大型結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量控制

張廣利

（中國能建西北電力建設工程有限公司技術(shù)中心，西安 710032）

大型結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量控制

張廣利

（中國能建西北電力建設工程有限公司技術(shù)中心，西安 710032）

為了提高大型結(jié)構(gòu)件焊接時不同焊接階段的焊接質(zhì)量，對焊前、焊接過程中以及焊后三個階段影響焊接質(zhì)量的因素進行論述和分析。分析結(jié)果表明，焊前進行焊接工藝審查、焊接設備及儀器校準、母材及焊材檢驗等措施，能夠有效預防缺陷的發(fā)生；焊接過程中進行焊縫表面質(zhì)量檢查、規(guī)范焊接參數(shù)和技術(shù)要求，同時要求焊工進行嚴格的焊接操作，能有效提高焊接質(zhì)量；焊后對焊接結(jié)構(gòu)件的熱處理、壓力測試和無損檢測，能有效保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量。最后針對焊接時的不合格項，給出了相應的處理措施。

焊接；大型結(jié)構(gòu)件；焊接質(zhì)量

焊接是大型工程結(jié)構(gòu)建設的基本方法，其質(zhì)量直接影響到大型結(jié)構(gòu)工程的安全可靠性。因此，焊接質(zhì)量控制就成為保證整個工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本研究針對大型結(jié)構(gòu)工程焊接過程中不同階段的焊接質(zhì)量控制進行了相應的描述與分析，并就存在的問題給出了相應的處理措施，通過焊前、焊接過程中以及焊后的質(zhì)量控制，能有效減少焊接不合格項的發(fā)生，提升大型工程結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。

1 焊前質(zhì)量控制

焊前質(zhì)量控制主要包括：焊接工藝審查、焊接設備及儀器校準、母材及焊材檢驗、焊接工件的準備等。這些工序可以起到質(zhì)量控制與缺陷預防的作用，避免可能出現(xiàn)的焊接問題，降低焊接成本。

1.1 焊接工藝審查

焊接工藝是保證工程結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量與安全的重要措施，因此必須對其進行正確性及合理性的審查[1]。通常，先審查施工圖紙、標準、規(guī)程和規(guī)范等，審查其是否滿足國家相應的標準及技術(shù)規(guī)程，有些項目或產(chǎn)品還應滿足項目驗收方或者產(chǎn)品購買者要求的相關(guān)技術(shù)條款。當項目沒有具體的技術(shù)要求規(guī)定時，則必須按國家或地方相應標準進行施工和驗收。對一個項目來說，可能有多個標準或技術(shù)規(guī)范同時適用，通常執(zhí)行較嚴格的標準或技術(shù)規(guī)范。

除了對施工圖紙、標準、規(guī)程和規(guī)范進行審查之外，焊接工藝審查還包括以下內(nèi)容：①焊接符號規(guī)定和焊接尺寸要求；②焊接接頭設計規(guī)定和尺寸要求；③焊接尺寸是否具體詳細并留有變形余地；④焊接線能量；⑤焊接工序要求；⑥預熱要求和預熱方法（須在焊接工藝中體現(xiàn)）；⑦焊后熱處理（PWHT）的要求和適用條件；⑧檢驗停止點和無損檢測要求；⑨壓力試驗要求；⑩氣候狀況和防風要求等等。

最后，還要進行焊接工藝評定，以檢查焊接工藝是否符合相關(guān)行業(yè)標準及技術(shù)規(guī)定。操作過程應由技術(shù)熟練的焊工進行。焊接工藝評定和焊接工藝指導書應由制造單位的焊接責任工程師審核，總工程師批準并存檔。焊接指導書或焊接工藝卡發(fā)給相關(guān)部門及焊工[2]。

