钢结构制作质量控制问题研究

钢结构制作质量控制问题研究

冉瑞恒贺卫忠

中建钢构阳光惠州有限公司

摘要：随着社会的发展，钢结构使用越来越广泛，钢结构与混凝土工程相比存在众多优点，如外形美观，可回收，施工周期短，见效快，易实现复杂结构施工等。但钢结构制作工艺环节复杂，质量控制要点多，控制难度大，钢结构制作涉及多学科知识，如材料、机加工、焊接、防腐及无损检测等。

关键词：钢结构；质量控制；防腐；焊接

一、现代建筑钢结构特点及焊接难点

1.1钢结构特点

随着建筑结构造型的日趋新颖，钢结构体型也日益多样，导致大跨度复杂空间形状的钢结构建筑不断涌现以及管结构的不断推广；钢结构构件形状多变，节点构造复杂多样且钢板厚度加大；钢结构材料由低碳钢发展到高强合金钢、铸钢等新型材料，近年来铝合金材料也逐步应用到钢结构网架。

1.2钢结构焊接难点

多角度全方位高空焊接。钢结构复杂的体型及繁琐的节点位置和构造决定了现场焊接工作的操作点多、操作面广、操作量大以及需进行多角度全方位和高空焊接施工的难点；应力大，接头处易产生质量缺陷。钢结构施工中的节点复杂、板厚加大等导致焊缝密集甚至出现立体交叉最终导致焊接接头刚性拘束大的后果，使焊缝不能自由收缩而导致双向甚至三向产生应力，因此在很大程度上增加了焊接接头产生裂纹和层状撕裂的可能性；工艺不完善。新品种钢材的使用导致现场焊接的工艺参数不完善和操作经验不足，往往导致钢材淬硬倾向增大、对裂纹和氢脆的敏感性大以及容易出现延迟裂纹的后果：检验难度大。现行的焊接过程质量检测方法、评定标准的可操作性不强，并且存在人为因素等均容易导致焊接质量缺陷。

2焊接变形的控制

减少焊缝截面积。在焊接施工过程中若出现凸出很高的焊缝，其多出的焊缝金属并不能提高许可强度，反而增加了应力集中系数同时消弱了坡口的综合性能，因此在焊接施工中应采用V型刨边以便形成V型坡口以尽量减少焊缝金属量；

多层多道焊接，施工中应坚持焊缝数量愈少愈好的原则，并在每条焊缝内尤其是在厚板焊接时采用多层多道焊接；焊缝平衡，应尽量保证焊缝尽可能对称，并要靠近中和轴施焊，实现一个收缩力对另一个收缩力相互平衡以有效控制减少变形。

逆向回焊法，若焊接的总进程为从左到右，则施焊过程中每个焊缝应从右到左，即分段侧焊，以免由于在每道焊缝施焊后沿焊缝板内侧的热量导致该处膨胀使两侧板向外分开，而当热量在板内侧向外扩散后板外边缘膨胀致使其重新合拢。

反变形法，采取在施焊前将需焊接构件刻意偏置的方法来有效利用收缩力，诸如将某些组合在焊接前装偏，待焊接时其预偏量能够恰好回到所需位置，或用机械方法产生反向力来将构件进行弯曲或预拱以抵消收缩力。

采用反力平衡收缩力，采用夹具产生的约束力或构件装配为组件时的约束力以及构件在重力作用下产生的拱度等所产生的反力来平衡焊接过程中产生的收缩力。其中夹具法是将同等焊接件背靠背紧夹在一起后用夹具将其夹好，待其焊接完成并冷却后将夹具松开。

锤击法，锤击法也是消除收缩力的方法一种，其本质是在焊缝上施加外力的方法将焊缝变薄变长来消除残余应力，在锤击过程中应坚持在一定层面温度中锤击、在一定频率下锤击、在一定力道下锤击和焊道根部不锤、等材不锤、焊道表面不锤的“三点锤、三点不锤”的原则。

