鋼結(jié)構(gòu)十字型鋼柱焊接接口缺陷及返修質(zhì)量控制

段平安，喬磊，趙榮立，付存海，蔣忠全，劉年，羅云森

（中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

深圳市地鐵11號(hào)線BT項(xiàng)目11301標(biāo)，位于深南大道與香蜜湖路交叉處西南象限位置。其中，11號(hào)線車公廟站位于深南大道南側(cè)主干道下，線路沿東往西走向；7、9號(hào)線車公廟站位于香蜜湖路西與泰然工貿(mào)園區(qū)之間，基本平衡于香蜜湖路，線路沿北往南走向。

深圳地鐵11號(hào)線車公廟車站11301項(xiàng)目，采用鋼結(jié)構(gòu)十字型鋼柱作為車站主體結(jié)構(gòu)支撐，共有3種類型。設(shè)備區(qū)段四跨900×900鋼結(jié)構(gòu)十字型鋼柱（鋼柱斷面為600×600）、設(shè)備區(qū)段900×1200斷面（鋼柱斷面為600×900）、盾構(gòu)井900×1200斷面（鋼柱斷面為600×900），鋼柱翼腹板厚度最厚為90mm，節(jié)點(diǎn)部位橫穿于鋼柱的隔板厚度35mm，材質(zhì)Q345。

該工程鋼結(jié)構(gòu)十字型鋼柱特點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)均為十字型鋼柱，鋼梁節(jié)點(diǎn)主要是以鋼牛腿橫穿于鋼柱之間，節(jié)點(diǎn)的連接焊縫均為全熔透焊縫；鋼柱主焊縫均為全熔透焊縫；因此在制作中應(yīng)做好鋼柱的預(yù)變形，保證焊縫的一次交驗(yàn)合格率；嚴(yán)格按照焊接順序控制好焊后變形量。

2 鋼結(jié)構(gòu)十字柱加工工藝流程(圖2)

圖2

3 樣品制作

為了保證鋼結(jié)構(gòu)十字型鋼柱制造成功，做了一根12m長(zhǎng)的1：1的試件，利用常規(guī)方法進(jìn)行了試驗(yàn)，鋼結(jié)構(gòu)十字型鋼柱的組裝焊接步驟如下：

在T、H板焊接中采用埋弧焊焊接，但在十字位置焊接由于操作空間限制，不能采用埋弧焊的，只能采用氣保焊焊接。

表1 相關(guān)參數(shù)控制

4 樣品檢測(cè)

在試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在許多問(wèn)題，分別從（圖3a）、b））焊縫1和（圖3c））焊縫2兩處進(jìn)行說(shuō)明。

圖3

4．1 焊縫1缺陷和焊縫總長(zhǎng)的百分比

角變形100%、咬邊40%、局部為焊透15%、夾渣11%、氣孔10%、其他1%。

焊接件所有的焊縫角變形100%出現(xiàn)，在出現(xiàn)角變形的同時(shí)，這其中40%的焊縫出現(xiàn)咬邊，其中37%指焊縫寬大小波動(dòng)頻繁、高低起伏過(guò)大，焊腳不等缺陷。

焊縫1：主要缺陷表面角變形、咬邊；經(jīng)過(guò)檢測(cè)還有夾渣、氣孔、未焊透、裂紋。指焊縫寬度不夠，焊波寬窄不齊，凹凸不平，氣孔，裂紋的主要問(wèn)題存在。質(zhì)量不合格，必須完全控制，徹底解決，才能保證構(gòu)件質(zhì)量。

焊縫2：由于鋼結(jié)構(gòu)十字型鋼柱特殊結(jié)構(gòu)的影響，埋弧焊設(shè)備無(wú)法將焊接機(jī)頭伸入焊縫節(jié)點(diǎn)2處進(jìn)行氣保焊焊接。只有用手動(dòng)氣體保護(hù)焊，檢查發(fā)現(xiàn)與焊縫1完全一樣，其中還多了電弧擦傷焊件，根部焊瘤、凸出、凹陷。

