淺析鋼結構制作過程中影響工程質量的主要因素及應注意的問題

文/沈浩 上海深水港國際物流有限公司 上海 201308

1、概述

目前，對鋼結構建筑工程雖然有各種標準法規(guī)的出臺和運行，但是經常還是有一些鋼結構工程會出現這樣或那樣的問題，譬如鋼結構工程出現裂紋，構件表面涂料脫落等類似的質量問題，雖然中間有部份會涉及到原材料的問題，因為一旦原材料出現問題，直接影響到建筑物的安全使用。絕大部分是由于制作加工和施工安裝的問題而導致的工程質量問題。要消除鋼結構工程的質量通病是一個巨大的系統(tǒng)工程，需要在建設過程的各階段、參與建設的各方、設計施工的各個流程和環(huán)節(jié)要引起足夠的重視。同時鋼結構的新技術、新工藝的推廣和應用也應該加大宣傳力度，使大家能夠切實的感受到鋼結構工程處對人們的居住、生活、工作關系的重要性，最大力度的控制質量通病并得到消除。

2、鋼結構工程產生質量問題的分析

鋼結構工程質量難以保證的原因有很多，也很復雜，既有工藝不當導致的問題，也有違反工藝操作造成的問題，還有由于施工人員的技術水平和責任心造成的問題，還有決策者失誤造成的質量問題。本文主要從建筑鋼結構在制作過程中最容易發(fā)生的問題進行分析.

2.1 鋼材本身存在的問題

某單位在加工某高層鋼結構建筑1200＊1200＊60的箱形柱時，在施焊過程中突然發(fā)現60mm作為腹板的厚板出現了撕裂現象，肉眼可見清晰的裂紋把板從厚度方向分成兩半，經過NDT檢測發(fā)現裂紋深度發(fā)生在深度3mm左右，同時對同一類型同一批號的另外幾張板切割的零部件進行檢測，發(fā)現板內存在夾層，軋制質量不好是造成質量問題的主要原因。在焊接的過程中由于焊接產生的焊接應力作用將夾層的材料拉開。由此出現了厚板沿厚度方向撕裂的現象。

原因分析：由于使用部位的特殊性，該零部件在構件中作為腹板使用，沿縱向上下方向焊接的零部件在焊接形式上開的全熔透坡口受力的勁板，由于板內部存在的分層，焊接產生的焊接應力向外釋放從而沿厚度方向撕裂了板。

根據實際情況可以采取以下的幾種措施進行處理：

（1）大量的鋼材內部存在的夾層屬于鋼廠本身在軋制過程中產生的質量問題，已經超過了國家標準規(guī)范的要求，可以要求鋼廠派人來核實，同鋼廠協商退貨或換貨處理；

（2）如果夾層數量較少可以征求技術部門和業(yè)主的意見，將信息反饋給鋼廠，對出現的問題采取施工補救措施，可以根據無損檢測的結果，在有問題的部位采用氣刨全部刨開，超過本身的深度，然后用等強度焊接材料進行填充，完畢后對表面進行處理，在規(guī)定的時間后進行NDT檢測，同時對相同的構件取樣進行理化檢驗，達到設計規(guī)范要求可以繼續(xù)使用；

（3）在監(jiān)理的見證下將該零部件割掉，重新換上滿足條件的板材，換下的零部件用于非承重和非重要部位或作為輔材使用，完成后在規(guī)定的時間后進行NDT檢測，做好記錄。

可以采取的糾正方案及預防類似質量問題的措施有：

（1）在簽訂鋼材的采購合同中，對采購的鋼材的提出探傷特殊要求，這樣要加大采購成本。但是從源頭上制止避免經濟損失。

（2）對于已經采購回來的原材料，但未進入生產流程的鋼板，未開料之前，在堆料場對原材料進行100%的NDT檢測，避免在開料和加工過程中造成的既定損失，把損失控制在沒有進入生產流程之前。

（3）對有特殊要求的用于特殊部位的厚板進行Z向性能試驗和理化試驗，對材料的質量進行認可。

（4）編制合理的工藝文件。對于焊接過程中，特別是采用全熔透焊接的中厚板采用合理的加工制作工藝，技術部門在施工前做好施工工藝，做好現場的工藝指導，質檢部門加強現場監(jiān)督檢查，特別是監(jiān)督控制焊接人員的技術水平、焊接方向、施焊次序、焊接過程中的保溫措施和層間溫度控制等等，采取各方面的保證措施來防止由于焊接施工造成的焊接缺陷。

