鋼結構焊接缺陷對施工質量的影響分析

劉殿民，趙會偉，姚小彬，張 玲，韓 超

鋼結構工程中，焊接是非常重要的一道工序，其質量不但會影響施工質量，而且還關系到鋼結構本身的穩定性、耐久性、安全性等方面。所以確保焊接質量顯得尤為必要。在焊接作業時，由于受到多方面因素的影響，使得鋼結構常常會出現氣孔、裂紋等焊接缺陷，這些缺陷會引起應力集中，并且還會對結構產生破壞?；诖?，必須采取有效的方法和措施，消除焊接缺陷，提高鋼結構的焊接質量。

1 鋼結構焊接缺陷的成因及其對施工質量的影響

1.1 缺陷成因

引起鋼結構焊接缺陷的因素相對較多，大體上可歸納為以下幾個方面：人為原因、設備原因、技術原因等。

1.1.1 人為原因

在鋼結構焊接過程中，操作人員是質量控制的主體，為確保焊接質量達到規范的要求，從事焊接作業的人員要具有相應的資質或技術等級，必須持資格證書上崗，無證者不得進行焊接操作。同時，上崗操作前，要接受正規的崗前培訓，以此來了解焊接注意事項。鋼結構的焊接操作復雜程度高，對焊工的技術要求也比較高，作為一名合格的焊工，除了應當具備過硬的焊接技術外，還要有責任心，這樣才能在工作中以嚴謹的態度認真對待焊接作業，避免缺陷的產生，保證焊接質量。然而，實際情況卻差強人意，很多焊工作業時不按規程的要求操作，缺乏工作經驗，對焊接技術要點掌握得不全面，致使焊接作業中出現各種問題，導致鋼結構焊接缺陷頻繁發生。

1.1.2 設備原因

現階段，在鋼結構焊接作業中，焊接設備已經成為不可或缺的重要基礎，它的應用，使焊接作業效率得到大幅度提升。焊接機的性能與鋼結構的焊接質量之間存在著極為密切的關聯，為確保焊接質量達到現行規范標準的規定要求，就必須保證焊接機的性能良好。這就要求相關人員應做好焊接機的檢查和保養維護工作。在對焊接機檢查時，重點要放在各種儀表上，如電流表、電壓表等，以此來確保焊接時，各項數據的準確性。一些較為重要的焊接工藝在施焊前，要先對焊接機進行試用，確認合格后，方可大面積作業。通過對鋼結構焊接的實際情況進行調查后發現，雖然焊接作業時都在使用焊接機，但真正對焊接機檢查、保養的卻少之又少，一般都是當焊接機出現問題后才維修，由此增大了焊接缺陷的產生概率，不利于焊接質量的提升。由于鋼結構焊接的工期比較緊，所以在處置焊接機故障時，常常是敷衍了事，只要使焊接機恢復使用即可，而其中潛在隱患卻并未完全消除，后續使用中一旦突發故障，便可能造成焊接缺陷。

1.1.3 技術原因

焊接技術是鋼結構焊接中，對質量影響最為直接的因素。實踐表明，操作人員掌握的焊接技術會直接反映到鋼結構的焊接質量上。所以，提高操作人員的焊接技術水平，是確保焊接質量達標的關鍵。同時，當焊接作業完成后，要對焊接質量全面檢查，這是降低焊接缺陷的有效途徑。而實際情況卻并非如此，操作人員雖然掌握一定的焊接技術，但對于其中的技術要點卻并不了解，只是能夠對技術進行簡單應用，如果出現特殊情況，則無法有效處理，從而增大了焊接缺陷的發生概率，焊接質量隨之受到影響。

1.2 對施工質量的影響

鋼結構焊接過程中若是產生缺陷，則會對施工質量造成影響，具體體現在如下方面：當鋼結構出現焊接缺陷時，會產生應力集中的現象，若是氣孔、裂紋等缺陷在同一個區域內出現，且距離比較近，則會引起較高的應力集中；焊縫焊角錯邊或是變形時，也會引起應力集中，不僅如此焊接接頭的形式不同，也可能產生應力集中；焊接缺陷除了會引起應力集中之外，還會對結構產生破壞，包括非脆性和脆性兩種破壞形式。通常材料破壞以塑性斷裂為主，焊接缺陷導致材料的強度大幅度降低，這個幅度與截面積的減小成正比。相關規范標準中允許鋼結構焊縫中存在一定數量的氣孔，但氣孔的數量不得超限，當成串的氣孔在工作截面中的占比超過2%時，便會造成焊接接頭強度下降。鋼結構焊接部位出現的脆性斷裂很多都是由裂紋引起，當裂紋比較微小時，并不會對焊接結構產生影響，隨著裂紋的持續發展，達到臨界尺寸后，便會引起結構斷裂?；诖?，石油企業在使用鋼結構時，要做好定期檢查工作，發現焊接缺陷及時處理，避免斷裂問題的發生，確保鋼結構的穩定性。

