焊接缺陷成因及防治措施

焊接缺陷成因及防治措施
作者：颜兵强
来源：《建筑与装饰》2016年第12期
摘要焊接质量是保证焊接结构安全的重要条件，但是在焊接过程中，会产生各种焊接缺陷，造成焊接产品的返修或报废，缩短焊接产品的使用寿命，影响企业的生产效率和经济效益，甚至出现重大安全事故。

本文主要阐述了焊接缺陷的种类、危害、成因以及防治措施，以避免这些缺陷的产生。

关键词建筑钢结构；焊接缺陷；防治措施
引言
自从焊接钢结构得到推广以来，就不断出现焊接钢结构的破坏事故。

如某赛马场钢结构罩棚坍塌事故，事故部分原因就是由于连接部位焊缝出现裂缝。

大部分钢结构是十分重要的承重受力结构，破坏事故会造成人身和财产的重大损失，因此必须重视焊接质量[1]。

1 钢结构工程概况分析
某钢结构工程占地面积为23453.1㎡，总建筑面积：77981.8㎡。

工程由一栋35层主楼和3层地下室两部分组成：其中主楼建筑总高度为164.7米，地下室深度为14.00米。

最大层高：6.650米。

标准层高：3.9米。

结构形式为：型钢混凝土框架核心筒结构。

由箱型柱和H型钢梁及核心筒内型钢柱构成钢结构体系。

本工程钢结构分布在地下一层至屋面层。

核心筒内为异型及H型钢柱；外框架部分地下一层有18根十字柱；地上部分主要为18根箱型柱及各层的钢梁等构件。

钢材采用Q345B低合金高强度结构钢，对于厚度≥40mm的钢板，厚度方向性能要求为Z15，钢框架柱现场连接采用全熔透焊接；钢梁现场拼接时，其翼缘为全熔透坡口焊接，腹板为高强度螺栓连接；次梁与主梁的连接一般采用摩擦型高强度螺栓连接；连接于框架梁、柱上的支撑，其两端部分在工厂与柱和梁采用全熔透的坡口焊接，中段部分在工地与两端部分采用摩擦型高强度螺栓拼接。

本项目钢构件具有规格型号多，板厚大的特点[2]。

2 焊接缺陷成因及防治措施
本工程钢柱、钢梁采用工厂加工，现场安装的施工方法，对于厚板焊接容易出现板材层状撕裂、整体变形（如挠曲、扭曲变形）、接头应力集中、焊缝产生裂纹及夹渣等质量问题，对钢结构安全使用产生较大影响。

2.1 设计措施
在钢结构深化设计阶段，为减少厚板焊接易产生的质量问题，从焊接节点设计到构件制作与工地安装焊接构造设计进行精心设计，并与钢结构设计单位进行详细沟通。

（1）焊接节点设计。

在T形、十字形及角接接头设计中，当翼缘板厚度不小于20mm 时，为避免或减少使母材板厚方向承受较大的焊接收缩应力，宜采取相关的节点构造设计。

（2）构件制作与工地安装焊接构造设计。

要求焊缝与母材等强的对接接头，其纵横两方向的对接焊缝，宜采用T形交叉；交叉点的距离不宜小于200mm，且拼接料的长度和宽度不宜小于300mm；焊接箱形组合梁、柱的纵向焊接缝，宜采用全焊接透或部分焊透的对接焊缝；要求全焊透时，应采用衬垫单面焊；只承受静荷载的焊接组合H形梁、柱的纵向连接焊缝，当腹板厚度大于25mm时，宜采用全焊透焊缝或部分焊透焊缝；箱型柱与隔板的焊接，应采用全焊透焊缝；对无法进行电弧焊接的焊缝，宜采用电渣焊接，且焊缝宜对称布置。

2.2 层状撕裂控制措施
采用双面坡口对称焊接代替单面坡口非对称焊接。

采用低强度焊条在坡口内母材板面上先堆焊塑性过渡层。

采用低氢型、超低氢型焊条或气体保护电弧焊施焊。

提高预热温度施焊。

2.3 焊接裂纹预防措施
加强焊缝坡口的清洁工作，清除一切有害物质；加强焊前预热温度的控制；焊前对坡口根部进行烘烤，去除一切水分、潮气，降低焊缝中氢含量。

严格控制熔合比：在保证材料可以焊接完全的情况下，严格控制钢材的母材融化金属在全部焊接缝中所占的比例，从而减少母材当中有害物质对焊接缝性能的相关影响。

严格控制线能量：根据三维导热条件下的T8/5与焊接线能量的计算公式，对箱形构件角部和埋弧焊的加热热效率，计算出线能量最佳范围为13812J/cm2-40492J/cm2。

在实际焊接过程中，取计算线能量的中间范围值，焊接线能量应控制在23-37KJ/cm2的最佳范围内。

从而达到控制焊接线能量的输入，达到控制厚板焊接质量之目的。

2.4 焊接变形控制措施
选择合理的焊接方法和焊接工艺参数。

能量集中和热输入较低的焊接方法，可有效降低焊接变形。

采用CO2气保焊较焊条电弧焊小得多。

热输入量是影响变形量的关键因素，当焊接方法确定后，可通过调节焊接工艺参数来控制热输入量，在保证熔透和焊缝无缺陷的前提下，尽量选择小的热输入。

选择合理的装配和焊接顺序。

可以采用部件装配-焊接法的构件，通过“化整为零，集零为整”的方式，能够有效减少制作过程中构件的刚性，有利于部件的翻身焊、对称焊，并通过对部件变形的矫正，能有效消减整体构件的焊接变形。

可以对称施焊的焊缝采取对称同时同向施焊，当焊缝在结构上分布不对称时，如果焊缝位于构件中性轴两侧，可通过调节焊接热输入和交替施焊的顺序进行控制变形。

对较长的焊缝采取分段退焊法和跳焊法，避免焊缝局部加热集中。

2.5 现场焊接防变形的措施
焊接变形和控制焊接应力是焊接中保证构件焊接质量的重要方面，本项目采取的变形控制措施有：经安装及调整后，间隙仍大于18mm的焊接口，可以加设宽垫板，同时在靠近钢材母材的坡口进行焊接补缝，根部间隙达6～9mm，焊缝打磨完成后，还可以用UT设备进行探伤，直到检验合格后才能进行焊接。

小于3mm的焊口，可以使用氧-乙炔火焰进行气刨或切割处理，从而修成标准坡口，最后保证间隙符合要求，完成后加设工艺垫板。

喇叭接头，则采取不均匀的方式进行修补，最后达到均匀状态。

焊接时尽量保证在较小的拘束度下焊接。

采取对称施焊，减小焊接变形。

3 结束语
总而言之，通过对影响钢结构焊接的各种因素的掌握，制定了专项措施，从原材料到现场焊接各个过程预防焊接缺陷的发生。

对钢结构工程各种焊接缺陷坚决杜绝，并避免其他钢结构焊接缺陷的产生，确保了焊接工程的施工质量。

参考文献
[1] 张磊.焊接缺陷对结构强度的影响[J].黑龙江科技信息，2013，（31）：45-47.
[2] 朱海滨.焊接缺陷对结构强度的影响[J].科技创新与应用，2012，（26）：112.。