大型钢结构构件焊接中质量问题及预防措施

大型钢结构构件焊接中质量问题及预防措施

大型钢结构由于构件形状较复杂，外形尺寸较大，焊缝多，焊缝位置不对称，焊接时顺序、人员布置及操作不当等因素的影响，在制作焊接中，常出现各种焊接问题，影响钢结构组拼、安装的顺利进行，降低结构的承载力和使用寿命。本文分析焊接质量问题产生的原因及相应的预防处理方法。

1 焊接局部变形、角变形

1.1 产生的原因

(1) 构件刚性小或不均匀，焊后收缩变形不一致。

(2) 构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。

(3) 焊接顺序不当，焊接人员分布不均匀，或过于集中于某个位置，未对称分层、分段、间断施焊；焊接电流、速度、方向以及焊接时装配卡具不一致造成构件变形不一。

(4) 随意加大焊肉，引起焊接应力集中和过量变形。

(5) 组对焊接，焊后放置不平，应力释放时引起变形。

1.2预防措施

(1) 设计时尽量使构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。

(2) 制定合理的焊接顺序，以减小变形。如先焊构件的主焊缝，后焊次要焊缝；先焊对称部位的焊缝，再焊非对称焊缝；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。

(3) 对尺寸大、焊缝多的构件，采取分层、分段、间断施焊，并控制电流、速度、方向一致。

(4) 手工焊接较长焊缝时，应采用分段退步间断焊接法，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。

(5) 大型构件如形状不对称，应将小部件组焊矫正完变形后，再进行总组装配焊接，以减少整体变形；对大型箱梁可采取先整体组装，先焊主焊缝，再焊隔板等焊缝，以增大各部分的约束，来变形。

(6) 构件焊接应经常翻动，使变形互相抵消。

(7) 对焊后易产生角变形的零部件，应在焊前以预变形处理，如钢板V形坡口对接，在焊前将对接口适当垫高，可使焊后变平；H形钢翼板在角焊缝焊接前，预压反变形，亦可消除焊后变形。

(8) 外焊加固件增大构件刚性来焊接变形，加固件的位置应设在收缩应力的反面。

1.3 处理方法

对已变形的构件，如变形不大，可人工用卡具机械矫正；如变形较大，可用火焰法矫正；对局部变形可用火焰烤外鼓部位；角变形可用边烤边用千斤顶顶的方法矫正。

2 构件侧弯(旁弯)

