浅谈超高层钢结构构件的加工质量技术管理.docx

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浅谈超高层钢结构构件的加工质量技术管理

浅谈超高层钢结构构件的加工质量技术管理

1．钢构件加工工艺流程

1.1生产准备

（1）钢构件在制作前应进行熟悉设计图纸的自审和会审工作并应按工艺规程做好各道工序的工艺准备工作、制造所需的材料、机具和工艺装备应符合工艺规程的规定、上岗操作人员应进行培训和考核特殊工种应进行资格确认并做好各道工序的技术交底工作。

（2）质检员依据国家有关标准对进场的材料进行质量外观和质量证明文件的检验，检验合格后填写材料进场检验记录。

在材料上或包装箱上做出检验合格的认可标识。

（3）进场材料根据工程的要求及材料质量的具体情况进行复验，必要时依据《金属板材超声波探伤方法》GB4730-94进行探伤，经复验鉴定合格的材料方准正式入库并做出复验标记，不合格材料清除现场避免误用。

（4）焊材的选择与管理：

依据设计图纸提供的构件材料由主管技术负责人选择相匹配的焊材焊接工艺评定结果批准后方可使用。

焊接材料的管理：

焊条焊丝入厂时必须有齐全的质量证件及完整的包装，按国家标准进行理化复验及工艺性评定。

焊材库的设置要按规范配备齐全的通风干燥等设施并设驻库检查及保管员，焊材出库时严格遵守公司的管理规定履行出库程序。

1.2放样和号料

（1）放样应采用经过计量检定的钢尺，并将标定的偏差值计入量测尺寸。

尺寸划法应先量全长后分尺寸，不得分段丈量相加，避免偏差积累。

号料是以样板为依据，在材料上划出实样并打上各种加工记号。

号料应使用经过检查合格的样板，避免直接用钢尺所造成的过大偏差或看错尺寸而引起的不必要损失。

（2）放样从熟悉图纸开始，首先应仔细阅读技术要求及说明，并逐个核对图纸之间的尺寸和方向等。

特别应注意各个部件之间的连接部位、连接方式和尺寸是否一一对应。

发现有疑问之处应与有关技术部门联系解决。

（3）放样以1：

1的比例在样板台上弹出大样。

当大样尺寸过大时可分段弹出。

对一些三角形的构件，如果只对其节点有要求，则可以缩小比例弹出样子，但应注意其精度。

（4）先以构件的某一水平线的垂直为基准，弹出十字线，二线必须垂直。

然后依据此十字线逐一划出各个点及线，并在节点旁注上尺寸，以备复查及自检。

（5）放样过程中碰到技术上的问题，要及时与技术部门联系解决。

尺寸的变更，材料的代用而产生与原图不相符处要及与设计单位联系作好更改。

（6）放样结束应对照图纸进行自检。

检查样板是否符合要求，核对样板数量并报质检员。

（7）划线、号料前首先根据料单清点样杆。

按号料要求整理好样板。

（8）熟悉样板、样杆上标注的符号和文字和含义。

搞清号料数量。

（9）准备并检查各种使用的工具，磨好石笔，保持样冲、圆规、

划针的尖锐及凿子的锋利。

（10）号料前必须了解原材料的钢号及规格，检查原材料的质量，如有疤痕、裂缝、夹灰、厚度不足等现象应调换材料或取得技术部门同意后方可使用。

（11）号料的钢材必须摆平放稳，不得弯曲。

大型型钢号料应根据划线的方便来摊料，两根型钢之间要留有10厘米以上的间距，以便于划线。

1.3切割

（1）对于长条板件采取手工号料、多头直条数控切割机下料。

（2）对于筋板、端板等各类节点板，在计算机上编制切割程序，采取数控切割。

（3）各类切割件切割前需对号料线、数控程序、进行审核合格后方可切割下料。

（4）对于主梁翼板、腹板长度拼焊缝要错开200毫米以上。

（5）切割后钢材不得有分层，断面上不得有裂纹，应清除切口处的毛刺或熔渣和飞溅物。

1.4组立

组立前检查焊缝缝隙周围铁锈、污垢清理情况，组装后应检查组装形状尺寸，允许偏差应符合规范规定，检查合格后方可施焊。

1.5矫正和成型

在钢结构制作过程中，由于原材料变形，气割、剪切变形、钢结构成型后焊接变形、运输变形等，影响构件的制作及安装质量，一般须采用机械或火焰矫正。

当采用火焰矫正时，加热温度应根据钢材性能选定。

但不得超过900℃，低合金钢在加热矫正后应缓慢冷却。

1.6制孔

（1）制孔后应用磨光机清除孔边毛刺并不得损伤母材。

螺栓孔的允许偏差超过规范规定时，不得采用钢块填塞，可采用与母材材质相匹配的焊条补焊，打磨平整后重新制孔。

（2）螺栓孔的加工采用数控钻床加工，对联接板要采用套钻方法，以保证钢架的组装精度。

1.7组装

钢结构构件的组装是遵照施工图的要求，把已加工完成的零部件或半成品装配成独立的成品构件。

零部件在组装前应矫正其变形并达到符合控制偏差范围以内，接触表面应无毛刺、污垢和杂物，除工艺要求外，零件组装间隙不得大于1mm，顶紧接触面应有75%以上的面积紧贴，用塞尺检查，其塞入面积应小于25%，边缘间隙不应大于0.8mm，板叠上所有螺栓孔、铆钉孔等应采用量规检查。

组装时，配有适当的工具和设备，如组装平台或胎架、夹具、定位器等以保证组装足够的精度。

为了保证隐藏部位的质量，应经质检人员检查认可，签发隐蔽部位验收记录，方可封闭。

组装出首批构件后，必须由质检部门进行全面检查，经合格认可后方可进行继续组装。

1.8焊接

（1）施焊前焊工应复查组装质量和焊接区域的清理情况，确认材料及焊材是否进行了工艺评定，并应有工艺评定报告及焊接工艺，焊工是否持有焊工证，持证者是否在有效期内操作。

