浅析钢结构制作过程中影响工程质量的主要因素及应注意的问题

文/沈浩 上海深水港国际物流有限公司 上海 201308

1、概述

目前，对钢结构建筑工程虽然有各种标准法规的出台和运行，但是经常还是有一些钢结构工程会出现这样或那样的问题，譬如钢结构工程出现裂纹，构件表面涂料脱落等类似的质量问题，虽然中间有部份会涉及到原材料的问题，因为一旦原材料出现问题，直接影响到建筑物的安全使用。绝大部分是由于制作加工和施工安装的问题而导致的工程质量问题。要消除钢结构工程的质量通病是一个巨大的系统工程，需要在建设过程的各阶段、参与建设的各方、设计施工的各个流程和环节要引起足够的重视。同时钢结构的新技术、新工艺的推广和应用也应该加大宣传力度，使大家能够切实的感受到钢结构工程处对人们的居住、生活、工作关系的重要性，最大力度的控制质量通病并得到消除。

2、钢结构工程产生质量问题的分析

钢结构工程质量难以保证的原因有很多，也很复杂，既有工艺不当导致的问题，也有违反工艺操作造成的问题，还有由于施工人员的技术水平和责任心造成的问题，还有决策者失误造成的质量问题。本文主要从建筑钢结构在制作过程中最容易发生的问题进行分析.

2.1 钢材本身存在的问题

某单位在加工某高层钢结构建筑1200＊1200＊60的箱形柱时，在施焊过程中突然发现60mm作为腹板的厚板出现了撕裂现象，肉眼可见清晰的裂纹把板从厚度方向分成两半，经过NDT检测发现裂纹深度发生在深度3mm左右，同时对同一类型同一批号的另外几张板切割的零部件进行检测，发现板内存在夹层，轧制质量不好是造成质量问题的主要原因。在焊接的过程中由于焊接产生的焊接应力作用将夹层的材料拉开。由此出现了厚板沿厚度方向撕裂的现象。

原因分析：由于使用部位的特殊性，该零部件在构件中作为腹板使用，沿纵向上下方向焊接的零部件在焊接形式上开的全熔透坡口受力的劲板，由于板内部存在的分层，焊接产生的焊接应力向外释放从而沿厚度方向撕裂了板。

根据实际情况可以采取以下的几种措施进行处理：

（1）大量的钢材内部存在的夹层属于钢厂本身在轧制过程中产生的质量问题，已经超过了国家标准规范的要求，可以要求钢厂派人来核实，同钢厂协商退货或换货处理；

（2）如果夹层数量较少可以征求技术部门和业主的意见，将信息反馈给钢厂，对出现的问题采取施工补救措施，可以根据无损检测的结果，在有问题的部位采用气刨全部刨开，超过本身的深度，然后用等强度焊接材料进行填充，完毕后对表面进行处理，在规定的时间后进行NDT检测，同时对相同的构件取样进行理化检验，达到设计规范要求可以继续使用；

（3）在监理的见证下将该零部件割掉，重新换上满足条件的板材，换下的零部件用于非承重和非重要部位或作为辅材使用，完成后在规定的时间后进行NDT检测，做好记录。

可以采取的纠正方案及预防类似质量问题的措施有：

（1）在签订钢材的采购合同中，对采购的钢材的提出探伤特殊要求，这样要加大采购成本。但是从源头上制止避免经济损失。

（2）对于已经采购回来的原材料，但未进入生产流程的钢板，未开料之前，在堆料场对原材料进行100%的NDT检测，避免在开料和加工过程中造成的既定损失，把损失控制在没有进入生产流程之前。

（3）对有特殊要求的用于特殊部位的厚板进行Z向性能试验和理化试验，对材料的质量进行认可。

（4）编制合理的工艺文件。对于焊接过程中，特别是采用全熔透焊接的中厚板采用合理的加工制作工艺，技术部门在施工前做好施工工艺，做好现场的工艺指导，质检部门加强现场监督检查，特别是监督控制焊接人员的技术水平、焊接方向、施焊次序、焊接过程中的保温措施和层间温度控制等等，采取各方面的保证措施来防止由于焊接施工造成的焊接缺陷。