1.2 焊接設備及儀器校準

焊接設備及儀器的性能、穩(wěn)定性、可靠性等都會直接影響到焊接質(zhì)量。設備結(jié)構(gòu)越復雜，機械化、自動化程度越高，焊接質(zhì)量對其依賴性也就越強。因此焊接設備及儀器必須具有良好的性能穩(wěn)定性[3]。對于重要的焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，其質(zhì)量保證體系中應包括焊接設備及儀器的定期檢驗制度，使焊接設備及儀器符合項目合同或相關(guān)標準、規(guī)程及技術(shù)規(guī)范的要求。

通常，焊接設備及儀器包括焊接電源、坡口加工及切割設備、預熱及焊后熱處理設備、夾具及固定機具、焊接生產(chǎn)的起重機裝夾設備、用于焊接材料處理的烘干爐和保溫筒，以及無損檢測設備等。焊接設備及各種儀表（如電流表、電壓表、接觸式測溫儀等）使用前須進行校準；焊材烘烤箱應具有自動加熱和可視溫度顯示裝置，且相關(guān)儀器須經(jīng)過校準；預熱、焊后熱處理相關(guān)設備應符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，使用前須經(jīng)過校準且在有效期內(nèi)；壓力試驗程序及設備應符合相關(guān)標準、技術(shù)規(guī)范要求，并應詳細說明測試要求；壓力試驗設備和量具使用前應按照相關(guān)測試要求校準，且在有效期內(nèi)。

為了更好控制焊接質(zhì)量，還要求對設備及儀器作如下工作：①定期維護、保養(yǎng)和檢修；②定期校驗各種儀表（包括電流表、電壓表、氣體流量計等）；③建立設備狀況檔案；④建立設備管理制度及設備使用人員責任制。

1.3 母材及焊料檢驗

大型焊接結(jié)構(gòu)件主要以板材、型材以及管材為母材進行焊接加工。焊接材料主要為焊條、焊絲、焊劑、保護氣體等。母材和焊材質(zhì)量的檢驗關(guān)系到焊接結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量與安全。因此，在施工前必須對母材及焊材進行質(zhì)量的全方位檢驗，確保其材料性能和合金成分符合相關(guān)技術(shù)規(guī)程及標準要求。

對于母材，采購時必須三證（合格證、質(zhì)量證明書、生產(chǎn)許可證）齊全，施工時要能滿足其他附加要求 （低溫韌性要求，應在WPS中體現(xiàn)，并在相應的力學性能測試結(jié)果中予以體現(xiàn)）。對于重要產(chǎn)品或有合同約定的材料，應對其力學性能進行抽檢，抽檢頻次、試樣數(shù)量及檢驗項目、評定方法按合同約定或相關(guān)標準執(zhí)行。力學性能實驗機構(gòu)必須是經(jīng)監(jiān)理批準的具有相應資質(zhì)的單位[4]。此外在使用前應檢查材料的質(zhì)量證明書，確保無誤。

對于焊材，首先應考慮與母材的匹配性，其次綜合考慮焊接工藝和焊接結(jié)構(gòu)件的力學特點進行選定。如冷沖壓、冷卷曲，要求焊接接頭有較高的塑性變形能力等。另一方面，還需規(guī)范焊接材料的管理。內(nèi)容包括焊材采購、入庫驗收、保管、烘干、發(fā)放、回收制度等[5]。對于重要的焊接結(jié)構(gòu)件，應對焊材進行抽檢，如有附加要求，還需做批量試驗。焊材在貯存時應分類存放且避免受潮、氧化及損壞等情況，存放期間應具有標識使其具有可追溯性。

1.4 焊接工件的準備

焊接前需按照焊接工藝規(guī)定確認焊接夾具、接頭裝配和尺寸的合理性及正確性。管道焊接裝配時需留有適當間隙，且誤差須在允許范圍之內(nèi)。施焊前須檢測焊接表面是否無油污、油漆、鐵屑、灰塵等外來污染物，如需烘干除氫，則按焊接工藝要求進行[6]。此外，還需檢驗坡口的形狀、角度、鈍邊和根部間隙尺寸及表面粗糙度是否符合要求。

