大型结构件的焊接质量控制

张广利

（中国能建西北电力建设工程有限公司技术中心，西安 710032）

大型结构件的焊接质量控制

张广利

（中国能建西北电力建设工程有限公司技术中心，西安 710032）

为了提高大型结构件焊接时不同焊接阶段的焊接质量，对焊前、焊接过程中以及焊后三个阶段影响焊接质量的因素进行论述和分析。分析结果表明，焊前进行焊接工艺审查、焊接设备及仪器校准、母材及焊材检验等措施，能够有效预防缺陷的发生；焊接过程中进行焊缝表面质量检查、规范焊接参数和技术要求，同时要求焊工进行严格的焊接操作，能有效提高焊接质量；焊后对焊接结构件的热处理、压力测试和无损检测，能有效保证焊接产品质量。最后针对焊接时的不合格项，给出了相应的处理措施。

焊接；大型结构件；焊接质量

焊接是大型工程结构建设的基本方法，其质量直接影响到大型结构工程的安全可靠性。因此，焊接质量控制就成为保证整个工程质量的关键环节。本研究针对大型结构工程焊接过程中不同阶段的焊接质量控制进行了相应的描述与分析，并就存在的问题给出了相应的处理措施，通过焊前、焊接过程中以及焊后的质量控制，能有效减少焊接不合格项的发生，提升大型工程结构的整体质量。

1 焊前质量控制

焊前质量控制主要包括：焊接工艺审查、焊接设备及仪器校准、母材及焊材检验、焊接工件的准备等。这些工序可以起到质量控制与缺陷预防的作用，避免可能出现的焊接问题，降低焊接成本。

1.1 焊接工艺审查

焊接工艺是保证工程结构焊接质量与安全的重要措施，因此必须对其进行正确性及合理性的审查[1]。通常，先审查施工图纸、标准、规程和规范等，审查其是否满足国家相应的标准及技术规程，有些项目或产品还应满足项目验收方或者产品购买者要求的相关技术条款。当项目没有具体的技术要求规定时，则必须按国家或地方相应标准进行施工和验收。对一个项目来说，可能有多个标准或技术规范同时适用，通常执行较严格的标准或技术规范。

除了对施工图纸、标准、规程和规范进行审查之外，焊接工艺审查还包括以下内容：①焊接符号规定和焊接尺寸要求；②焊接接头设计规定和尺寸要求；③焊接尺寸是否具体详细并留有变形余地；④焊接线能量；⑤焊接工序要求；⑥预热要求和预热方法（须在焊接工艺中体现）；⑦焊后热处理（PWHT）的要求和适用条件；⑧检验停止点和无损检测要求；⑨压力试验要求；⑩气候状况和防风要求等等。

最后，还要进行焊接工艺评定，以检查焊接工艺是否符合相关行业标准及技术规定。操作过程应由技术熟练的焊工进行。焊接工艺评定和焊接工艺指导书应由制造单位的焊接责任工程师审核，总工程师批准并存档。焊接指导书或焊接工艺卡发给相关部门及焊工[2]。

1.2 焊接设备及仪器校准

焊接设备及仪器的性能、稳定性、可靠性等都会直接影响到焊接质量。设备结构越复杂，机械化、自动化程度越高，焊接质量对其依赖性也就越强。因此焊接设备及仪器必须具有良好的性能稳定性[3]。对于重要的焊接结构产品，其质量保证体系中应包括焊接设备及仪器的定期检验制度，使焊接设备及仪器符合项目合同或相关标准、规程及技术规范的要求。

通常，焊接设备及仪器包括焊接电源、坡口加工及切割设备、预热及焊后热处理设备、夹具及固定机具、焊接生产的起重机装夹设备、用于焊接材料处理的烘干炉和保温筒，以及无损检测设备等。焊接设备及各种仪表（如电流表、电压表、接触式测温仪等）使用前须进行校准；焊材烘烤箱应具有自动加热和可视温度显示装置，且相关仪器须经过校准；预热、焊后热处理相关设备应符合相关技术规范要求，使用前须经过校准且在有效期内；压力试验程序及设备应符合相关标准、技术规范要求，并应详细说明测试要求；压力试验设备和量具使用前应按照相关测试要求校准，且在有效期内。