2.2 鋼結構施工流程中出現的問題

根據國家規(guī)范、技術標準和監(jiān)理方對于鋼結構的要求，結合本人在鋼結構施工現場五年多的工作經驗，在加工制作過程中較易發(fā)生質量問題且發(fā)生后處理起來很棘手的主要是特殊工序和重要工序。一般工序發(fā)生質量問題所占的比率很小。在上面的施工過程中，特殊工序有焊接、涂裝，重要工序有下料，裝配。

2.2.1 焊接工序

該工序屬于隱蔽工程，也是最易發(fā)生質量問題的工序之一，從2006年產品質量報表統(tǒng)計顯示，發(fā)生該工序的質量問題中：因為焊接質量導致的焊縫返修率高達70%以上，其次是由于上道工序操作不當和操作人員的技術問題而導致焊縫質量問題約占8%，這樣問題屬于直接影響工程質量的主要問題，所以此類型的問題必須通過專業(yè)的檢測公司運用專業(yè)的檢測工具才可以檢測、評判出來，一般根據焊縫內的缺陷類型分為夾渣、未溶合、氣孔等。

原因分析：

（1）在X類型坡口熔透焊縫中，在施焊過程中由于反面的清根不徹底，導致在出現焊縫中出現質量問題。

（2）采用墊板的V類型的坡口焊，由于墊板靠焊縫的一側墊板表面的氧化皮、鐵銹、油污等未清理干凈或者清除不徹底，直接在上面施焊，事后通過儀器檢測發(fā)現墊板處存在質量問題；

（3）由于工藝文件編制的不合理，如焊接位置狹小工作面不能展開、坡口的大小的設計不滿足施工要求、在焊接過程中采用的焊接電流不滿足要求、由于焊接工序不正確導致的不可矯正的變形、中厚板的加工事先沒有進行預熱處理，焊接過程中的保溫措施及層間溫度的控制不當等。

（4）在構件的焊接過程中因焊接方法不合理滿足焊接質量要求。采用焊縫手工打底操作時因焊接質量本身不滿足要求而進行埋弧自動焊接蓋面操作的；采用的埋弧自動焊接的焊絲焊劑沒有按規(guī)定進行烘焙和溫度控制；由于焊接操作者責任心不強而使焊縫表面產生的缺陷問題。

可以根據具體情況采取以下的幾種處理措施：

（1）編制正確的工藝文件，特別是對于采用中厚板焊接的構件，要結合具體的工程結構特點制訂相關的焊接工藝評定，做好試驗過程中的記錄，為以后的施工積累經驗。對于坡口的大小，預留的間隙等嚴格的按國家標準進行確定。保證工藝文件的制定的準確性、可操作性、經濟性和適宜性。

（2）對于焊接材料的選擇必須通過焊接工藝評定的試驗和國家的標準加以確定，在施工過程中使用要求嚴格的按照國家標準進行用前存放、用時焙烘，保溫溫度必須控制在規(guī)范要求的溫度之內。

（3）在裝焊過程中裝焊件表面的鐵銹、油污、氧化皮等必須按清理干凈，以保證施工焊接過程中基層工作做好。保證焊接基層的表面處理好。

（4）在施焊需要清根的反面必須清理徹底和干凈，保證焊縫達到設計要求。

2.2.2 涂裝工序

該工序也是屬于隱蔽工序，對結構的影響小于對于建筑功能的影響。也是較易發(fā)生質量問題的工序。工序的質量問題主要表現在：構件表面的漆膜大面積脫落和局部脫落，構件表面的漆膜脫落、產生流掛現象，漆膜的厚度不夠，漆膜厚度分布不均，漆膜的顏色色差較大。

原因分析：

（1）構件表面的基層處理不徹底，存在鐵銹、氧化皮或者油污等情況，不滿足構件表面的粗糙度要求，所以導致附著力不強，特別是涂裝要求比較嚴格的工程，對構件必須滿足工藝和設計的要求。

（2）因為施工技術水平的原因。采用的施工工藝比較落后，采用的人工手工操作，例如刷涂和滾涂，導致油漆涂裝的厚度分布不均勻，在施工前后進行的補漆導致涂料的顏色色差較大。

（3）在施工過程中避免由于天氣、人員的違規(guī)操作等客觀因素造成的質量問題，例如現場施工的溫度、濕度條件超過規(guī)定的要求，對構件缺少保護等。

（4）由于趕工期和搶任務導致的油漆涂裝中的嚴重違規(guī)問題，此類問題將釀成重大的質量隱患和質量安全。

可以采取以下處理措施來糾正和預防質量問題的發(fā)生和避免潛在問題的產生：

（1）在每個工程開工之前，做好構件涂裝試片工藝評定，以確定構件表面所應該采取的措施和工藝文件編制的正確性和可操作性，漆膜厚度、油漆實干、表干的時間，環(huán)境溫度的影響和控制。

