钢结构焊接缺陷对施工质量的影响_倪真

钢结构焊接缺陷对施工质量的影响

倪　真

（北京工业大学建筑工程学院，北京　１００１２４

）摘　要：钢结构焊接缺陷的产生过程十分复杂，缺陷对焊接结构承载力有非常显著的影响。结合勒泰中心工程介绍焊接缺陷产生的原因、

类型、对施工质量的影响，采取的预防措施主要有：更改接头形式、将焊缝坡口角度及焊接间隙提前加工、控制焊前预热温度、制定焊接工艺等，确保施工质量。关键词：焊接工艺；焊接缺陷；应力集中；裂纹；脆性ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ

．ｉｓｓｎ．１００７－９９６３．２０１３．０３．０１７ＴＨＥ　ＩＮＦＬＵＥＮＣＥ　ＯＦ　ＷＥＬＤＩＮＧ　ＤＥＦＥＣＴＳ　ＯＮ　ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ　Ｑ

ＵＡＬＩＴＹ　ＦＯＲ　ＳＴＥＥＬ　ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＮｉ　

Ｚｈｅｎ（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｏｌｏｇｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　

１００１２４，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ，ｉｔ　ｈａｓ　ｇｒｅａｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　

ｏｆｗｅｌｄｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｄｅｆｅｃｔｓ，ｔｙｐｅ，ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈ　Ｌｅｔａｉ　ｃｅｎｔｅｒ　ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｔａｋｅｎ，ｗｈｉｃｈ　ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｊｏｉｎｔ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗｅｌｄ　ｇｒｏｏｖｅ　ａｎｇｌｅ　ａｎｄ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｇａｐ　ｉｎ　ａｄｖａｎｃｅ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｂｅｆｏｒｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｋｉｎｇｗｅｌｄｉｎｇ　

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｗｅｌｄｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｗｅｌｄｉｎｇ　

ｄｅｆｅｃｔｓ；ｓｔｒｅｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；ｃｒａｃｋ；ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ作　者：倪真，男，１９７１年出生，

工学博士，高级工程师。Ｅｍａｉｌ：ｎｉｚｈｅｎ＠ｚｔｊｓ．ｃｎ收稿日期：２０１２－１２－１２

１　工程概述

随着建筑钢结构行业的不断发展，各种大型体育场馆、

机场、车站、超高层建筑等采用钢结构也越来越多。连接在钢结构中占有重要的地位，钢构件的加工制作、拼装形成结构，都必须通过连接来实现。连接的构造和受力都比较复杂，往往成为结构的薄弱环节，

而连接的质量则直接影响到结构的安全和使用寿命。钢结构的连接方式分为焊接连接、铆钉连接和螺栓连接３种，连接形式中以焊接为主。因此，焊接质量的好坏直接影响到钢结构工程的施工质量。

勒泰中心建筑面积６２万ｍ

２

，地下４层，裙房６层，１号、２号、４号楼为钢框架－核心筒结构，３号楼为纯钢结构，在裙房顶有１个近１万ｍ２的主天窗，主天窗为平面折板桁架。本工程的用钢量达到

５．５万ｔ，全熔透的一级焊缝达到了２６．８万条，

部分熔透及角焊缝的数量更多，因此焊接质量的好坏对施工质量有非常大的影响。

焊缝缺陷是指焊接过程中产生于焊接金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。焊接缺陷对焊接结构承载力有非常显著的影响，

更为重要的是应力和变形与缺陷同时存在。焊接缺陷容易出现在焊缝及其附近区域，而其正是结构中拉伸残余应力最大的地方。焊接缺陷之所以会降低焊接结构的强度，

其主要原因是缺陷减小了结构承载横截面的有效面积，

并且在缺陷周围产生了应力集中。在一般焊接结构中，由于设计和施工不当也会出现应力集中和承载截面的变化。焊接缺陷一般包括有未焊透、未熔合、裂纹、夹渣、气孔、咬边、焊穿和焊缝成型不良等。焊接缺陷是平面的、立体的，平面类型的缺陷比立体类型的缺陷对应力增加的影响要大得多，

因而也危险的多。属于前者的有裂纹、未焊透、未熔合等；属于后者的有气孔和夹渣等。常见工程焊缝缺陷见图１

。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。

２　造成钢结构焊接缺陷的因素

２．１　影响焊接质量的因素

影响焊接质量的因素主要是：人、机、料、法、环。

ａ－焊接气孔；ｂ－焊接未熔合；ｃ－焊缝不均匀；ｄ－成排气孔

图１　常见焊缝缺陷

２．１．１　人：施焊操作人员因素

加强对焊工的质量意识教育，提高整体责任心和一丝不苟的工作作风，并建立质量责任制。定期对焊工进行岗位培训，从理论上掌握工艺规程，从实践上提高操作技能水平。生产中要求焊工严格执行焊接工艺规程，加强焊接工序的自检和专职检验人员的检查。认真执行焊工考试制度，坚持焊工持证上岗，建立焊工技术档案。

２．１．２　机：焊接机器设备因素

定期对焊接设备进行维护、保养和检修，重要焊接结构生产前要进行试用。定期校验焊接设备上的电流表、电压表、气体流量计等各种仪表，保证生产时计量准确。建立焊接设备状况的技术档案，为分析、解决出现的问题提供依据。建立焊接设备使用人员责任制，保证设备维护的及时性和连续性。２．１．３　料：焊接原材料因素

加强焊接原材料的进厂验收和检验，必要时要对其理化指标和机械性能进行复验。实行在生产中焊接原材料标记运行制度，以实现对焊接原材料质量的追踪控制。

２．１．４　法：焊接工艺方法因素

必须按照有关规定或国家标准对焊接工艺进行评定。选择有经验的焊接技术人员编制所需的工艺文件，工艺文件要完整和连续。按照焊接工艺规程的规定，加强施焊过程中的现场管理与监督。２．１．５　环：环境因素

当环境条件不符合规定要求时，如风力较大，风速大于四级，或雨雪天气，相对湿度大于９０％时，可暂时停止焊接作业，或采取防风、防雨雪措施后再进行焊接；在低气温下焊接时，低碳钢不得低于－２０℃，普通低合金钢不得低于－１０℃，如超过此温度界限，可对工件进行适当地预热。

２．２　焊接工艺方法与焊接缺陷的关系

１）焊接工艺方法的重要因素、附加因素与焊接缺陷的关系见表１。

表１　焊接工艺方法与焊接缺陷的关系

工艺条件夹渣未熔合未焊透咬边变形气孔裂纹焊接人员焊接方法○○○○○○○◎焊接材料△△△○－◎◎◎施焊位置◎◎◎○○△○◎焊接接头◎◎◎◎◎◎◎○焊接结构－－－○◎－○◎定位焊　○○○－◎○○○焊工培训○○○◎○○○◎

注：◎为有很大关系；○为有一定关系；△为关系一般。

通过试验、调查统计出上述工艺条件对焊接缺陷的影响，共找出２０个焊接缺陷点，调查结果见表２。

表２　焊接工艺对缺陷影响调查

序号工艺条件频数频率／％累计频率／％

１焊接接头１０　５０　５０

２焊接位置６　３０　８０

３焊工培训２　１０　９０

４焊接方法１　５　９５

５其他 １　５　１００

合计－２０　１００－ 从排列图（图２）可以看出，

焊接接头和焊接位图２　焊接工艺主要因素对焊接缺陷的影响