为了更好控制焊接质量，还要求对设备及仪器作如下工作：①定期维护、保养和检修；②定期校验各种仪表（包括电流表、电压表、气体流量计等）；③建立设备状况档案；④建立设备管理制度及设备使用人员责任制。

1.3 母材及焊料检验

大型焊接结构件主要以板材、型材以及管材为母材进行焊接加工。焊接材料主要为焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。母材和焊材质量的检验关系到焊接结构件的质量与安全。因此，在施工前必须对母材及焊材进行质量的全方位检验，确保其材料性能和合金成分符合相关技术规程及标准要求。

对于母材，采购时必须三证（合格证、质量证明书、生产许可证）齐全，施工时要能满足其他附加要求 （低温韧性要求，应在WPS中体现，并在相应的力学性能测试结果中予以体现）。对于重要产品或有合同约定的材料，应对其力学性能进行抽检，抽检频次、试样数量及检验项目、评定方法按合同约定或相关标准执行。力学性能实验机构必须是经监理批准的具有相应资质的单位[4]。此外在使用前应检查材料的质量证明书，确保无误。

对于焊材，首先应考虑与母材的匹配性，其次综合考虑焊接工艺和焊接结构件的力学特点进行选定。如冷冲压、冷卷曲，要求焊接接头有较高的塑性变形能力等。另一方面，还需规范焊接材料的管理。内容包括焊材采购、入库验收、保管、烘干、发放、回收制度等[5]。对于重要的焊接结构件，应对焊材进行抽检，如有附加要求，还需做批量试验。焊材在贮存时应分类存放且避免受潮、氧化及损坏等情况，存放期间应具有标识使其具有可追溯性。

1.4 焊接工件的准备

焊接前需按照焊接工艺规定确认焊接夹具、接头装配和尺寸的合理性及正确性。管道焊接装配时需留有适当间隙，且误差须在允许范围之内。施焊前须检测焊接表面是否无油污、油漆、铁屑、灰尘等外来污染物，如需烘干除氢，则按焊接工艺要求进行[6]。此外，还需检验坡口的形状、角度、钝边和根部间隙尺寸及表面粗糙度是否符合要求。

当焊接在潮湿、有风或寒冷的露天场地进行时，应对焊接作业区域提供适当遮蔽，对于刚性较大、构件板较厚或焊段较短时，应采取焊前预热措施。同时根据相关标准及技术规范要求确认预热设备和预热温度。

2 焊接过程中的质量控制

焊接过程中，质量控制工作主要包括：焊缝表面质量检查、焊接参数及技术规范、热处理等检验。主要为了保证焊接质量，减少返修数量，降低焊接成本，提高焊接效率。同时焊工的技能水平及焊接工艺制度的执行情况也对焊接质量起着决定性作用。

2.1 焊缝表面质量检查

焊缝表面质量检查有利于发现内部缺陷。焊接需确保焊道根部熔透，同时保证焊缝外观和尺寸的准确。表面质量检查内容主要有：①焊缝外形应均匀，焊道与焊道、焊道与基体金属之间应平滑过渡，不得有截面的突然变化。②焊缝表面不得存在裂纹、烧穿、未熔合、夹渣和未填满的弧坑等。③根据相关技术规定，对接接头的焊趾角度应不小于140°，T形接头的焊趾角度应不小于130°。④焊缝表面的凹凸差 （即焊缝余高）的差值，在焊缝任意25 mm长度范围内，不得大于2 mm，否则需相应部位修磨处理。⑤断续焊缝每段焊缝的有效长度不小于规定的长度要求。⑥根据GB 50205—2001《钢结构工程施工质量验收规范》规定，角焊缝的焊脚尺寸K0必须大于等于T/4（T为母材厚度）。⑦焊缝表面不允许有高于2 mm的焊瘤。⑧焊接结构重要部位的对接焊缝，对咬边深度d的要求为：当T≤6 mm时，d≤0.3 mm，局部d≤0.5 mm；当T＞6 mm时，d≤0.5 mm，局部d≤0.8 mm。其他部位对接焊缝及角接焊缝的咬边深度d的要求为：当T≤6 mm时，d≤0.5 mm；当T＞6 mm时，d≤0.8 mm。⑨一些大型焊接结构件其重要部位及要求水密性较好的焊缝不允许有表面气孔的出现[7]。