當焊接在潮濕、有風或寒冷的露天場地進行時，應對焊接作業(yè)區(qū)域提供適當遮蔽，對于剛性較大、構(gòu)件板較厚或焊段較短時，應采取焊前預熱措施。同時根據(jù)相關(guān)標準及技術(shù)規(guī)范要求確認預熱設備和預熱溫度。

2 焊接過程中的質(zhì)量控制

焊接過程中，質(zhì)量控制工作主要包括：焊縫表面質(zhì)量檢查、焊接參數(shù)及技術(shù)規(guī)范、熱處理等檢驗。主要為了保證焊接質(zhì)量，減少返修數(shù)量，降低焊接成本，提高焊接效率。同時焊工的技能水平及焊接工藝制度的執(zhí)行情況也對焊接質(zhì)量起著決定性作用。

2.1 焊縫表面質(zhì)量檢查

焊縫表面質(zhì)量檢查有利于發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷。焊接需確保焊道根部熔透，同時保證焊縫外觀和尺寸的準確。表面質(zhì)量檢查內(nèi)容主要有：①焊縫外形應均勻，焊道與焊道、焊道與基體金屬之間應平滑過渡，不得有截面的突然變化。②焊縫表面不得存在裂紋、燒穿、未熔合、夾渣和未填滿的弧坑等。③根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)定，對接接頭的焊趾角度應不小于140°，T形接頭的焊趾角度應不小于130°。④焊縫表面的凹凸差 （即焊縫余高）的差值，在焊縫任意25 mm長度范圍內(nèi)，不得大于2 mm，否則需相應部位修磨處理。⑤斷續(xù)焊縫每段焊縫的有效長度不小于規(guī)定的長度要求。⑥根據(jù)GB 50205—2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》規(guī)定，角焊縫的焊腳尺寸K0必須大于等于T/4（T為母材厚度）。⑦焊縫表面不允許有高于2 mm的焊瘤。⑧焊接結(jié)構(gòu)重要部位的對接焊縫，對咬邊深度d的要求為：當T≤6 mm時，d≤0.3 mm，局部d≤0.5 mm；當T＞6 mm時，d≤0.5 mm，局部d≤0.8 mm。其他部位對接焊縫及角接焊縫的咬邊深度d的要求為：當T≤6 mm時，d≤0.5 mm；當T＞6 mm時，d≤0.8 mm。⑨一些大型焊接結(jié)構(gòu)件其重要部位及要求水密性較好的焊縫不允許有表面氣孔的出現(xiàn)[7]。

依據(jù)以上規(guī)定，對焊縫表面質(zhì)量進行檢查，發(fā)現(xiàn)不符合要求的缺欠應及時記錄并返修。

2.2 焊接參數(shù)和技術(shù)規(guī)范檢驗

通常情況下，選用的焊接參數(shù)和焊工技術(shù)規(guī)范必須符合焊接工藝規(guī)程和焊接工藝評定報告的要求，在焊接過程中需檢查焊接參數(shù)及技術(shù)規(guī)范的執(zhí)行情況。

按照焊接工藝規(guī)程和焊接工藝評定報告的要求檢驗焊接參數(shù)的設定，如焊接電流、焊接電壓和送絲速度等；按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程和合同的要求檢驗焊接速度、線能量、焊接順序、焊接方向等。另外，還要檢驗母材型號及填充金屬、焊劑和保護氣體（壓力、流量和純度）、焊條保溫桶等的使用情況，在沒有保溫桶時，檢查焊工將焊條置于環(huán)境外部的最長時間是否符合相關(guān)規(guī)范。如果有定位焊時，要檢驗預熱溫度和定位焊點表面的清理情況等是否符合相關(guān)規(guī)范。

2.3 焊工及焊接操作的審核

焊工的技能水平及焊接工藝制度的執(zhí)行情況在很大程度上決定了焊接質(zhì)量，因此需對焊工是否持證上崗，以及是否嚴格按照焊接工藝制度進行焊接操作進行嚴格控制。如有需要，可對焊工進行現(xiàn)場考試操作，以驗證其資質(zhì)是否有效。同時還要檢查焊工現(xiàn)場焊接工藝紀律、焊接工藝規(guī)程的執(zhí)行情況，必要時抽查焊工及焊接操作工是否按照批準的焊接工藝規(guī)程進行焊接[8]。