（2）保證底漆、中間漆、面漆層之間的間隔時間及其總厚度的要求，嚴格按照油漆供應廠家提供的資料進行施工，避免由于不同組份的涂料之間發(fā)生反應而影響涂裝最后的質量。

（3）對于構件在涂裝前構件表面的打砂質量滿足質量要求，噴涂油漆之前必須把砂粒、毛刺及其需要屏蔽的地方按要求屏蔽好，打砂完畢后兩小時后必須進行構件表面的涂裝。

（4）剛剛完成涂裝的構件必須做好防雨、防風沙和灰塵的措施，避免構件表面的污染，影響構件的感觀質量。

（5）在噴涂過程中要防止與其他不同顏色的工程構件堆放在一起，避免噴涂過程中的涂料組分飄動的交叉感染。

（6）完成作業(yè)后對于涂裝的工具要及時的做好碰噴涂器具的清洗保養(yǎng)工作。

2.2.3 放樣下料工序

該工序屬于構件加工之前的龍頭，其質量的好壞對下道工序存在著直接的影響，甚至導致下料的零部件全部的報廢，這種情況的發(fā)生是很普遍的，所以在下料之前對于加強過程的質量監(jiān)控是十分重要而且必要的。該工序的產生的質量問題主要表現在：對于長條和薄板類型的零部件在切割中變形比較厲害；由于切割氣體或者板材內部存在夾渣和成份分布不均勻而導致的切割面出現馬牙紋、節(jié)瘤、割痕深度超標準；氣割或鋸切的零部件未考慮后續(xù)工序的收縮變形而導致的零部件尺寸超標；由于工藝文件編制的失誤而導致的批量零部件報廢；下料切割的尺寸嚴重的超過了標準的要求。

原因分析：

（1）切割氣體的純度不滿足要求，導致切割面出現質量問題，

（2）由于鋼材的表面氧化皮在突然受高溫時爆裂，堵塞割槍出現切割質量類似鋸齒、馬牙等情況出現；

（3）由于操作工人的技術水平導致手工操作時出現了切割線不直，切割面傾斜等質量問題；

（4）由于受力不均勻，長條形的零部件出現馬刀彎。

（5）與操作機械的軌道、儀器的使用程度和精密度有關。比如在切割過程中由于切割機械使用的年限較久，在行走過程中出現抖動、彈跳等問題影響切割。

可以采取以下處理措施來糾正和預防質量問題的發(fā)生和預防潛在問題的產生：

（1）在批量性的零部件放樣之前做好抽查檢驗工作，這樣可以避免大量造成無法挽回的補救；對于復雜零部件制作的模板（件）采用的監(jiān)督檢查制度，把問題控制在未開料之前。

（2）加強對過程的監(jiān)控力度，嚴格實行“操作者自檢——班長互檢——專檢員專檢”的“三檢制”，做好過程記錄監(jiān)督執(zhí)行情況，不能讓“三檢制”流行于形式。

（3）在正式切割之前搞好切割前的預熱工作，防止切割過程中的鋼材表面氧化皮的突然爆裂，阻塞割嘴，同時造成切割面的缺陷，避免在下一道工序中在進行修補打磨。

（4）盡可能的采用自動和辦自動手工勞動，減少人工手工操作，減少人為因素的發(fā)生。

2.2.4 裝配工序

該工序在構件加工的質量中占有重要的地位，其質量受上道工序的影響較大，所以在裝配前加強過程的監(jiān)控是非常的重要。該工序的產生的質量問題主要表現在：裝配的零部件位置錯誤，如3450mm裝成4350mm；零部件的使用錯誤，本來應該裝配2#零部件件，裝配的卻是3#另部件；零部件在正確位置上裝配錯誤、如板上的孔45mm本來是朝外，而實際把45mm朝內裝了；裝配的零部件裝配間隙超過規(guī)范和技術文件的要求，3mm的間隙現在7mm；有些零部件沒有經過校正就進行裝配，裝配完成后已存在的變形沒辦法消除變形；操作工為圖省事私自切割造成零件上孔位置尺寸超標；裝焊區(qū)沒有進行表面處理；由于圖紙尺寸的錯誤造成的裝配錯誤。

