊接區(qū)產(chǎn)生裂紋、焊接接頭成型不良、焊接缺陷率高等問(wèn)題[4]。

評(píng)估焊縫質(zhì)量，最好的做法是對(duì)每一道焊縫都進(jìn)行檢查。大多數(shù)焊接缺陷的產(chǎn)生都和根部打底焊道的質(zhì)量有關(guān)，因此對(duì)根部焊道的徹底檢查有利于問(wèn)題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正，避免厚板焊接完畢才通過(guò)無(wú)損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷后造成的大量返修工作，既影響焊縫和附近母材的力學(xué)性能，又影響工作效率和增加成本。對(duì)中間填充層的檢查有利于加強(qiáng)焊道的清理工作，避免最終焊縫的夾渣、氣孔、未焊透及未融合等缺陷而產(chǎn)生的附加返工。對(duì)于雙面焊反面清根的焊接情況，第二面的接頭根部清理是最關(guān)鍵的，采用碳弧氣刨去除焊渣和其他不規(guī)則情況后，應(yīng)檢查碳弧氣刨產(chǎn)生的表面滲碳層是否打磨干凈，避免殘余碳熔入焊縫金屬中，導(dǎo)致過(guò)多的淬硬組織馬氏體而引發(fā)焊縫冷裂紋，以保證所有的妨礙焊接質(zhì)量的不連續(xù)物被有效去除，并且清根后的坡口槽面的形狀適合后續(xù)焊接質(zhì)量的保證。

3.3 焊接后檢查

焊接后檢查主要包括確認(rèn)焊縫的尺寸、檢查焊縫表面情況及一些隨后的相關(guān)要求。

焊縫表面質(zhì)量檢查主要是確認(rèn)焊縫形狀輪廓是否滿(mǎn)足規(guī)范要求，是否有焊接飛濺和電弧擊傷的存在，是否符合規(guī)范和技術(shù)條件要求的焊接缺陷的尺寸和數(shù)量的限制。通過(guò)焊縫表面的檢驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的表面缺陷，包括氣孔、未融合、接頭未焊透、表面未填滿(mǎn)、焊瘤、裂紋、金屬和非金屬夾雜物。這些缺陷都是應(yīng)力集中源，它們的存在會(huì)誘使其他缺陷的產(chǎn)生和擴(kuò)展。因此，只要發(fā)現(xiàn)這些缺陷，都應(yīng)及時(shí)修復(fù)。

焊縫尺寸主要檢查焊縫有效尺寸、長(zhǎng)度和位置是否符合圖紙要求，包括焊縫寬度、余高及是否整條焊縫連續(xù)填充等，尺寸檢查需要借助有不同功能的焊縫量規(guī)和儀器，以控制焊縫尺寸精度避免過(guò)分超過(guò)或小于圖紙要求。

完成外觀檢測(cè)后，目視檢驗(yàn)還應(yīng)根據(jù)規(guī)范和技術(shù)條件要求，檢驗(yàn)或見(jiàn)證焊后熱處理、無(wú)損檢驗(yàn)等其他要求。

4 結(jié)語(yǔ)

焊接目視檢驗(yàn)，整個(gè)過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，涉及的檢驗(yàn)項(xiàng)目多，很大一部分檢驗(yàn)內(nèi)容要穿插進(jìn)行，因此，在檢驗(yàn)之前編制檢驗(yàn)計(jì)劃，組織相關(guān)人員協(xié)調(diào)配合，并在實(shí)施階段嚴(yán)格執(zhí)行，充分發(fā)揮焊接目視檢驗(yàn)技術(shù)在項(xiàng)目施工過(guò)程中的質(zhì)量控制作用，在提高生產(chǎn)量和生產(chǎn)效率的同時(shí)，使焊接技術(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量保持在理想水平之上，將焊接產(chǎn)品質(zhì)量事故降至最低，保證產(chǎn)品全部質(zhì)量特性的考核指標(biāo)滿(mǎn)足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、合同或第三方的有關(guān)規(guī)定。畢竟預(yù)防錯(cuò)誤的成本通常比糾正錯(cuò)誤的成本要少得多。只有強(qiáng)化焊接質(zhì)量管理，才能建造出高質(zhì)量的鋼結(jié)構(gòu)焊接工程，不僅可以向用戶(hù)提供滿(mǎn)足使用要求的焊接產(chǎn)品，而且可以推動(dòng)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)而使企業(yè)獲得高的收益和回報(bào)，不斷提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。