2.2 钢结构施工流程中出现的问题

根据国家规范、技术标准和监理方对于钢结构的要求，结合本人在钢结构施工现场五年多的工作经验，在加工制作过程中较易发生质量问题且发生后处理起来很棘手的主要是特殊工序和重要工序。一般工序发生质量问题所占的比率很小。在上面的施工过程中，特殊工序有焊接、涂装，重要工序有下料，装配。

2.2.1 焊接工序

该工序属于隐蔽工程，也是最易发生质量问题的工序之一，从2006年产品质量报表统计显示，发生该工序的质量问题中：因为焊接质量导致的焊缝返修率高达70%以上，其次是由于上道工序操作不当和操作人员的技术问题而导致焊缝质量问题约占8%，这样问题属于直接影响工程质量的主要问题，所以此类型的问题必须通过专业的检测公司运用专业的检测工具才可以检测、评判出来，一般根据焊缝内的缺陷类型分为夹渣、未溶合、气孔等。

原因分析：

（1）在X类型坡口熔透焊缝中，在施焊过程中由于反面的清根不彻底，导致在出现焊缝中出现质量问题。

（2）采用垫板的V类型的坡口焊，由于垫板靠焊缝的一侧垫板表面的氧化皮、铁锈、油污等未清理干净或者清除不彻底，直接在上面施焊，事后通过仪器检测发现垫板处存在质量问题；

（3）由于工艺文件编制的不合理，如焊接位置狭小工作面不能展开、坡口的大小的设计不满足施工要求、在焊接过程中采用的焊接电流不满足要求、由于焊接工序不正确导致的不可矫正的变形、中厚板的加工事先没有进行预热处理，焊接过程中的保温措施及层间温度的控制不当等。

（4）在构件的焊接过程中因焊接方法不合理满足焊接质量要求。采用焊缝手工打底操作时因焊接质量本身不满足要求而进行埋弧自动焊接盖面操作的；采用的埋弧自动焊接的焊丝焊剂没有按规定进行烘焙和温度控制；由于焊接操作者责任心不强而使焊缝表面产生的缺陷问题。

可以根据具体情况采取以下的几种处理措施：

（1）编制正确的工艺文件，特别是对于采用中厚板焊接的构件，要结合具体的工程结构特点制订相关的焊接工艺评定，做好试验过程中的记录，为以后的施工积累经验。对于坡口的大小，预留的间隙等严格的按国家标准进行确定。保证工艺文件的制定的准确性、可操作性、经济性和适宜性。

（2）对于焊接材料的选择必须通过焊接工艺评定的试验和国家的标准加以确定，在施工过程中使用要求严格的按照国家标准进行用前存放、用时焙烘，保温温度必须控制在规范要求的温度之内。

（3）在装焊过程中装焊件表面的铁锈、油污、氧化皮等必须按清理干净，以保证施工焊接过程中基层工作做好。保证焊接基层的表面处理好。

（4）在施焊需要清根的反面必须清理彻底和干净，保证焊缝达到设计要求。

2.2.2 涂装工序

该工序也是属于隐蔽工序，对结构的影响小于对于建筑功能的影响。也是较易发生质量问题的工序。工序的质量问题主要表现在：构件表面的漆膜大面积脱落和局部脱落，构件表面的漆膜脱落、产生流挂现象，漆膜的厚度不够，漆膜厚度分布不均，漆膜的颜色色差较大。

原因分析：

（1）构件表面的基层处理不彻底，存在铁锈、氧化皮或者油污等情况，不满足构件表面的粗糙度要求，所以导致附着力不强，特别是涂装要求比较严格的工程，对构件必须满足工艺和设计的要求。

（2）因为施工技术水平的原因。采用的施工工艺比较落后，采用的人工手工操作，例如刷涂和滚涂，导致油漆涂装的厚度分布不均匀，在施工前后进行的补漆导致涂料的颜色色差较大。

（3）在施工过程中避免由于天气、人员的违规操作等客观因素造成的质量问题，例如现场施工的温度、湿度条件超过规定的要求，对构件缺少保护等。

（4）由于赶工期和抢任务导致的油漆涂装中的严重违规问题，此类问题将酿成重大的质量隐患和质量安全。

可以采取以下处理措施来纠正和预防质量问题的发生和避免潜在问题的产生：

（1）在每个工程开工之前，做好构件涂装试片工艺评定，以确定构件表面所应该采取的措施和工艺文件编制的正确性和可操作性，漆膜厚度、油漆实干、表干的时间，环境温度的影响和控制。