（2）焊条烘焙，对有烘焙要求的焊材，必须按说明书要求进行烘焙。

经烘干的焊材放入保温箱内随用随取。

（3）预热：

在建筑钢结构的焊接施工中，必须根据钢种、板厚、接头的约束度和焊缝金属中含氢量等因素来决定预见热温度和方法。

预热区域范围应为焊接坡口两侧各80—100mm，预热时应尽可能使加热均匀一致。

普通碳素结构钢厚度大于34mm和低合金结构厚度大于或等于30mm，工作地点温度不低于0℃时应加温至100—150℃进行预热。

钢材预热方法可选用火焰加热或电加热。

但对于钢材的屈服极限强度大于460N/mm2的焊接区域进行预热时，宜选用电加热方法，原则上禁用火焰加热。

钢材预热温度的测定方法一般在钢材加热的反面距焊缝中心线50mm处测定。

（4）背面清根：

在电弧焊接过程中，当接头有全熔透要求时，对于V形、单边V形、X形、K形坡口的对接和T形接头的情况下，背面的第一层焊缝容易发生未焊透、夹渣和裂纹等缺陷。

这类缺陷原则上要从背面彻底清除后再进行焊接，这种作业叫做清根。

特别在定位焊缝处更容易产生缺陷，必须注意背面清根工作。

（5）引弧与熄弧：

严禁在焊缝区以外的母材上打火引弧。

在坡口内引弧的局部面积应熔焊一次，不得留下弧坑。

对接和T形接头的焊缝、引弧和熄弧，应在焊件两端的引入板和引出板开始和终止。

（6）焊接顺序和熔敷顺序：

焊接顺序和熔敷顺序是关系到减少焊接变形的重要因素。

在选择焊接顺序和熔敷顺序时应注意几点：

①尽可能减少热量的输入，并必须以最小限度的线能量进行焊接

②不要把热量集中在一个部位，尽可能均等分散。

③采用“先行焊接产生的变形由后续焊接抵消”的施工方法。

④平行的焊缝尽可能地沿同一焊接方向同时进行焊接

⑤从结构的中心向外进行焊接

⑥从板的厚处向薄处焊接。

焊接完毕后应清除熔渣及金属飞溅物，应在焊缝附近打上钢印代号。

（7）多层焊：

多层焊焊接接头应连续施焊一次完成，每一层焊道焊完后应及时清理，如发现有影响焊接质量的缺陷，必须清除后再焊。

对于重要结构处的多层焊必须采用多层多道焊，不允许摆宽道焊接。

多层焊过程中的层间温度若无特殊要求一般应与预热时的温度相同。

（8）焊接结束后的处理：

焊接结束后的焊缝及其两侧，必须彻底清除焊渣、飞溅和焊瘤等。

无特殊要求时，一般根据焊接接头的残余应力、组织状态、熔敷金属含氢量和力学性能等决定是否需要焊后热处理。

焊接结束后，如发现焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应申报焊接技术负责人查清原因后，订出修补措施，方可处理。