合理布置焊缝，对焊缝进行合理布置避免焊缝间距离太近现象，当材料尺寸与零件长度尺寸不同应尽量减少或不做拼接焊缝的措施来减少焊接应力集中和焊接变形。

二、钢结构加工质量控制

2.1详图分解控制

在加工前，施工单位应对施工蓝图进行1：1放样分解，经审核无误方可进行1：1放样下料。技术人员必须做加工技术交底。

2.2加工质量控制

1）机械剪切下料时应考虑加工硬化区，硬化区材料力学性能有所变化，即抗拉强度提高，延伸率及冲击韧度降低，材料脆性增加，为此硬化区必须刨去；气割下料时，应考虑切割损耗（割口尺寸），一般为4～6mm。

2）孔加工方式应严格按照图纸及施工组织设计要求，图纸要求采用机械加工时，禁止采用气割加工，确保加工质量；孔距偏差应符合设计图纸及《钢结构工程施工质量验收规范》，同时应考虑安装时的累计误差；地脚螺栓孔加工，条件允许时可先对现场预埋进行实地测量，参考实际测量结果，加工地脚螺栓孔。

三、焊接质量控制

3.1焊接材料的质量控制

根据设计要求选择焊材，焊材（包括：焊条、焊丝、焊接气体、焊剂等）进场，施工单位向现场监理单位申请验收，现场监理单位应从以下内容进行审查。焊接材料外观检查及性能复验应符合有关标准要求。

3.2焊接工艺过程控制

现场监理单位应认真审查设计图纸和施工单位上报的施工组织设计（包括焊接方法、焊接材料及工艺）。一般情况下，所选择的焊接材料必须与焊接母材和焊接工艺参数相匹配。同时对施工现场进行实地考察：现场施工设备是否符合设计图纸、施工组织措施和规范要求。

3.2.1焊接要求

焊材存放及烘焙焊条、焊丝及焊剂应存放在干燥、通风良好的地方，由专人保管；焊条、焊剂及药芯焊丝在使用前，必须按产品说明书及有关工艺文件规定进行烘干。

焊接人员必须持证上岗，所持上岗证的焊接方法及类型、施焊范围与实际施工相一致，同时证书必须按规定时间进行复验（一般情况下，每2年复验一次，复验由发证部门进行）；焊接前施焊人员必须详细查看图纸和焊接工艺，对焊接设备进行检查；施焊人员对上道工序进行检查，如材料规格、坡口类型及尺寸、材料变形情况等，发现问题及时反映并停止施焊。焊接施工后，进行自检，合格后，焊接人员应对所焊接的焊缝进行标示（如打钢印），以便焊缝具有可追溯性。

3.2.2焊缝检验

1）焊缝外观检查

焊缝的焊波应均匀，焊道与焊道、焊道与母材间过渡平滑，飞溅残留物和药皮必须清理干净，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。一、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷；且一级焊缝不得有咬边、未焊满、根部收缩等缺陷。焊缝观感要求：外形均匀、成型较好，一般情况下，角焊缝截面应为等腰直角三角形，其焊角高应符合设计图纸要求，未要求时，为不小于焊缝处母材的最小厚度。焊角高度偏差：当hf≤6mm时，0～1.5mm；当hf>6mm时，0～3mm。为使构件具有可追溯性，要求对构件作焊工标示。

2）焊缝探伤检验

根据设计图纸及《钢结构工程施工质量验收规范》要求对焊接构件根据一级焊缝100%探伤检验，二级焊缝20%探伤检验。除此，下列情况须进行探伤检查：①外观检查发现裂纹时，应对该批中同类焊缝进行100%的探伤；②外观检查怀疑有裂纹时，应对怀疑部位进行探伤；③设计图纸要求进行探伤的焊缝。

结束语：钢结构制作质量决定着钢结构能否达到设计要求的使用功能，钢结构制作涉及多学科、多专业，控制要点多，隐蔽工程多，制作技术复杂，质量控制难度大。在钢结构制作过程中，只有对影响质量的因素进行全过程、全方位控制，才能达到满意的效果，才能确保工程质量。有了制作质量的有力保证，现场安装会有更精确更快的效果，整个过程质量控制工程就会顺利验收。

参考文献

[1]冶金工业部建筑研究总院.GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册[M].北京：中国计划出版社，2002.

[3]中冶集团建筑研究院.JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程.