浅谈同外径不同厚度钢管对接焊缝的质量控制

李灵芝，高传孝

（1.中煤第五建设有限公司第五工程处，江苏 徐州 221140；2.中煤第五建设有限公司现代钢结构厂，江苏 徐州 221140）

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。结合湖北黄石工程不同厚度同外径钢管的对接焊缝，从人、机、料、法、环五个方面进行分析，通过更换药芯焊丝、制定新的焊接工艺等，确保焊缝质量。

螺旋钢管；焊接工艺；焊接缺陷

1 工程概况

黄石工程为三连跨钢结构厂房，建筑面积19216 m2，厂房格构柱采用双肢钢管混凝土柱（见图1），为砼泵送顶升浇筑密实。钢管柱截面由上下两节柱组成：上节柱为焊接H型钢，下节柱由同外径、不同厚度的螺旋钢管φ750×20和φ750×10对接而成。

该工程拥有260t的行车吨位，如此吨位的行车在我国钢结构厂房中仅有两部，而行车所受到的荷载全部通过钢管柱传递到地基基础。该工程合同工期为90d，如果按照钢管内加衬管的对接方式，仅衬管加工就需要30d，然后再焊接完成，中间施工所需要的时间已满足不了合同工期要求。因此，采取用两钢管厚度差来代替衬管。这样可以节省材料，节约加工工期。

图1

2 影响焊接质量的因素

人、机、料、法、环。

2.1 人

焊接作业人员因素。

加强对焊工的质量意识教育，由有经验的高级焊工施焊，并定期对对焊工进行岗位培训，从实践上提高操作技能，并严格执行焊接工艺规程，认真执行考试制度。

2.2 机

焊接设备集中，探伤仪器老化。

变压器超负荷，进行钢柱对接焊时需限制某些设备工作，由于探伤仪是过去的模拟机, 判断曲线要靠自己计算后绘制的，测出的数据误差大，易产生误判。

2.3 料

钢管表面清渣不彻底，现所有钢管均通过抛丸机进行表面处理。焊丝表面镀层不均匀，为使焊缝达到要求，即表面无气孔、根部收缩小等，将实心焊丝更换成药芯焊丝。

2.4 法

只有同壁厚管对接焊接工艺，无不同壁厚同外径钢管对接焊接工艺，根据有关规定和国家标准制定新的焊接工艺并进行评定。

2.5 环

天气炎热，焊接区风扇多风大。

本工程加工期在8、9月份，加工现场炎热,为确保施工人员身心健康，对现场降温配置风扇，调整风扇使之不正对焊缝方向，降低焊接速度也可以缓解风扇带来的影响。

3 影响焊接缺陷的几个方面

根据GB50205-2001钢结构工程质量验收规范要求，二级焊缝必须满足（表1）。

表1

通过现场调查，找出经常出现问题的方面，整理出下表（见表2）。

表2

由表2可以看出，影响焊接质量的主要问题是焊缝内部缺陷，其累计频率达到64.3%，成为解决问题的主要对象。

4 常见焊接缺陷的防止措施

4.1 未焊透

焊接时接头根部未完全熔透的现象。

巴志鹏认为，中国共产党的生态文明建设思想是对中国古代朴素的人与自然和谐观“天人合一”及朴素的自然伦理“仁民爱物”论等传统生态文化的扬弃和对马克思恩格斯的人与自然协调发展观的传承［19］。而荣开明则认为，生态文明建设思想的主要渊源，包括马克思主义生态文明理论，党的三代领导集体探索中国社会主义建设的论述和前期经验，国外有关生态文明建设的理念和经验，中华文明中的生态文明智慧［20］。

4.1.1 产生原因及危害

焊件坡口角度和装配间隙过小，钝边太大和坡口边缘不齐，电流小而运条速度过快，焊条倾斜角度不正确等。此外，焊件坡口表面清理不净、背面清根不彻底也容易产生未焊透。未焊透减少了焊缝的有效工作截面，造成严重的应力集中，大大降低了焊接强度。

4.1.2 防止措施

正确选定坡口形式和装配间隙，认真清除坡口边缘两侧污物。选择合适的焊接电流，运条时随时注意调整焊条角度，使熔敷金属和母材之间充分均匀地加热和熔化。

4.2 表面气孔

焊接过程中熔池金属高温时吸收和产生的气泡，在冷却凝固时未能逸出而残留在焊缝金属内所形成的孔穴，称为气孔。气孔是一种常见缺陷，不仅出现在焊缝内部和根部，也出现在焊缝表面现象。

防止措施：焊前仔细清理母材和焊丝表面油污、铁锈等，适当预热除去水分；焊前严格烘干焊接材料，低氢型焊条必须存放在焊条保温桶中；采用合适的焊接电流、电压及焊接速度。

4.3 咬边

因焊接造成沿焊趾（或焊根）处出现的低于母材表面的凹陷或沟槽称为咬边。它是由于焊接过程中，焊件边缘的母材金属被熔化后，未及时得到熔化金属的填充所致。咬边可出现于焊缝一侧或两侧，可以是连续的或间断的。

防止措施：选择适当的焊接电流、电压和焊接速度，采用短弧操作，掌握正确的运条手法和焊条角度，坡口焊接时，保持合适的焊条离侧壁的距离。

4.4 根部收缩

根部收缩缺陷由于焊接参数选择不正确或操作不当，在焊道根部形成焊道表面收缩。

形成原因：焊接电流太小、焊接速度太快或间隙小，使得熔池温度过低，形成焊道收缩。

预防措施：调节好焊接电流，控制焊接速度，严格控制好层间温度，控制对口间隙及钝边厚度。

4.5 其他

焊缝化学成分或组织成分不符合要求：焊材与母材匹配不当，或焊接过程中元素烧损等原因，容易使焊缝金属的化学成份发生变化，或造成焊缝组织不符合要求。这可能带来焊缝的力学性能的下降，还会影响接头的耐蚀性能。

5 根据影响焊接质量的主要因素，制定相应的对策（见表3）

表3

6 对策实施

6.1 实施一

对所有持有高级焊工证的人员进行现场考试，使之实际操作达到焊接水平时方可进行螺旋钢管对接焊。

6.2 实施二

为满足本工程的技术要求,购置一台数字式HS600探伤仪，判断曲线是自动生成，减少人为绘制曲线的误差。数据显示直观、易判断，探伤检测数据准确率100%。

6.3 实施三

到现场摸索、进行焊接试验，将钢管管径分成4段对焊，每段对焊分别采用三种焊接方式，如图2所示。通过调整不同的焊接手法来达到焊接要求。焊接时要做好电流、电压、焊接速度记录，最终总结归纳数据，制定适合不同壁厚且管径＞400mm对接焊缝的工艺，焊缝探伤合格率100%，通过施焊、探伤检验、外观检验符合图纸和标准要求。

图2

7 效果检查

通过严格的PDCA循环，使原来很难控制的不同厚度同外径的螺旋钢管柱缝的质量得到了很好的控制。焊缝随意抽查合格率达到了100%，达到了预期效果。焊接施工质量得到保证，受到甲方、监理及质量监督部门的好评，获得了良好的社会形象。

8 结语

湖北黄石工程在开工之初，通过试验、调查，掌握了影响焊缝质量的各项因素，通过分析，认真找出影响焊接质量因素的主要原因，并制定了专项针对性措施。坚决杜绝钢结构工程各种焊接缺陷，并避免其他钢结构焊接缺陷的产生，确保了不同厚度同径的螺旋钢管对接焊缝的施工质量。

[1]GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2]倪真.钢结构焊接缺陷对施工质量的影响[J].钢结构，2013（3）.