（9）不合格焊缝的返修：

施焊过程中产生的缺陷，应立即进行适当处理。

焊后检查出不合格的地方，应与技术主管部门协商解决，无特殊要求时按以下处理：

在焊缝的缺陷处，进行清理后再焊接。

焊缝中有裂纹时，将焊缝裂纹全长清除后再焊，若采用超声波等方法清楚地查出裂纹的界限，应从裂纹两端延长50mm加以清除后再焊。

由于焊接引起母材上出现裂纹时，原则上应更换母材，但当得到质量检验部门的认可也可进行局部修补处理。

凡不合格焊缝修补后应重新进行检查。

低合金结构钢在同一处的返修不得超过两次。

1.9焊接H型钢

（1）H型钢组装前要检查各件尺寸、形状及收缩加放情况，合格后用砂轮清理焊缝区域，清理范围为焊缝宽的4倍。

（2）在翼板上画出腹板位置线后，按线组装，要求组装精度为腹板中心线偏移小于2mm，翼缘板与腹板不垂直度小于3mm，定位点焊。

（3）H型钢组装合格后，用门型自动埋弧焊机采取对称焊接H型钢，焊前要将构件垫平，防止热变型，按焊接工艺规范施焊。

焊丝直径为Φ4—5mm。

（4）H型钢变形矫正：

焊完后H型钢在矫正机上矫正，保证翼缘板与腹板不垂直度小于3mm，腹板不平度小于2mm，检测要用直角尺与塞尺。

（5）组装H型钢与节点板、连接板、节点板、连接板的组装要保证基准线与梁中心对齐，其误差小于0.5mm。

梁柱焊缝采用二氧化碳气体保护焊，焊丝直径Ø1.2mm，焊后用氧乙炔火焰矫正（如扭曲、侧弯等）焊接变形，然后检验记录单要求检验各项指标，直至符合标准为止。

1.10超声波探伤

（1）超声波是一种人耳不可闻的每秒钟振荡频率在20KHz以上的高频机械波，它是利用由压电效应原理制成的压电材料超声换能器而获得的。

（2）对接焊缝探伤，可从工件单面二侧进行扫查。

T型焊缝的探伤可从面板或腹板上进行，由于在面板上探测时需在面板上画基准线，增加了附加工作量，实际工作会造成一定困难，因此，可从腹板一面单侧进行。

（3）超声波探伤按GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分析》执行。

1.11磨擦面处理

磨擦面处理方法有：

采用抛丸处理方法。

在运输过程中试件磨擦面不得损伤。

处理好的磨擦面，不得有飞边、毛刺、焊疤或污损等。

应注意磨擦面的保护，防止构件运输、装卸、堆放、二次搬运、翻吊时连接板的变形。

安装前应处理好被污染的连接面表面。

处理好的磨擦面放置一段时间后会先产生一层浮锈，安装时须用钢丝刷清除浮锈。

接触面的间隙与处理，由于磨擦型高强度螺栓连接方法是靠螺栓压紧构件间连接板，用磨擦力来完成构件之间内力传递，规范要求75%以上的接触面，边缘间隙不大于0.8mm。

1.12抛丸除锈

（1）采用HP8016B型通过式抛丸清理机对构件表面进行抛丸,除锈，使用的丸料，必须分离出去油污和水份，否则油污和水份在抛射过程中附在表面上，影响涂层的均匀性和密实性。