3 焊后質(zhì)量控制

焊接完成后的質(zhì)量控制工作是保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量合格的最后一個環(huán)節(jié)，決定著焊件最終焊接質(zhì)量。其工作主要包括焊后熱處理、無損檢測、水壓試驗、不符合項及缺陷檢查等等。

3.1 焊后熱處理

焊后熱處理工作是保證焊接結(jié)構(gòu)安全可靠的方法之一。焊件熱處理前，首先應制定合理的熱處理工藝規(guī)程，DNV第三方檢驗機構(gòu)對熱處理設備、人員資質(zhì)及熱處理工藝方案等進行確認。在熱處理過程中，責任工程師、檢驗人員及操作人員全程監(jiān)控整個工藝過程，對每個熱電耦溫控點的加熱升溫速度、保溫溫度、保溫時間、降溫速度等關(guān)鍵工藝參數(shù)進行重點監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時解決[9]。

除此之外，熱處理前還需做以下工作：檢驗周圍有無油漆等有害污染物；對熱處理表面進行保護以防止氧化；足夠的局部加熱帶寬度；需局部加熱時對構(gòu)件進行絕緣；對溫度檢測系統(tǒng)進行校準，檢驗測溫熱電偶是否夾緊；檢查加熱、保溫和冷卻的溫度及時間是否正確；檢查加熱和冷卻速度是否符合要求；檢查熱循環(huán)后構(gòu)件變形程度是否超過允許誤差；熱處理后應對焊件進行硬度試驗以檢驗熱處理效果。另外，熱處理工藝應適合母材、焊接接頭等并符合產(chǎn)品標準及相關(guān)技術(shù)要求，施工過程中要做熱處理記錄報告。報告應體現(xiàn)出按照相關(guān)規(guī)程執(zhí)行，對特定產(chǎn)品應具有可追溯性。

3.2 無損檢測

無損檢測是對焊縫進行表面與內(nèi)部裂紋、夾渣、氣孔、未熔合和未焊透等工藝性缺陷的檢查。焊縫質(zhì)量檢測通常采用射線檢測（RT）和超聲波檢測（UT）。

焊縫射線檢測是利用陰極燈絲產(chǎn)生的電子高速轟擊靶，或放射性物質(zhì)在衰變過程中產(chǎn)生的電磁波來穿透工件，完好部位與缺陷部位透過劑量有差異，從而通過在底片上形成的缺陷影像，辨認和判別內(nèi)部缺陷的性質(zhì)、位置及大小。焊縫射線探傷由于直觀性較強，又便于底片保存?zhèn)洳?。射線檢測主要檢測的是體積型缺陷，如氣孔、夾渣等缺陷，主要應用于主要構(gòu)件的對接焊縫檢驗。

焊縫超聲波檢測是利用振蕩晶片所產(chǎn)生的聲脈沖通過耦合劑傳到被檢測工件中，在工件邊界和分離處（內(nèi)部），波阻抗發(fā)生突然變化，超聲波脈沖在此會發(fā)生反射，從而來獲取缺陷信號，并在示波屏上顯示出來。最后根據(jù)示波屏上顯示的脈沖波形來判別缺陷的性質(zhì)、位置及大小，并按有關(guān)標準評定焊縫的質(zhì)量等級。超聲波檢測主要檢測的是面積型缺陷，如裂紋、未熔合等缺陷，主要用于自動焊縫和角焊縫的檢驗。