依据以上规定，对焊缝表面质量进行检查，发现不符合要求的缺欠应及时记录并返修。

2.2 焊接参数和技术规范检验

通常情况下，选用的焊接参数和焊工技术规范必须符合焊接工艺规程和焊接工艺评定报告的要求，在焊接过程中需检查焊接参数及技术规范的执行情况。

按照焊接工艺规程和焊接工艺评定报告的要求检验焊接参数的设定，如焊接电流、焊接电压和送丝速度等；按照相关技术规程和合同的要求检验焊接速度、线能量、焊接顺序、焊接方向等。另外，还要检验母材型号及填充金属、焊剂和保护气体（压力、流量和纯度）、焊条保温桶等的使用情况，在没有保温桶时，检查焊工将焊条置于环境外部的最长时间是否符合相关规范。如果有定位焊时，要检验预热温度和定位焊点表面的清理情况等是否符合相关规范。

2.3 焊工及焊接操作的审核

焊工的技能水平及焊接工艺制度的执行情况在很大程度上决定了焊接质量，因此需对焊工是否持证上岗，以及是否严格按照焊接工艺制度进行焊接操作进行严格控制。如有需要，可对焊工进行现场考试操作，以验证其资质是否有效。同时还要检查焊工现场焊接工艺纪律、焊接工艺规程的执行情况，必要时抽查焊工及焊接操作工是否按照批准的焊接工艺规程进行焊接[8]。

3 焊后质量控制

焊接完成后的质量控制工作是保证产品焊接质量合格的最后一个环节，决定着焊件最终焊接质量。其工作主要包括焊后热处理、无损检测、水压试验、不符合项及缺陷检查等等。

3.1 焊后热处理

焊后热处理工作是保证焊接结构安全可靠的方法之一。焊件热处理前，首先应制定合理的热处理工艺规程，DNV第三方检验机构对热处理设备、人员资质及热处理工艺方案等进行确认。在热处理过程中，责任工程师、检验人员及操作人员全程监控整个工艺过程，对每个热电耦温控点的加热升温速度、保温温度、保温时间、降温速度等关键工艺参数进行重点监控，发现问题及时解决[9]。

除此之外，热处理前还需做以下工作：检验周围有无油漆等有害污染物；对热处理表面进行保护以防止氧化；足够的局部加热带宽度；需局部加热时对构件进行绝缘；对温度检测系统进行校准，检验测温热电偶是否夹紧；检查加热、保温和冷却的温度及时间是否正确；检查加热和冷却速度是否符合要求；检查热循环后构件变形程度是否超过允许误差；热处理后应对焊件进行硬度试验以检验热处理效果。另外，热处理工艺应适合母材、焊接接头等并符合产品标准及相关技术要求，施工过程中要做热处理记录报告。报告应体现出按照相关规程执行，对特定产品应具有可追溯性。

3.2 无损检测

无损检测是对焊缝进行表面与内部裂纹、夹渣、气孔、未熔合和未焊透等工艺性缺陷的检查。焊缝质量检测通常采用射线检测（RT）和超声波检测（UT）。

焊缝射线检测是利用阴极灯丝产生的电子高速轰击靶，或放射性物质在衰变过程中产生的电磁波来穿透工件，完好部位与缺陷部位透过剂量有差异，从而通过在底片上形成的缺陷影像，辨认和判别内部缺陷的性质、位置及大小。焊缝射线探伤由于直观性较强，又便于底片保存备查。射线检测主要检测的是体积型缺陷，如气孔、夹渣等缺陷，主要应用于主要构件的对接焊缝检验。

焊缝超声波检测是利用振荡晶片所产生的声脉冲通过耦合剂传到被检测工件中，在工件边界和分离处（内部），波阻抗发生突然变化，超声波脉冲在此会发生反射，从而来获取缺陷信号，并在示波屏上显示出来。最后根据示波屏上显示的脉冲波形来判别缺陷的性质、位置及大小，并按有关标准评定焊缝的质量等级。超声波检测主要检测的是面积型缺陷，如裂纹、未熔合等缺陷，主要用于自动焊缝和角焊缝的检验。