（2）保证底漆、中间漆、面漆层之间的间隔时间及其总厚度的要求，严格按照油漆供应厂家提供的资料进行施工，避免由于不同组份的涂料之间发生反应而影响涂装最后的质量。

（3）对于构件在涂装前构件表面的打砂质量满足质量要求，喷涂油漆之前必须把砂粒、毛刺及其需要屏蔽的地方按要求屏蔽好，打砂完毕后两小时后必须进行构件表面的涂装。

（4）刚刚完成涂装的构件必须做好防雨、防风沙和灰尘的措施，避免构件表面的污染，影响构件的感观质量。

（5）在喷涂过程中要防止与其他不同颜色的工程构件堆放在一起，避免喷涂过程中的涂料组分飘动的交叉感染。

（6）完成作业后对于涂装的工具要及时的做好碰喷涂器具的清洗保养工作。

2.2.3 放样下料工序

该工序属于构件加工之前的龙头，其质量的好坏对下道工序存在着直接的影响，甚至导致下料的零部件全部的报废，这种情况的发生是很普遍的，所以在下料之前对于加强过程的质量监控是十分重要而且必要的。该工序的产生的质量问题主要表现在：对于长条和薄板类型的零部件在切割中变形比较厉害；由于切割气体或者板材内部存在夹渣和成份分布不均匀而导致的切割面出现马牙纹、节瘤、割痕深度超标准；气割或锯切的零部件未考虑后续工序的收缩变形而导致的零部件尺寸超标；由于工艺文件编制的失误而导致的批量零部件报废；下料切割的尺寸严重的超过了标准的要求。

原因分析：

（1）切割气体的纯度不满足要求，导致切割面出现质量问题，

（2）由于钢材的表面氧化皮在突然受高温时爆裂，堵塞割枪出现切割质量类似锯齿、马牙等情况出现；

（3）由于操作工人的技术水平导致手工操作时出现了切割线不直，切割面倾斜等质量问题；

（4）由于受力不均匀，长条形的零部件出现马刀弯。

（5）与操作机械的轨道、仪器的使用程度和精密度有关。比如在切割过程中由于切割机械使用的年限较久，在行走过程中出现抖动、弹跳等问题影响切割。

可以采取以下处理措施来纠正和预防质量问题的发生和预防潜在问题的产生：

（1）在批量性的零部件放样之前做好抽查检验工作，这样可以避免大量造成无法挽回的补救；对于复杂零部件制作的模板（件）采用的监督检查制度，把问题控制在未开料之前。

（2）加强对过程的监控力度，严格实行“操作者自检——班长互检——专检员专检”的“三检制”，做好过程记录监督执行情况，不能让“三检制”流行于形式。

（3）在正式切割之前搞好切割前的预热工作，防止切割过程中的钢材表面氧化皮的突然爆裂，阻塞割嘴，同时造成切割面的缺陷，避免在下一道工序中在进行修补打磨。

（4）尽可能的采用自动和办自动手工劳动，减少人工手工操作，减少人为因素的发生。

2.2.4 装配工序

该工序在构件加工的质量中占有重要的地位，其质量受上道工序的影响较大，所以在装配前加强过程的监控是非常的重要。该工序的产生的质量问题主要表现在：装配的零部件位置错误，如3450mm装成4350mm；零部件的使用错误，本来应该装配2#零部件件，装配的却是3#另部件；零部件在正确位置上装配错误、如板上的孔45mm本来是朝外，而实际把45mm朝内装了；装配的零部件装配间隙超过规范和技术文件的要求，3mm的间隙现在7mm；有些零部件没有经过校正就进行装配，装配完成后已存在的变形没办法消除变形；操作工为图省事私自切割造成零件上孔位置尺寸超标；装焊区没有进行表面处理；由于图纸尺寸的错误造成的装配错误。