（2）经除锈后的构件表面，应用毛刷等工具清扫，或用干净的压缩空气吹净锈尘和残余磨料，然后方可进行下道工序。

（3）构件除锈经验收合格后，应在表面返锈前涂完第一道底漆。

一般在除锈完后，如存放在厂房内，可在6h（视环境湿度而定）涂完底漆，存放在厂房外，则应在当班涂完底漆。

（4）除锈合格后的构件表面，如在涂底漆前已返锈，需重新除锈。

如果返锈不严重，一般只进行轻度抛射处理即可，同样也需经清理后，才可涂底漆。

1.13涂装

在下列情况下，一般不得涂装，如要涂装，需要有防护措施。

（1）在有雨、雾、雪和较大灰尘的环境下，禁止在户外施工。

（2）涂层可能受到尘埃、油污、盐分和腐蚀性介质污染的环境。

（3）施工作业环境光线严重不足时。

（4）没有安全措施和防火、防爆工具器具的情况下。

（4）空气相对湿度超过85%施工现场环境温度低于0℃钢材表

面温度未高于大气露点3℃以上。

2．钢构件加工焊接焊缝质量的控制

2.1钢构件焊接中的常见问题，产生的原因及预防措施

（1）焊接中的局部变形的原因及预防措施

①产生原因

加工件的刚性小或不均匀，焊后收缩，变性不一致;

加工件本身焊缝布置不均，导致收缩不均匀，焊缝多的部位收缩大、变形也大;加工人员操作不当，未对称分层、分段、间断施焊，焊接电流、速度、方向不一致，造成加工件变形的不一致;焊接时咬肉过大，引起焊接应力集中和过量变形;焊接放置不平，应力集中释放时引起变形。

②预防措施

设计时尽量使工件各部分刚度和焊缝均匀布置，对称设置焊缝减少交叉和密集焊缝;制定合理的焊接顺序，以减少变形。

如先焊主焊缝后焊次要焊缝，先焊对称部位的焊缝后焊非对称焊缝，先焊收缩量大的焊缝后焊收缩量小的焊缝，先焊对接焊缝后焊角焊缝;对尺寸大焊缝多的工件，采用分段、分层、间断施焊，并控制电流、速度、方向一致;手工焊接较长焊缝时，应采用分段进行间断焊接法，由工件的中间向两头退焊，焊接时人员应对称分散布置，避免由于热量集中引起变形;大型工件如形状不对称，应将小部件组焊矫正完变形后，在进行装配焊接，以减少整体变形;工件焊接时应经常翻动，使变形互相抵消;对于焊后易产生角变形的零部件，应在焊前进行预变形处理，如钢板v形坡口对接，在焊接前应将接口适当垫高，这样可使焊后变平;通过外焊加固件增大工件的刚性来限制焊接变形，加固件的位置应设在收缩应力的反面。

钢结构焊接裂纹的原因及预防措施

①热裂纹

热裂纹是指高温下所产生的裂纹，又称高温裂纹或结晶裂纹，通常产生在焊缝内部，有时也可能出现在热影响区，表现形式有：

纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹和热影响区裂纹。

其产生原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层形式存在从而形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹。

