焊接结构的质量控制

摘要：国内国外的大型建筑或是高屋建筑愈来愈趋向于钢构式架构形式，而此类结构均不一而足地采用焊接形式，焊接工艺、焊接顺序、焊接变形、焊接设备的选用也就成了质量控制的重点和难点。

关键词：焊接；变形；质量；控制

Abstract: domestic and international large building or high house construction is increasingly YuGangGou type structure form, and this kind of structure are vary form by welding, the welding process, welding sequence and welding deformation, the selection of welding equipment has become the key and difficult point for quality control.

Keywords: welding; Deformation; Quality. control

中图分类号：TU71文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

焊接经过约100多年的发展，已从一种手工技艺成长为一门技术科学。我国举世瞩目的三峡工程，28台70KW的水轮发电机组全是焊接结构；几千公里长的西气东输的管道工程的管道制作，焊接也是最主要的工艺，还有我国首都北京的鸟巢42000吨的钢构上没有一颗螺栓却有着320公里的焊缝，可以说现在世界上从外层空间到深海水下，从一百万立方的高炉到头发丝的几十分之一的集成电路片的引线，焊接都是主要工艺。

焊接还是一种安全性能要求非常高的先进工艺。若焊接质量出现问题，其危害是毁灭性的。如四川重庆的綦虹桥和韩国的汉江大桥的突然断裂，都是焊接质量问题，故焊接又是一项要求极为严格的科学技术。

无论是结构的设计者还是结构的制造者或结构的使用者，都对结构的质量极其关心。焊接结构的质量主要取决于设计、工艺、材料、焊接、热处理、检验、理化和无损检测等八个质量系统，其中焊接控制系统是最重要的质量控制系统之一。

焊接时难免会产生气孔、夹渣、未熔合、焊接裂纹等焊接缺陷，对于钢构件来说，除焊接裂纹外的其它缺陷，都可通过改进操作避免，而焊接裂纹则需通过正确的选材和工艺措施方能避免。

焊接质量的控制大致可分为以下几个方面：

钢材与焊接材料的质量控制

焊接结构的质量和可靠性程度，与材料的选择和使用得当与否密切相关。

(一) 材料的焊接性：

材料的焊接性是决定结构是否宜于焊接的先决条件，也是焊后及使用时结构能否达到性能要求的条件。

用于制造焊接钢结构的常用钢材主要是含碳≤0.25%的碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金结构钢，因此制作重要构件前首先要检验材料的合格性。检查钢材必要的力学性能、化学成分、表面及内在质量、金相组织等。对质量要求较高的产品，在领料后还应进行化学除锈（对锈蚀钢材应酸洗）或机械除锈（即喷砂处理），必要时在除锈后喷（涂）底漆。

对金属材料表面出现的弯曲、扭曲、波浪变形及局部凹凸不平的现象，特别是薄钢板及截面积较小的型钢，在划线号料之前必须进行矫正。矫正一般在冷态下进行，由手工矫正或矫正机实现。若钢材变形较大，在冷态下矫正会损坏其力学性能，则需热态矫正。

(二)焊接材料：

焊接材料必须要有生产厂家出具的有效的质量保证书。焊材库管理人员必须按照JB/T3233-96《焊接材料管理规程》保管和发放焊接材料。

焊接工艺的制定及组织实施

对于某个具体的产品，焊接技术人员要根据其结构特点制定具体的焊接工艺。在制定焊接工艺前要确定有无相应的或能覆盖的焊接工艺评定，确定由持有何种资格项目的合格焊工施焊。

焊接工艺的参数及处理措施，一定要在工艺评定的范围之内，要根据产品的结构特点，制定合理的能减小焊接变形和焊接应力的焊接顺序。焊工施焊时必须严格按照焊接工艺的规定执行。对于关键焊缝或有特殊要求的焊缝，焊接技术人员必须亲自向施焊焊工交待注意事项，并到生产一线指导焊接工作。

（一）焊接工艺的选用

焊接工艺采用的恰当与否，与焊接质量紧密相关，它不仅包含焊接电流大小、焊条型号的选用，还包含合理的焊接顺序、合理的焊接方法、焊接线能量的大小，这些都可以控制和减小拘束应力，都能有效降低产生裂纹的倾向。

焊接应力和变形是形成各种焊接裂纹的重要因素，也是造成焊接接头热应变脆化的根源，并且影响结构的尺寸精度和稳定性。应力不仅影响结构的外形质量，对结构的强度等内在质量也有重要影响。焊接应力和变形的特殊规律，追根逐源，是由焊接部位不均匀的快速高温加热所导致的。

焊接应力和变形，不仅可使焊接产品的质量下降，使下一道工序无法顺利进行，严重时还会使焊件报废或造成事故，因此要尽量把焊接应力和变形降到最低。具体可通过以下几种方式得到解决：

1．防止焊接变形：

正确选择装焊顺序

焊接结构变形的大小与其本身的刚性大小是成反比的，而焊接结构的刚性是在装配与焊接过程中逐渐加大的，结构整体的刚性总是比零部件的刚性大，故在焊接钢构件时，应尽可能先装配成整体后再焊接。