2 消除鋼結構焊接缺陷保證施工質量的有效途徑

2.1 焊接質量控制

解決鋼結構焊接缺陷問題較為有效的方法是，采取合理可行的方法和措施控制焊接質量，以此來減少并避免焊接缺陷的產生，確保施工質量達到規范標準的規定要求，提高鋼結構的強度和結構穩定性。鋼結構焊接質量控制要貫穿于焊接作業的全過程，加強焊接前、焊接中和焊接后三個階段的質量控制，具體措施如下。

2.1.1 焊接前的質控措施

（1）鋼結構焊接是專業性較強的工作，為確保焊接作業的順利開展，在焊接前要提出具體的技術要求，對圖紙加以詳細說明。例如，鋼結構焊接尺寸的要求、焊接符號的規定要求、焊接工藝規程、焊接作業環境的要求、焊材保管與使用要求、母材性能要求、焊接預熱要求、無損檢測要求等?？蓪①|量控制的重點放在如下方面：明確技術要求中遺漏的細節，包括焊接尺寸、形狀等，看是否與現行規范標準的該規定要求相符，并在圖紙中將設計未指明的潛在焊接問題標出，所有不明確的信息，均必須在正式焊接作業前溝通解決，避免引起焊接缺陷。

（2）焊接作業開始前，可采取如下措施對焊接工藝評定加以控制：對鋼結構焊接工藝規程進行全面審查，并審查焊接作業人員的操作資質評定記錄，確保資質評定與焊接工藝規程的要求相符?？蓪①|量控制的重點放在合格焊接工藝規程及評定記錄的獲得上，必要時，驗證焊接工藝規范，并對焊接作業人員進行重新考核，合格后方可上崗作業。

（3）鋼結構焊接準備階段，可采取以下質控措施：對鋼構件焊接接頭尺寸的正確性加以確認；檢查待焊接表面，看有無污染物，如油污、鐵屑、灰塵等，并重點檢查母材，看是否存在明顯的質量缺陷，如裂紋、分層等；對接頭的類型及坡口角度全面檢查，看是否與規定要求相符。

（4）焊材與鋼結構焊接質量密切相關，在作業前要對焊材有效控制，為焊接質量提供保障，具體的控制措施如下：對焊條、焊劑、保護氣體等焊接材料檢查確認，看是否與鋼結構焊接規范要求相符；檢查填充金屬，看類型及尺寸是否正確，有無污染；焊條要妥善保管，避免藥皮損壞或是受潮；對保護氣體適當凈化，確保成分及純度符合規定要求；質量不合格的焊材不得在鋼結構焊接中使用，以免引起焊接缺陷。

2.1.2 焊接中的質控措施

（1）在對厚度較大的鋼板焊接時，為確保焊接質量，可以采用以下焊接方式：根部通過手工焊封底，利用半自動焊完成中間填充，再以手工焊對面層進行蓋面。需要注意的是，帶有襯板的鋼構件，應當以二氧化碳氣體保護焊進行焊接。各個焊段要保持連續施焊，以此來減少熄弧和引弧的次數，降低焊接缺陷的產生幾率，提高焊接質量。

（2）一道焊縫出現多次停頓后需要續焊時，施焊接頭必須在原熄弧位置處留1.5cm 左右引弧，切不可在原熄弧處直接引弧，以免導致焊接缺陷。二氧化碳氣體保護焊熄弧時，要在保護氣體停供、焊縫冷卻，方可將焊槍移走，過早移走焊槍會使熱熔池暴露于空氣中，造成焊接質量下降。

（3）焊接打底層時，要在焊縫前方5.0cm 處的引弧板上將電弧引燃，不得在焊接接頭處熄弧，可將電弧引至熄弧板上進行熄弧，并將弧坑填滿。運弧時可在兩側停留一定時間，防止焊肉與坡口之間產生夾角，確保平緩過渡；焊接填充層時，可在填充焊接前，將焊道上引弧形成的多余部分清除干凈，并將粘連在坡壁上的飛濺物去除，對坡口邊緣進行檢查，看是否存在未熔合或是凹陷的夾角，若是存在，則可通過角磨機處理；在二氧化碳氣體保焊的過程中，要控制好保護氣體的流量，以40L/min ～55L/min 為宜，焊絲外伸的長度不宜超過25mm，控制在20mm ～25mm 之間，焊接速度以300mm/min ～350mm/min，以劃斜圓的方法運焊。焊接填充層面層時，要留設出均勻的深度，以1.5mm ～2.0mm 為宜，以便蓋面時，可以清楚看到坡口邊緣。