此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开。

总之，热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。

其预防措施：

限制母材及焊接材料（包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体）中易偏析元素和有害杂质的含量，特别应控制硫、磷的含量和降低含碳，一般用于焊接的钢材中硫的含量不应大于0.045％，磷的含量不应大于0.055％；另外钢材含碳量越离，焊接性能越差，一般焊缝中碳的含量控制在0.10％以下时，热裂纹敏感性可大大降低;调整焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化焊缝品粒，以提高其塑性，减少或分散偏析程度，控制低熔点共品的有害影响;采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的杂质含摄，改善结晶时的偏析程度;适当提高焊缝的形状系数，采用多层多道焊接方法，避免中心线偏析，可防止中心线裂纹;采用合理的焊接顺序和方向，采用较小的焊接线能超，整体预热和锤击法，收弧时填满弧坑等工艺措施。

②冷裂纹

冷裂纹一般是指焊缝在冷却过程中温度降到马氏体转变温度范围内（300-200℃以下）产生的，可以在焊接后立即出现，也可以在焊接以后的较长时间才发生，故也称为延迟裂纹。

其形成的基本条件有3个：

焊接接头形成淬硬组织；扩散氢的存在和浓集；存在着较大的焊接拉伸应力。

其预防措施主要有：

选择合理的焊接规范和线能，改善焊缝及热影响区组织状态，如焊前预热、控制层问温度、焊后缓冷或后热等以加快氢分子逸出;采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的扩散氧含量;焊条和焊剂在使用前应严格按照规定的要求进行烘干（低氢焊条300℃～350℃保温1h；酸性焊条100℃～l50℃保温1h；焊剂200℃～250℃保温2h），认真清理坡口和焊丝，去除油污、水分和锈斑等脏物，以减少氢的来源;焊后及时进行热处理．一是进行退火处理，以消除内应力，使淬火组织回火，改善其韧性；二是进行消氢处理，使氢从焊接接头中充分逸出;提高钢材质量，减少钢材中的层状夹杂物;采取可降低焊接应力的各种工艺措施。

