浅谈管桁架钢结构焊缝缺陷类型及质量管理

摘 要：本文通过工程实例对钢结构焊接过程中出现的质量缺陷进行归纳整理，并且对其缺陷存在的原因进行探讨，深入地分析了缺陷产生的机理与特点，最终得出对策和管理方法，对于类似工程钢结构焊接质量具有重要指导意义。

关键词：管桁架；焊缝缺陷；质量管理

中图分类号：U671.84 文献标识码：A

1 工程概况

赤峰体育中心二期工程是2014年内蒙古自治区第十三届运动会的主场馆，屋面钢结构工程由场馆的钢桁架棚架以及体育馆顶的网架结构组成。建筑主体由一系列辐射式钢桁架围绕坐席区旋转而成，空间结构科学简洁，建筑和结构完整统一，设计新颖，结构独特，为国内外特有建筑。场馆设计宛如一条哈达飘落，高低起伏变化的外观缓和了建筑的体量感，并赋予了民族特点和具有震撼力的形体，桁架棚架围绕着体育场和体育馆，将两个场馆连在一起，由11个独立桁架区组成，84模块（一榀或两榀桁架为一个模块），每个区桁架坐落在标高约为6m的混凝土柱上（或顶板上），桁架为平面悬挑桁架。悬挑部分最长达到31m左右，悬挑榀桁架重量在3.3t～30.9 t之间。

2 本工程钢结构焊接特点

本工程主结构钢结构的焊接工作量大部分在工厂内完成，钢结构现场焊接主要为拼装焊接，连接方式全部采用焊接连接，所以在焊接上有三大特点：

（1）焊缝形式多：①钢管对接；②相贯线焊缝；

（2）焊接量大：桁架由11个独立桁架区组成，共84个模块，每个模块焊缝约 162条。

（3））焊接质量要求要高：构件拼接（接长）、直缝焊接钢管、支座节点、管桁架节点、坡口等强焊缝均为全熔透一级焊缝，超声波100%检测。

（4）因直接相贯节点焊缝是一条三维空间曲线，又因现场焊时所在位置的多样性，对于其焊缝的焊接，并不等同于普通构件的单一焊接方式，它是一种在同一焊缝上要同时经历平焊、立焊甚至仰焊和府焊的几种焊接方式组合的混合体，这无疑就对焊接操做者提出了更高的要求。

3 管桁架相贯线节点焊缝质量缺陷分析

一个焊接产品从备料到制造完成整个生产过程，要经过许多生产环节，只要有一个环节出问题，就可能出现各类缺陷，因而影响焊接质量，根据目前现场管桁架焊缝质量检查，桁架腹杆相贯线节点焊缝因其复杂性和特殊性，全过程只要稍稍控制不严，更容易产生焊接缺陷，相贯线节点焊接过程中常见的缺陷大致分为两大类，即外部缺陷和内部缺陷。外部缺陷是可用肉眼观察到或可用无损检测方法检测到的焊缝外部缺陷，包括焊缝形状、尺寸、焊接接头外部成型方面的缺陷。内部缺陷指焊缝和焊接接头内部的工艺缺陷。

3.1 外部缺陷的类型及特点

3.1.1 外形及尺寸不良缺陷

（1）由于本工程桁架采取工厂预拼装，散件运输、现场拼装、现场分段吊装的施工方案进行拼装，现场拼装的焊缝宽度大小在很大程度上影响焊缝的质量。

（2）缺少培训，无相贯线相应焊接经验。现场对八名全位置焊工进行现场模拟考试，发现有四名焊工的焊缝存在不同程度的缺陷，特别是在相贯线焊接部位。因直接相贯节点焊缝是一条三维空间曲线，又因现场焊时所在位置的多样性，八名焊工虽然经过培训，取得了合格证，但现场相贯线焊接的操作难度比培训时要大得多，真正符合实际条件的技能培训不够，这是影响实际焊接质量的重要原因。

（3）焊工起弧、收弧、填弧施焊方法不当。焊接过程中，由于不设置引弧板、收弧板，直接在母材上引弧和收弧，随意焊接，会造成电弧擦伤母材，在引弧或收弧周围产生弧坑、裂纹、未熔合、夹渣、气孔等缺陷，构件焊接完毕，引弧板和收弧板应采用气割切除或机械切割的方法除掉，割除后将边缘修磨平整，严禁用锤击掉。通过专家组对焊工焊接过程中的方法观察，5名专门焊工中有3名施焊手法及施焊方法不完全正确。

（4）未执行多层多道焊工艺。本工程的管壁厚在10mm-25mm之间，虽然不是厚管，但也应该执行多层多道焊，不能一次焊满，但通过检查现场不能很好的执行。

3.1.2 坡口缺陷。坡口缺陷主要是坡口的角度、间隙、钝边不符合要求及沿长度方向高度、宽度发生变化，以及坡口表面有深的切痕，龟裂或有熔渣、锈等污物，此类缺陷更容易发生在具有复杂相贯线的直接相贯节点焊缝中。

3.1.3 咬边。沿着焊缝与母材交界部位烧熔形成凹陷或沟槽的现象，称之为咬边。由于焊缝与母材交界处被熔去一定深度，而填充金属又未能及时补充，即形成咬边，焊接时电流过大且焊速高时，以及焊条角度不当时，都可能产生这种缺陷。