（4）鋼結構焊接時，要將焊縫的層間溫度控制在100℃～150℃，并保持焊接連續進行，施焊時出現修補缺陷或是焊渣清理必須停焊的情況，會導致溫度下降，對此可通過加熱工具進行加熱，待達到規定值后再繼續焊接。當焊縫出現裂紋時，焊接作業人員不可擅自處理，要報告現場技術負責人，查明原因，制定修補方案后，按照方案對裂紋進行妥善處理，消除焊接缺陷，保證焊接質量。

（5）鋼結構焊接完畢要及時做熱處理，對于厚度在25mm 以上、80mm 以下的母材焊縫，必須采用火焰加熱或是電加熱保溫，加熱時要在焊縫兩側100mm 寬幅均勻進行，從邊緣向中間部位加熱，從低向高加熱，避免熱源集中在某一處；依據鋼板的厚度，對保溫時間合理確定，規范要求25mm 板厚的保溫時間不少于1h；當達到保溫時間后，要緩慢冷卻至常溫，并對鋼結構進行消應力處理，以此來消除焊接中產生的殘余應力。

（6）焊接完畢后，要對鋼結構上殘留的焊渣及飛濺物及時清理，并在清除干凈后，檢查焊縫的外觀，看是否存在以下焊接缺陷：凹陷、氣孔、咬邊、未熔合、裂紋等，做好相關記錄。隨后采用無損檢測技術，對鋼結構的焊接質量全面檢測，以此來確保焊接質量達標。

2.1.3 焊接后的質控措施

（1）鋼結構焊接完畢后，要對接頭質量檢查驗收，確保焊接位置與圖紙要求及規范規定相符，在未獲得批準的情況下，不可隨意增設圖紙以外的焊縫；所有臨時性焊接要全部去除，并將相應部位修磨至與母材齊平，如有必要可以做磁粉檢測，根據缺陷驗收類別開展缺陷復查。

（2）焊接檢驗過程中，確定存在缺陷或是與規范標準要求不符的情況時，要將缺陷報相關負責人，并在下道工序開始前，對焊接缺陷進行處理，重新檢查直至質量合格，方可進行下道工序施工。

2.2 焊接缺陷處理

鋼結構焊接作為一項專業性較強的工作，很容易出現焊接缺陷，導致缺陷的原因除了與結構設計有關之外，還與焊接作業質量密切相關。常見的焊接缺陷有咬邊、焊瘤、凹坑、未焊透、氣孔、裂紋等。

2.2.1 咬邊的成因及防治

鋼結構焊接時，電弧的熱量過高，容易引起咬邊，該焊接缺陷會導致母材有效截面積減小，鋼結構的承載力隨之降低，可能會導致應力集中，若是處理不及時，則會發展為裂紋。針對咬邊缺陷，焊接作業人員要矯正自身的操作姿勢，嚴格按照規范的要求，控制好電弧的熱量，通過有效的運條方式，達到消除缺陷的目的。

2.2.2 焊瘤的成因與防治

當焊接作業時的電流過強，選用的焊條存在偏芯等質量問題，或是焊接電源穩定性不足，作業人員操作姿勢不正確，都可能引起焊瘤缺陷。焊瘤的出現使焊縫的尺寸發生改變，容易引起應力集中。為避免焊瘤的產生，鋼結構焊接時，要使焊縫處于平焊的位置，嚴格按照相關規程的要求操作，選用性能優良、質量合格的焊條，使用前，對焊條進行檢查，看有無偏芯現象。

2.2.3 凹坑的成因與防治

凹坑基本上都是內凹，多出現在焊縫的背面根部，主要是因為收弧時，焊條未做短暫停留所致。凹坑的出現，會導致焊縫的有效截面積減小，弧坑還會引起裂紋。該焊接缺陷可以采取如下措施進行防治：焊接作業時，在電焊機的選擇上，以帶電流衰減系統的作為首選，嚴格按照規范要求施焊，選用平焊位置，收弧時，焊條應當在熔池內做短暫停留，以此來填滿弧坑。

2.2.4 未焊透的成因與防治

未焊透是危害比較嚴重的焊接缺陷，會導致焊縫疲勞強度下降，極有可能引起焊縫破壞。焊接電流過小、焊條偏芯、層間未清理等，是造成該焊接缺陷的主要原因。對此，可在鋼結構焊接作業時，采取以下防治措施：選擇大電流施焊，對坡口合理設計，并加強層間清理，通過短弧焊的方法，能夠有效避免該焊接缺陷的產生。