3、钢结构制作过程应注意的问题

除上述几个主要工序影响到钢结构工程质量外，在钢结构整个制作工艺其他工序中一些因素也影响到工程质量，应加以重视和避免。下面结合我公司钢结构工程钢构件的制作工艺作简要阐述：

本工程的钢梁钢柱,制作工艺流程为：放样→下料→电脑编程→拼板→CNC切割→组立→埋弧焊接→钻孔→组装→矫正成型→铆工零配件下料→制作组装→焊接和焊接检验→防锈处理、涂装、编号→构件验收出厂。

3.1 制作放样

放样是钢结构制作工艺中的第一道工序，只有放样尺寸精确，方可避免以后各加工工序的累积误差，才能保证整个工程的质量，因此对放样工作，必须注意以下几个环节：

放样前必须熟悉图纸，并核对图纸各部尺寸有无不符之处，与土建和其他安装工程有无矛盾"核对无误后方可按施工图纸上的几何尺寸、技术要求，按照1：1的比例画出构件相互之间的尺寸及真实图形。

样板制出后"必须在上面注上图号、零件名称、件数、位置、材料牌号、规格及加工符号等内容"使下料工作不致发生混乱"同时必须妥善保管样板防止折叠和锈蚀，以便进行校核。

为了保证产品质量"防止由于下料不当造成废品，样板应注意适当增加余量。

3.2 拼板

拼板时应注意的问题：

拼板时应考虑下料切割焊缝的收缩量，适当放出余量，自动切割缝为2MM，手工切割缝为3MM，焊缝收缩量视构件长度一般应放20-30mm。

拼板焊应按图纸对焊缝等级的质量要求进行，焊接前应清除焊缝口锈蚀、油迹、毛刺等，按要求开好坡口"单面坡口55±5，纯边高度1.5-2MM采用焊缝清根，焊剂烘潮，焊丝清洁等措施，以保焊缝质量。

3.3 CNC切割

CNC切割时应注意的问题：

按下料图要求制作角度样板,经检查无误后方可使用。

切割时应考虑割切、焊接的收缩余量及组装误差,长度一般应放20～30mm,切割宽度误差±1mm。

编程后,切割机应空机运行,记录运行轨迹是否与下料尺寸相符,无误后即可切割。

割切时,根据板厚随时调节火焰大小、氧气压力、切割速度,确保切口光顺平滑。

3.4 组立

组立时应注意的问题：

翼腹板有对接焊缝时,组立应注意翼腹板焊缝错开200 mm 以上。

组立时确保腹板对翼板的中心线垂直度偏差为b /100 且≤2 mm,中心线偏移≤1 mm。翼腹板间隙应≤0.8 mm,以满足埋弧焊的需要。

定位焊间距一般为300～400 mm,焊缝高度不超过设计缝厚度的2/3, 焊条型号应与构件材质相匹配。

3.5 埋弧焊

埋弧焊应注意的问题：

焊接所采用的焊丝、焊剂应与构件的材质相匹配。

焊前应对焊丝、焊缝进行清洁,除去油渍、锈迹,焊剂等。

焊接时应加引弧板和收弧板,引弧和引出的焊缝长度应大于50 mm,焊后应切割。

选择合适的焊接电流、电压、焊接速度及合理的焊接程序,确保焊接质量,减小焊接变形。

3.6 制孔

钢结构安装时所留A、B 级螺栓孔应具有H12的精度,孔壁表面的粗糙度Ra 不应大于12.5um,螺栓孔的允许偏差超过上述标准, 不得用钢块填塞,可采用与母材料性质匹配的焊条补焊,再重新制孔。

制孔方法采用钢模钻孔,各种钻孔全部采用钻床钻孔以提高工作效率,保证构件的质量。

3.7 矫正

钢材切割或焊接成型后,均应按实际情况进行平直矫正：

好的零件在加热矫正时, 加热温度应根据Q345 性能选定,不得超过900 ℃。

钢结构在加热矫正后应缓慢冷却,不能用水冷却。

矫正的钢材表面,不应有明显的裂缝或损伤。

结语：

以上是我对易引起工程质量问题的过程点的一些认识。结合几年的工作经验，我深刻认识到在钢结构施工过程中，正确认识并尽量避免一些质量隐患因素，不仅能够确保加工质量，而且也能收到较好的经济效益。