3、鋼結構制作過程應注意的問題

除上述幾個主要工序影響到鋼結構工程質量外，在鋼結構整個制作工藝其他工序中一些因素也影響到工程質量，應加以重視和避免。下面結合我公司鋼結構工程鋼構件的制作工藝作簡要闡述：

本工程的鋼梁鋼柱,制作工藝流程為：放樣→下料→電腦編程→拼板→CNC切割→組立→埋弧焊接→鉆孔→組裝→矯正成型→鉚工零配件下料→制作組裝→焊接和焊接檢驗→防銹處理、涂裝、編號→構件驗收出廠。

3.1 制作放樣

放樣是鋼結構制作工藝中的第一道工序，只有放樣尺寸精確，方可避免以后各加工工序的累積誤差，才能保證整個工程的質量，因此對放樣工作，必須注意以下幾個環(huán)節(jié)：

放樣前必須熟悉圖紙，并核對圖紙各部尺寸有無不符之處，與土建和其他安裝工程有無矛盾"核對無誤后方可按施工圖紙上的幾何尺寸、技術要求，按照1：1的比例畫出構件相互之間的尺寸及真實圖形。

樣板制出后"必須在上面注上圖號、零件名稱、件數、位置、材料牌號、規(guī)格及加工符號等內容"使下料工作不致發(fā)生混亂"同時必須妥善保管樣板防止折疊和銹蝕，以便進行校核。

為了保證產品質量"防止由于下料不當造成廢品，樣板應注意適當增加余量。

3.2 拼板

拼板時應注意的問題：

拼板時應考慮下料切割焊縫的收縮量，適當放出余量，自動切割縫為2MM，手工切割縫為3MM，焊縫收縮量視構件長度一般應放20-30mm。

拼板焊應按圖紙對焊縫等級的質量要求進行，焊接前應清除焊縫口銹蝕、油跡、毛刺等，按要求開好坡口"單面坡口55±5，純邊高度1.5-2MM采用焊縫清根，焊劑烘潮，焊絲清潔等措施，以保焊縫質量。

3.3 CNC切割

CNC切割時應注意的問題：

按下料圖要求制作角度樣板,經檢查無誤后方可使用。

切割時應考慮割切、焊接的收縮余量及組裝誤差,長度一般應放20～30mm,切割寬度誤差±1mm。

編程后,切割機應空機運行,記錄運行軌跡是否與下料尺寸相符,無誤后即可切割。

割切時,根據板厚隨時調節(jié)火焰大小、氧氣壓力、切割速度,確保切口光順平滑。

3.4 組立

組立時應注意的問題：

翼腹板有對接焊縫時,組立應注意翼腹板焊縫錯開200 mm 以上。

組立時確保腹板對翼板的中心線垂直度偏差為b /100 且≤2 mm,中心線偏移≤1 mm。翼腹板間隙應≤0.8 mm,以滿足埋弧焊的需要。

定位焊間距一般為300～400 mm,焊縫高度不超過設計縫厚度的2/3, 焊條型號應與構件材質相匹配。

3.5 埋弧焊

埋弧焊應注意的問題：

焊接所采用的焊絲、焊劑應與構件的材質相匹配。

焊前應對焊絲、焊縫進行清潔,除去油漬、銹跡,焊劑等。

焊接時應加引弧板和收弧板,引弧和引出的焊縫長度應大于50 mm,焊后應切割。

選擇合適的焊接電流、電壓、焊接速度及合理的焊接程序,確保焊接質量,減小焊接變形。

3.6 制孔

鋼結構安裝時所留A、B 級螺栓孔應具有H12的精度,孔壁表面的粗糙度Ra 不應大于12.5um,螺栓孔的允許偏差超過上述標準, 不得用鋼塊填塞,可采用與母材料性質匹配的焊條補焊,再重新制孔。

制孔方法采用鋼模鉆孔,各種鉆孔全部采用鉆床鉆孔以提高工作效率,保證構件的質量。

3.7 矯正

鋼材切割或焊接成型后,均應按實際情況進行平直矯正：

好的零件在加熱矯正時, 加熱溫度應根據Q345 性能選定,不得超過900 ℃。

鋼結構在加熱矯正后應緩慢冷卻,不能用水冷卻。

矯正的鋼材表面,不應有明顯的裂縫或損傷。

結語：

以上是我對易引起工程質量問題的過程點的一些認識。結合幾年的工作經驗，我深刻認識到在鋼結構施工過程中，正確認識并盡量避免一些質量隱患因素，不僅能夠確保加工質量，而且也能收到較好的經濟效益。