（3）钢构件焊接外观质量问题

钢构件焊接过程中难免会出现焊渣、飞溅和焊瘤等影响外观质量的问题，或者构件补焊痕迹未进行打磨处理：

焊接结束后，需及时进行处理。

2.2钢构件加工焊接焊缝质量的控制

钢构件加工焊接焊缝质量的控制分为：

焊前控制、焊接过程中的控制、焊后控制。

（1）焊前控制

焊前控制包括：

焊材选择、工艺评定、焊材管理、组对质量、设备管理等。

（2）焊接过程中控制

焊接过程中控制：

温度、湿度、风速、雨雪、严格执行工艺纪律等。

（3）焊后控制

焊后控制：

焊后检验、热处理等。

3.钢构件焊接质量检查方法及内容

3.1焊前检查。

（1）检查焊条、焊丝、焊剂和钢材的牌号、规格，应与图纸要求的相符合；

（2）检查拼装间隙和拼装错位情况；

（3）坡口形式与坡口尺寸应符合图纸或国标的要求，对反面清根的焊缝，检查碳刨清根情况；

（4）检查焊缝两侧30mm内的清洁情况，在该范围内不应有铁锈、油、漆、水等表面污物；

（5）检查对接焊缝两端的引弧、熄弧板。

作为引、熄弧板的材质、坡口形式与焊接件完全相同，厚度相当、长度一般为75×75mm；

（6）检查焊前预热，根据图纸和工艺的要求，用温度计检查加热温度，除特殊要求外，对不同的钢材，可以按表中的预热温度进行检查。

3.2焊接过程中的质量检查。

（1）上岗焊工必须持有相应的焊接等级证书；

（2）对焊工所使用的焊条焊剂应经烘焙，焊条应贮存在保温筒内；

（3）禁止在钢板上任意引弧；

（4）检查焊接过程中的电流、电压、避免因电流电压不当造成夹渣、未焊透等缺陷；

（5）当焊缝金属开始冷却时，可以采用对其进行轻轻的锤击来减少焊接变形和焊接应力，但禁止对多层焊的第一层和最后一层焊缝采用此方法；

（6）为减少焊接变形和焊接应力，操作者应严格按焊接工艺规范、焊接工艺程序施焊；

（7）检查焊接的层间温度

对要求预热的焊缝，在焊接过程中，用温度计检查焊接的层间温度，层间温度应在预热温度的下限以上，如果在下限以下，必须再次预热，方可继续进行焊接；

3.3焊接后的质量检查。

（1）焊缝的表面质量检查。

①焊缝检查之前，操作者应清除焊缝周边的焊渣与飞溅，否则不予检验；

②用肉眼（或通过放大镜）检查焊缝的咬边、弧坑、焊瘤、气孔、裂纹等表面缺陷，焊缝的表面成型和包角应完整；

③根据焊缝的等级要求，按国家标准来评定其是否合格；当怀疑有表面裂纹，未熔合等危险性缺陷时可以通过表面探伤检查，超声波检查来进行核实。

对焊缝外观成形较差的焊缝，应按该标准进行打磨修正；

④按国家标准，用焊缝量规对焊缝的全长进行外观尺寸检查。

对接焊缝主要检查焊缝的余高、焊缝的宽度及其不均匀性。

角焊缝主要检查两个方向的焊脚高度、焊缝的凹凸情况。

（2）焊缝的无损探伤检查。

对图纸要求作探伤检查的焊缝，应经焊缝表面质量检查合格。

由操作者提出申请，检验人员根据规定的检查数量和检查方法，把可能存在缺陷的部位（一般为焊缝的起端、终端，焊缝中心偏离接缝中心的部位和焊缝十字接头的交叉部位）作为检查部位，做好探伤编号，填写探伤申请单，并将该焊缝位置及编号标注到探伤检测草图上。

（3）无损探伤的质量跟踪。

无损探伤的质量跟踪是整个产品质量控制环节中相当重要的一环。

它包括对原材料的无损检测、焊缝的无损检测。

待整个产品完工后，对每一个零部件上经过无损检测的部位，都要求达到有据可查的目的。

①对无损检测定位的检验人员，必需对无损检测的编号有一个较系统的设想，以不出现重复的编号为原则，要求编号简单明了；

②对主要结构件，应在规定部位（部位由产品质量主管工程师定）对部件进行编号，对应的每一个部件号，抄录该部件上的探伤编号，并在探伤检测表中注明；

③对车间内部的预制件，及拼装过程中的探伤编号，可用笔写明；

④在部件拼装、总装时，应及时抄录部件号和总装时的探伤编号并在探伤检查表中注明；

⑤对特别重要的焊缝（由产品质量主管工程师在检测表中注明），探伤定位不仅要在探伤检测表的草图上标明焊缝位置、编号名称，而且还要注明无损检测面、检测的起始位置和检测的方向；

⑥产品完工后，产品质量主管可以根据探伤草图上的编号，汇总探伤报告；

⑦如果火工要在编号处进行火焰校正工作时，在火焰较正后应将缺陷的编号补上。

（4）焊后热处理质量检查。

对有焊后热处理要求的构件，要检查焊接后的保温措施，检查在热处理过程中的加热温度、保温时间、加热速度和冷却速度，应符合相应的工艺规范。

（5）焊缝的密性试验。

常用的密性试验方法有煤油试验、气压试验和水压试验。

按有关规定进行检查。

参考文献

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[2]白云．钢结构.《钢结构》编辑部，2003．2.

[3]黄文哲．焊接手册．机械工业出版社，1991.

[4]田锡唐．火焰成形研究论文集．哈尔滨工业大学，1980.

[5]孙生玉.钢结构焊接中的常见问题探讨