3.3 壓力試驗

壓力試驗目的是檢驗壓力容器的強度和焊縫質(zhì)量，分為水壓試驗和氣壓試驗兩種形式。水壓試驗主要以水為介質(zhì)，用來檢驗液體或氣體泄漏及工件致密性和強度。這種方法常用于封閉容器的致密性試驗檢測，如容器、閥門、管道或者整個裝置的穿透性檢測。水壓試驗方法是先將水注滿容器，并堵塞好容器上的一切孔隙，通過水泵增大容器內(nèi)的壓力，其壓力一般為工作壓力的1.25~1.6倍，在此壓力下保壓一定時間，再把壓力降至容器工作壓力。此時檢測人員可用小錘在距焊縫15~20 mm處沿焊縫方向輕輕敲打。若發(fā)現(xiàn)焊縫上有水滴或細水紋出現(xiàn)則表明焊縫不夠致密。因此在漏水處做出標記，以便于后期修補及返修。

對于某些壓力容器由于結(jié)構(gòu)或支承的原因，不能在容器內(nèi)充灌液體，以及運行條件下壓力容器不允許殘留試驗液體，則可按設計圖樣規(guī)定采用氣壓試驗。另外，對于有毒性的介質(zhì)，設計上不允許有微量泄漏的壓力容器，必須進行氣密性試驗，氣密性試驗應在耐壓試驗后進行[10]。

3.4 不符合項和缺陷

在焊接檢驗中的任何時間，如果確定有缺陷或不符合要求的情況，應將該缺陷或不符合情況告知相關(guān)責任人并在下一步工作進行之前予以徹底處理和修正，同時做修正的所有工作場所應具備相應的程序說明，并按照與技術(shù)規(guī)定相同的工作流程重新進行檢驗、試驗及檢查，直到合格。不符合項的糾正取決于不符合情況的性質(zhì)及其對工件性能的影響。糾正工作除了重新焊接和后期的相關(guān)檢驗工作以外，還應采取措施避免不符合項的再次發(fā)生。

4 結(jié)束語

大型工程結(jié)構(gòu)建設中的焊接質(zhì)量，直接關(guān)系著工程結(jié)構(gòu)的安全可靠性，通過焊前、焊接過程中以及焊后的質(zhì)量控制，能夠有效的減少不合格項的發(fā)生，提升工程結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，減少由于焊接質(zhì)量不合格導致的事故，減少經(jīng)濟損失。

[1]王德福.淺談化工設備安裝中焊接質(zhì)量控制[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（5）：170.

[2]丁兆海.淺析壓力容器制造焊接質(zhì)量控制[J].硅谷，2010（2）：127.

[3]王建勛，蔡建剛，王春華.壓力容器焊接質(zhì)量控制的研究與實踐[J].電焊機，2012，42（7）：83-85.

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[7]鮑愛蓮.焊接檢驗[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2012.

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[9]劉曉昀.厚壁壓力容器的焊接質(zhì)量控制[J].中國海上油氣工程，2003 （4）：18-21.

[10]劉彩梅.壓力容器焊接質(zhì)量控制[J].化學工程與裝備，2010（8）：77-80.

Welding Quality Control of Large-scale Structural Components

ZHANG Guangli
（Technology Center，China Energy Engineering Group Northwest Power Construction Engineering Co.,Ltd.,Xi’an 710032,China）

In order to improve the welding quality of large-scale structural components in different welding stages,the factors of affecting welding quality before welding,during welding process,after welding were discussed and analyzed.The analysis results indicated that the welding process investigation before welding,calibration of welding equipment and instruments,inspection of base metal and welding materials,and other measures can effectively prevent the occurrence of defects.During welding process,inspecting weld surface quality,specify welding parameters and technical requirements,requiring the welder to carry out strict welding operation,all the above measures can effectively improve the welding quality.After welding,heat treatment,stress test and nondestructive testing for welded structural components can effectively guarantee the quality of welding products.Finally,the corresponding treatment measures were given for the unqualified item in welding.

welding； large-scale structural components； welding quality

TG406

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.09.013

張廣利（1968—），男，助理工程師，目前主要從事焊接技術(shù)培訓及金屬檢測方面的工作。

2017-05-26

編輯：張 歌