2.1 产生原因

(1) 构件组装未搭设拼装平台，基准面出现旁弯，焊接后产生弯曲。

(2) 构件组装间隙不均，焊接后收缩，向间隙大的一侧弯曲。

(3) 组拼装与焊接工艺顺序不当或强行组装，焊接后还存在较大残余应力或焊后放置不平，支点太少或位置不正确而产生弯曲。

(4) 运输、堆放、起吊支点、吊点不当，导致构件向一侧变形。

2.2 预防措施

(1) 构件组装焊接应在找平的钢平台上进行，焊接前挂通线检查。

(2) 构件节点间隙应保持均匀一致，按工艺设计焊接顺序焊接，避免不对称焊接。

(3) 构件运输、堆放、起吊支(吊)点应保持受力一致，不使侧向出现过大应力造成弯曲。

2.3 处理方法

采用火焰法在侧弯的一侧用三角加热法矫正，或辅以千斤顶顶正。

3 构件扭曲

3.1 产生原因

对桁架类构件有：

(1) 节点角钢拼接不严密，间隙不均或节点尺寸不符合要求，焊接后收缩不一；

(2) 组装工艺与焊接顺序不当，未对称、分层、分段、间断施焊，而是一个节点或一个面一次焊完，从而引起扭曲变形；

(3) 构件拼装在地面上进行，基准面高低不平，造成构件焊接后尺寸不准，扭曲不平；

(4) 对刚度差的构件，翻身时未进行加固，翻身后未检查找平就进行焊接；

(5) 焊接时未设胎具、夹具等将构件夹紧。

对箱梁类构件有：

(1) 焊接顺序不当，将一个面的主焊缝及隔板、加强板的焊缝一次焊完，再翻身焊其余焊缝；

(2) 焊接人员分布不均，热量过于集中于某一位置上；

(3) 组对焊接或焊后放置不平，焊接应力释放时引起扭曲变形；

(4) 箱梁隔板加工时对角线尺寸控制不严；

(5) 构件翻身时乱摔受猛烈冲击；

(6) 同一节箱梁上几条焊缝焊接，间隔的时间过长，先焊接的已产生收缩变形，后焊接的收缩量不够抵消前面的焊接变形。

3.2 预防措施

(1) 下料前对节点放样，按放样尺寸下料。

(2) 拼装节点的连接角钢与母材之间用夹紧器或卡口卡紧，点焊固定，再进行拼装。

(3) 构件在拼装台上拼装，尺寸大者可设马凳找平，作为组装基准面，构件全长应拉通线或用水平仪找平，确认符合设计尺寸后将始点焊固定，再焊接。

(4) 箱梁焊接应采用先焊4条主焊缝再焊其余附件的方法，使变形可部分相互抵消。

(5) 焊接时人员要对称分散分布，使收缩应力分散，以借自身的刚性抵消部分变形。

(6) 组对焊接位置要垫平，使支点正确，以避免焊接应力释放时产生变形。

(7) 隔板加工时，应控制对角线误差在1~2mm范围内。

(8) 构件吊运或翻身应用绳拉着缓慢翻身，防止乱摔受猛烈冲击；对侧向刚度差的构件翻身前要加固、翻身后要找平。

(9) 同一节箱梁4条主焊缝要连续施焊，不要间歇时间过长。

(10) 拼装节点焊接应对称进行，并应有反变形措施。

3.3 处理方法

一般扭曲采用千斤顶顶压(或辅以倒链)和火焰烘烤加热相结合方式矫正；对箱梁类构件除此以外，可视扭曲变形情况，用火焰打开翘曲处的主焊缝，将腹板或翼板分别用火焰矫正后，再焊上矫正。

4 构件下挠

4.1 产生原因

(1) 制作时未按设计和规范要求拱度起拱。

(2) 构件制作角度不准确或构件尺寸不符合设计要求。

(3) 放线错误，未考虑起拱或起拱数值过小。

(4) 连接处未用卡具卡紧。

(5) 屋架立拼装中间支(顶)点下沉或弯曲。

4.2 预防措施

(1) 构件放线拼装时。按设计、规范规定的拱度值起拱。

(2) 严格按钢结构构件制作允许偏差进行检验，发现拼装节点角度有误应及时处理。

(3) 在小拼过程中严格控制累计偏差。

(4) 屋架立拼装时，支承点、支架应经计算有足够的强度和刚度，支点处夯坚实。

4.3 处理方法

已下挠的构件采取割开中间节点焊缝，按要求起拱后重新焊接处理。

5 焊缝尺寸不符合要求

5.1 产生原因

(1) 对于手把焊主要是操作不精心或操作不熟练，操作时运条不匀，运条时角度不当，速度过快或过慢，未注意测量焊缝尺寸。

(2) 对自动焊的焊缝，腹、翼板坡口角度不当，组对时间歇不均；或腹板采用切割加工有波浪弯，焊接时未调整焊嘴对准焊缝。

(3) 焊接电流过大或过小。

5.2 预防措施

(1) 提高操作人员的责任心和技术水平；操作时控制运条宽度、角度和速度，注意运条的均匀，焊后用角度样板测量；调整焊接遍数或焊接速度、按焊接规范操作来保证焊接尺寸。

(2) 对尺寸大且要求严的腹板坡口，应采用机加工，组对时注意间隙均匀。

(3) 自动焊时要注意调整焊嘴对准焊缝。

(4)加强焊工培训和操作控制与焊缝的检查，不合要求的及时处理。

5.3 处理方法

对尺寸过小焊缝应补焊到所要求的尺寸。

6 焊缝开裂(裂缝)

6.1 产生原因

(1) 焊件的含碳量、碳当量过高，或硫、磷成分过高或分布不均匀。

(2) 焊条质量差或采用与母材强度、性能相差悬殊的焊条焊接，造成强度不够被拉裂。

(3) 定位点焊数量太少或零件本身存在较大误差，组装不上，采取强制变形下定位、组对焊接造成应力过大，将焊缝拉裂。

(4) 刚度大的构件焊接规范顺序和方向选用不当。

(5) 厚度大的焊件未进行预热；或在低温下焊接，使焊缝冷脆。

(6) 由于结构本身构造或存在缺口，引起严重应力集中。

(7) 构件焊后受到强烈的冲击、振动。

6.2 预防措施

(1) 严格检验焊件的材质，控制硫磷含量在允许范围内。

(2) 正确选用与母材相适应的焊条、焊剂。

(3) 合理设置定位点焊的数量，避免在强制变形下定位焊接，不使焊接应力过大。

(4) 根据结构情况，正确选定焊接顺序和方向，先焊收缩量大的焊缝。

(5) 在低温下焊接厚焊件，应将母材进行预热，焊后保温缓冷却。

(6) 改进设计构造，避免缺口，减少应力集中。

(7) 已焊构件在运输、堆放、吊装过程中，严防强烈碰撞、振动。

(8) 正确选用焊接规范，适当提高焊缝形状系数，采用对称、分段、多道、多层、间断焊法，消除焊缝应力，提高焊缝强度。

6.3 处理方法

将裂缝部位焊缝应用气弧刨将裂缝清除，重新焊接。