如工字梁或H型钢的拼接，即可采取先装配后焊接的工序，装成工字梁或H形钢后其刚性较强，焊后四条焊缝的纵向收缩一致，故其弯曲变形较小。

正确选择焊接顺序和焊接方向

一般先焊的焊缝易使结构产生变形，因结构的刚性随着焊接的进行而加强，而先焊的焊缝结构刚性较小，易产生变形。

刚性固定法

钢板对接焊时，因焊缝收缩不一，易出现角变形或接口错位，通常采用加“马”来控制焊后变形。

筒体和底板对接焊接时易出现错位，也可采取此法来处理。云南铜业股份有限公司的5000吨酸库，其直径为φ25000×25，其筒体和底板在组装时，为了预防通长焊缝的过大变形，在施焊前点焊了一些楔铁，对其相邻未焊的长边，也通过适当点焊几个楔形铁控制其变形。

反变形法

反变形法是在焊接前将焊件预制一个反变形，使这个变形与焊后变形恰恰相反、大小相等，从而达到抵消焊接变形的目的。

2．防止焊接应力

焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程，冷却后不仅使焊件产生了变形，而且在焊件内部存在一定的焊接应力，这对可焊性差的金属或刚性较大的结构，会导致其产生裂纹，使其安全使用系数降低。

选择合理的焊接顺序

如大型容器的底板由许多钢板拼接而成，可分为纵向、横向焊缝。焊接时应让焊缝自由收缩，减小结构在焊接时的约束力，从而减小焊接应力。

底板的铺设主要是保证底板的几何形状及尺寸符合要求，为此要认真选择排版方式和确定焊接顺序。底板的排版方式通常有条字形排版、丁字形排版、人字形排版和“分块”排版四种形式。人字形排版“分块”排版可避免局部焊缝过于集中，使收缩较为均匀。罐底中辐板宜采用人字形排版法。直径放大80～100mm。边缘采用弓形板排版，直径放大约80mm。

针对第一节壁板立缝和罐底与壁板连接的内外角焊缝焊后收缩的现象，在组对第一节壁板时，预先将直径放大20～25mm，焊接后罐壁直径才基本符合设计要求。为了减小罐壁与底板连接处T字焊缝的焊后收缩变形，在铺设罐底边板时，适当加大对接缝的预留间隙，由原设计的外缘6mm加大到8mm ，里缘由6mm 加大到14mm。底圈板与底板焊接时，内侧焊缝应焊成具有圆滑过渡的不等边角焊缝。

底板中幅板的焊接顺序是：先焊大十字的短缝，次焊8个小区块的短缝，再焊长缝。焊短缝时，第一遍采用分步退焊法，第二遍为连续焊。焊长缝时，注意隔一条焊一条。第一遍采用由中心向外的分水退焊法，第二遍采用连续焊。底板边缘板的焊接要等第一节壁板与罐底的连接T形缝焊完后才能进行。在焊接T形缝时，所有边缘板之间的对接缝点固焊处必须铲开。

加热减应法

在补焊塑性较差、刚性较大的铸铁件和铸钢件时，可用此法。其原则是减小焊接部位和焊件上障碍焊接区自由收缩部位之间的温差。在结构的适当部位进行加热，使其伸长。冷却时，这两个部位同时收缩，减小了焊接区的应力，防止了裂纹的产生。

3．焊接设备的正确选用

对于刚构件的焊接，其应力和变形的大小，有时和焊接设备的选用也有直接关系。对于大多数结构，多应优先选用埋弧自动焊、CO2气体保护焊。特别是在规范要求变形较小时，根据工艺要求，多使用CO2气体保护焊。

在工程实施过程中，对于结构的焊接质量控制的比较好的特殊案例，是2003年在云南铜业股份有限公司制作安装的6台100m2钛换热器。钛换热器作为一种特殊材质的容器，其对工艺的要求是相对较高的。通过查阅大量的资料，和反反复复的焊接工艺评定试验，并选用了满足焊接要求的管板焊机，终于形成了一套完整的方案，具体方案附后。

（二）焊接结构的质量控制体系

要使焊接结构的危险系数降到最低，其质量的控制，除正确选择材料、正确选择焊接工艺措施外，还应该有一个严格的质量控制体系，并严格按照质量体系和国家标准规范执行。

编制各项焊接质量管理制度（或办法）。如焊工培训考试和资格审查办法；焊接工艺评定试验实施细则；焊接工艺编制和审批办法；焊接材料验收保管烘干及领用发放制度；焊接设备管理制度；产品试板制作管理办法；焊缝返修管理制度；焊接检验制度等。

配备焊接技术人员及焊接工人

焊接技术人员包括焊接检验人员和焊接责任工程师，焊接检验人员负责焊缝各项外观检查、无损探伤、理化试验等工作；焊接责任工程师全面负责焊接施工质量。

焊接工人技术水平的高低直接影响产品的焊接质量，因此必须认真组织好焊工的培训及考试，不断提高焊工的理论水平和实际操作技能，建立焊工质量档案，实行奖罚制度，鼓励焊工提高操作水平。

综上所述，焊接结构质量的控制，既是选材、工艺措施严格把关的过程，也是组织管理严格实施的过程，这三方面的问题解决了，其质量也就得到了控制。