2.2.5 氣孔的成因及防治

氣孔的出現，會造成焊縫疏松，接頭的強度會隨之降低，導致該焊接缺陷的主要原因是母材表面存在油污，焊條使用前未做烘干處理。對此可采取如下措施進行防治：施焊前，對母材表面、坡口以及焊絲上的油污全面清除，以堿性焊條作為首選，并在徹底烘干后方可使用，預熱后焊接，以此來減緩冷卻速度。

2.2.6 裂紋的成因與防治

裂紋是鋼結構焊接中比較常見的缺陷，該缺陷是誘發壓力容器事故的重要因素之一，所以要采取行之有效的措施，對裂紋進行防治：選擇碳含量低的焊材，并加入適量的合金，以此來降低柱狀晶的產生；將焊縫的熔深控制在較淺的程度，這樣能夠使散熱條件得以改善；焊接前預熱，焊接后及時熱處理，降低冷卻速度；通過調整裝配順序的方式減小焊接應力；焊條以堿性、低氫型作為首選，使用前必須徹底烘干。

2.3 焊接返修

對于鋼結構而言，構件表面的焊接缺陷返修較為容易，而通過無損檢測發現的鋼結構內部缺陷的返修比較困難。如果鋼結構的焊縫中存在與現行規范標準要求不符的缺陷，則應當采取行之有效的方法，將缺陷去除，從而使焊接質量達到規定要求。

2.3.1 編制方案

為確保鋼結構焊接缺陷返修工作的順利開展，應當在分析缺陷成因的基礎上，編制合理可行的返修處理方案，具體如下：

（1）選取適宜的返修工藝，經相關工程師批準后，方可實施。編制的返修方案中應當涵蓋如下內容：鋼結構焊接缺陷的具體成因，防止缺陷再次產生的技術措施，焊接工藝，指定焊接返修的操作人員，焊接時選用的焊材規格等。

（2）由于鋼結構對剛度、強度及穩定性的要求比較高，所以焊接缺陷返修時，要對同一個部位的返修次數加以控制，最多不得超過2 次，當某個部位的返修次數達到2 次之后，如果需要再次返修，則必須上報技術總工程師，獲得批準后方可返修，同時要將具體的次數、返修部位以及處理后的無損檢測結果如實記錄。

2.3.2 返修準備

鋼結構焊接缺陷返修前，要做好相應的準備工作，為返修作業的順利開展奠定基礎，具體如下：

（1）采用無損檢測的方法對鋼結構的焊縫進行探傷后，焊縫內部存在超過規定要求的缺陷時，應將該焊縫歸入到返修范圍內。根據實際情況，選取適宜的焊接方法進行返修，如二氧化碳氣體保護焊、手工電弧焊等。

（2）如果需要以特殊的焊接方法，對鋼結構的焊接缺陷進行返修時，則該方法要獲得檢驗部門及業主的認可，否則不可以使用。同時，在返修作業正式開始起前，要對需要返修的部位進行處理，將焊縫兩側一定寬度范圍內的油污、雜質等清除干凈，避免后續施焊造成影響。

2.3.3 返修要點

（1）以碳弧氣刨對鋼結構焊縫中的缺陷剔除時，要確保缺陷剔除后，才能開展返修焊接。當碳弧氣刨的深度達到鋼板厚度的2/3 以上，但卻未發現焊接缺陷時，應在第一面焊接修補后，用碳弧氣刨在焊縫的背面繼續查找焊接缺陷，直至完全剔除后，才能完成焊接修復。

（2）當鋼結構焊縫中的焊接缺陷為裂紋時，其長度≤20mm，深度≤5.0mm，可以通過碳弧氣刨將裂紋剔除，并在確認裂紋完全清除后，方可進行焊接修補。裂紋的長度＞20mm，深度＞5.0mm 時，可在裂紋的兩端，使用鉆頭打止延孔，避免裂紋繼續延伸，隨后利用碳弧氣刨將裂紋一層一層的剔除隨后用PT 對裂紋進行檢查，看是否清除干凈，確認全部清除后，便可補焊。鋼結構中的對接焊縫比較特殊，修補時，必須嚴格焊接規范的要求加以控制，可在修補時，采用多層、多道焊，并在收弧時，將弧坑填滿。

3 結論

綜上所述，鋼結構焊接是一項較為復雜的工作，為避免焊接缺陷的產生，要采取行之有效的質量控制措施，并分析常見焊接缺陷的成因，在焊接過程中加以防治，以此來提高焊接質量，延長鋼結構的使用壽命。