3.3 压力试验

压力试验目的是检验压力容器的强度和焊缝质量，分为水压试验和气压试验两种形式。水压试验主要以水为介质，用来检验液体或气体泄漏及工件致密性和强度。这种方法常用于封闭容器的致密性试验检测，如容器、阀门、管道或者整个装置的穿透性检测。水压试验方法是先将水注满容器，并堵塞好容器上的一切孔隙，通过水泵增大容器内的压力，其压力一般为工作压力的1.25~1.6倍，在此压力下保压一定时间，再把压力降至容器工作压力。此时检测人员可用小锤在距焊缝15~20 mm处沿焊缝方向轻轻敲打。若发现焊缝上有水滴或细水纹出现则表明焊缝不够致密。因此在漏水处做出标记，以便于后期修补及返修。

对于某些压力容器由于结构或支承的原因，不能在容器内充灌液体，以及运行条件下压力容器不允许残留试验液体，则可按设计图样规定采用气压试验。另外，对于有毒性的介质，设计上不允许有微量泄漏的压力容器，必须进行气密性试验，气密性试验应在耐压试验后进行[10]。

3.4 不符合项和缺陷

在焊接检验中的任何时间，如果确定有缺陷或不符合要求的情况，应将该缺陷或不符合情况告知相关责任人并在下一步工作进行之前予以彻底处理和修正，同时做修正的所有工作场所应具备相应的程序说明，并按照与技术规定相同的工作流程重新进行检验、试验及检查，直到合格。不符合项的纠正取决于不符合情况的性质及其对工件性能的影响。纠正工作除了重新焊接和后期的相关检验工作以外，还应采取措施避免不符合项的再次发生。

4 结束语

大型工程结构建设中的焊接质量，直接关系着工程结构的安全可靠性，通过焊前、焊接过程中以及焊后的质量控制，能够有效的减少不合格项的发生，提升工程结构的整体质量，减少由于焊接质量不合格导致的事故，减少经济损失。

[1]王德福.浅谈化工设备安装中焊接质量控制[J].中国新技术新产品，2010（5）：170.

[2]丁兆海.浅析压力容器制造焊接质量控制[J].硅谷，2010（2）：127.

[3]王建勋，蔡建刚，王春华.压力容器焊接质量控制的研究与实践[J].电焊机，2012，42（7）：83-85.

[4]徐进.焊接检验在工程中的应用[J].山西水利，2010（2）：54-55.

[5]毕应利.焊接质量控制之浅析[J].价值工程，2013（20）：123-124.

[6]陆钧.船舶焊接检验[J].中国修船，2004（4）：24-27.

[7]鲍爱莲.焊接检验[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2012.

[8]唐识，唐宏伟，程晓玲，等.核电站换料水箱焊接质量控制[J].电焊机，2016，46（5）：117-122.

[9]刘晓昀.厚壁压力容器的焊接质量控制[J].中国海上油气工程，2003 （4）：18-21.

[10]刘彩梅.压力容器焊接质量控制[J].化学工程与装备，2010（8）：77-80.

Welding Quality Control of Large-scale Structural Components

ZHANG Guangli
（Technology Center，China Energy Engineering Group Northwest Power Construction Engineering Co.,Ltd.,Xi’an 710032,China）

In order to improve the welding quality of large-scale structural components in different welding stages,the factors of affecting welding quality before welding,during welding process,after welding were discussed and analyzed.The analysis results indicated that the welding process investigation before welding,calibration of welding equipment and instruments,inspection of base metal and welding materials,and other measures can effectively prevent the occurrence of defects.During welding process,inspecting weld surface quality,specify welding parameters and technical requirements,requiring the welder to carry out strict welding operation,all the above measures can effectively improve the welding quality.After welding,heat treatment,stress test and nondestructive testing for welded structural components can effectively guarantee the quality of welding products.Finally,the corresponding treatment measures were given for the unqualified item in welding.

welding； large-scale structural components； welding quality

TG406

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.09.013

张广利（1968—），男，助理工程师，目前主要从事焊接技术培训及金属检测方面的工作。

2017-05-26

编辑：张 歌