3.2 内部缺陷的类型及特点内部缺陷发生在焊缝内部和母材热影响区中，主要以未焊透、未熔合、夹渣、表面气孔等形式表现出来。

（1）未焊透。熔焊时，焊接接头根部未完全焊透的现象，称为未焊透。未焊透意味着焊接接头受力截面减少，严重影响焊接接头强度，而且，它是应力最容易集中的地方。在钢管相贯节点焊缝中，是不允许有未焊透缺陷存在的。这种缺陷无法用肉眼发现，一般要经X 光、超声波等探伤才能发现。形成未焊透的主要原因，是焊接电流太小，焊速过高或坡口角度太小，钝边太厚以及焊条直径过大等。

（2）未熔合。熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化的部分称为未熔合。熔池金属在电弧力作用下被排向尾部而形成沟槽，当电弧向前移动时，沟槽中又填以熔池金属，如果这时槽壁处的液态金属层已凝固，填入的熔池金属的热量又不能使之再次熔化，就形成未熔合。另外，当焊件坡口表面没有很好地清除氧化膜、油污等，或者焊接时该处流入熔渣，妨碍了金属间的熔合，或由于运条手法不当，电弧偏在坡口一边等，都会造成边缘未熔合。

（3）夹渣。焊接时，电流过小，焊速过快，致使焊缝金属冷却太快，夹渣来不及浮出；运条不正确，熔渣不易浮出，多层焊时前层焊缝的熔渣未清除干净等都能造成夹渣。

（4）表面气孔。表面气孔指的是焊接物的表面存在气孔。产生这种现象的主要原因是：第一，焊条或者焊剂潮湿；第二，在焊接物体中的金属与材料的坡口中残留的油、水、污渍没有处理干净。第三，在焊接中的电弧过长，熔池的面积过大；第四，在焊接中使用的焊接电流过大，而焊条本身所具有的保护作用被大大的削弱。

4 钢结构焊接的质量管理

针对本项目钢结构工程焊接质量的缺陷，根据现场实际情况，我们采取了如下措施，最终使管桁架焊缝的焊接质量得到了保证。

4.1 做好钢结构工程设计交底及图纸会审

钢结构设计交底及图纸会审时， 除施工图纸上出现的“错、漏、碰、缺”具体问题外， 根据钢结构有关标准规范的规定， 施工图中应明确以下内容： 1） 应明确设计使用年限、安全等级。2） 应明确规定结构件使用钢材和焊接材料的类型和焊缝质量等级， 有特殊要求时， 应标明无损探伤的类别和抽查的百分比。3） 应标明钢材和焊接材料的品种、性能及相应的国家现行标准， 并应对焊接方法、焊缝坡口形式和尺寸、焊后热处理要求等做出明确规定， 并标注工厂制作或厂地安装焊缝符号。

4.2 现场管理严把质量关

钢材、焊条等材料出厂质量证明书等资料必须齐全，坚持钢材、焊条在现场见证取样制度，对不符合设计质量要求的材料严禁使用。坚持检查焊工合格证及其施焊认可范围、有效期。对现场不按工艺要求施工的人员坚决给予辞退。

4.3 控制好出厂构配件成形质量，加强现场管桁架拼装质量

相贯节点因为支管的数量、角度、尺寸的不同使得各支管端部的相贯线成为形态各异的三维曲线，因而相贯线的加工要求高的切割精度和焊接技术。 加强构配件进场质量控制，对进场构配件应做认真检查，确保所有杆件均按施工图控制尺寸，采用正确的加工工艺和拼装方法，严格控制累计偏差值。拼装过程中相贯线各杆件的力线应汇交于节点中心，并完全处于自由状态，不允许有外力强制固定。组装构件控制基准、中心线应明确表示，并与平台基准线相一致，必须保证定对中心线、水平度、以及端面垂直度，拼装支承的平面应保证其水平度， 并应符合支承的强度要求，在安装桁架的组装全过程中，一般不得对构件进行修正、切割或捶击等，确保管桁架的现场拼装质量。

4.4 对焊工进行针对性的培训

直接相贯节点焊缝部位根据主管与支管的夹角不同，分为趾部区、侧部区、跟部区和过渡区。直接相贯节点焊缝可以采用全焊透对接焊缝及对接与角接组合焊缝；开坡口的部分焊透对接焊缝及对接与角接组合焊缝；也可全部采用角焊缝焊接，针对相贯线焊缝，项目部聘请专家对这部分内容给予讲课、现场指导。

4.5 加强技术交流，做好样板引路

选用技术高负责任的焊工做榜样，教学施工，聘请专家现场进行指导。要求施焊前做样板，样板验收合格后方可进行施工，加强班前交底及焊前检查，所有焊缝必须经焊工班长检查合格方可进行下到焊缝的施工。

4.6 加强标准意识，完善工艺

一个产品没有标准就没有质量可言。对于焊接工程而言，主要指的是焊接的材料使用标准、存放管理标准以及工艺标准等等。标准化的数据管理可以选拔优秀的人才，并且激励工人在生产施工中时刻以标准作为准则和依据。

5 结语

通过对赤峰体育中心二期工程的工程实例，对管桁架钢结构缺陷类型及防治措施有了初步的了解，但根据每个工程实际情况不同，可能有其它的缺陷类型，但总的来说，不管什么类型，它们总是在一定的内因或外因的条件下形成。内因是指选材不当、设计不当、制造不良等，外因主要指外界荷载、温度、气候等工作条件的变化以及操作工艺和操作过程的适当与否等。为免除或尽量减少焊接缺陷的产生，我们首先应在充分了解母材及所用焊条的材料性能的基础上，再根据现场情况进行正确匹配设计和工艺设计，严格按照国家有关规范、规程的要求进行焊接操作，以生产出优良的焊接产品。

参考文献

[1]建筑钢结构施工手册册[P].北京：中国计划出版社.2010.

[2]GB50205-2001，钢结构工程施工质量及验收规范[S].