5 原因分析

（1）焊接電流過(guò)大或電弧過(guò)長(zhǎng)，焊接速度過(guò)快，電弧電壓過(guò)高，焊條仰角不合適。

（2）熄弧時(shí)，焊條未在熔池處作短時(shí)間停留。

（3）焊條藥皮偏芯或磁偏吹，造成電弧不穩(wěn)，保護(hù)不夠。

（4）焊條保存不當(dāng)，烘干的溫度、時(shí)間不當(dāng)，導(dǎo)致焊條原因受潮而產(chǎn)生藥皮開(kāi)裂、鋼芯銹蝕等。

（5）埋弧自動(dòng)焊時(shí)，沒(méi)分兩步停止焊接，即未先停絲后斷電源。

（6）工件坡口角度不當(dāng)或裝配間隙不勻。

（7）主要原因是操作人員操作不熟練、運(yùn)條不當(dāng)。

6 對(duì)焊接及返修的質(zhì)量控制

6．1 建立完善的焊接返修質(zhì)量管理體系

因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)十字型鋼柱結(jié)構(gòu)的特殊性，一次性通過(guò)驗(yàn)收合格概率極低，因此必須提高操作工人質(zhì)量思想意識(shí)，以及相關(guān)的返修焊接工藝流程，這是控制焊縫質(zhì)量的前提和保證。

（1）明確焊接返修是質(zhì)量主要環(huán)節(jié)。對(duì)焊接返修的工作程序、返修方案的定制等都應(yīng)有明確的規(guī)定和要求。其次，制訂出焊接返修的具體工藝、獎(jiǎng)罰等制度。

（2）為提高焊接的返修質(zhì)量，對(duì)同一部位（指焊補(bǔ)的填充金屬重疊的補(bǔ)位）的返修次數(shù)不能超過(guò)3次，過(guò)多會(huì)導(dǎo)致母材金屬發(fā)生淬硬性及殘余應(yīng)力。對(duì)焊接的二次返修仍不合格，必須遵照指定工藝流程進(jìn)行原因分析，并采取更為嚴(yán)格的工藝措施，來(lái)保證焊接的返修質(zhì)量。

6．2 焊接工藝改進(jìn)措施及規(guī)定

（1）在埋弧焊罩面過(guò)程中，電流過(guò)大造成咬邊缺陷，電流值從750A降至700A。

（2）對(duì)于焊縫不合格段，用碳弧氣刨進(jìn)行清根處理，清根一定要清到位，清根后，應(yīng)對(duì)清根質(zhì)量進(jìn)行檢查，清根后用手動(dòng)砂輪、鋼絲刷等工具徹底進(jìn)行清理后，才進(jìn)行焊接。如果二處缺陷距離接近，可以將兩處缺陷連接起來(lái)打磨成深淺均勻一大打坡口，一起焊接。

（3）多層堆焊時(shí)，在每層焊完后要徹底清除焊渣，以清除夾渣缺陷。

（4）坡口加工不規(guī)則，改變了原來(lái)的用碳弧氣刨鏟坡口的方法，用半自動(dòng)切割機(jī)打坡口，提高了坡口精度。

（5）坡口鈍邊大也會(huì)造成焊不透的現(xiàn)象，采用氣保焊打底，所以將原來(lái)的鈍邊6～8mm改為0～1mm，以保證焊接過(guò)程的熔透。

（6）在焊接時(shí)隨時(shí)對(duì)機(jī)頭進(jìn)行微調(diào)，保證焊絲對(duì)準(zhǔn)焊縫。

（7）氣保焊打底時(shí)，氣體流量低，保護(hù)不良，會(huì)造成氣孔缺陷，我們適當(dāng)提高氣體流量，由15ml/min增至20ml/min。

（8）埋弧焊時(shí)，焊劑一定要烘干，防止焊劑中的水份浸入焊縫，形成氣孔。

6．3 角變形質(zhì)量控制

（1）在組裝過(guò)程中必須保證其組裝精度。對(duì)于工字型和丁字型的采用自動(dòng)組立機(jī)進(jìn)行組立；對(duì)于十字型中心部分，人工組裝制作樣板，組裝后的十字柱必須和樣板相符，保證組裝質(zhì)量。

（2）對(duì)于焊后的變形，翼緣變形可以采用翼緣矯正機(jī)進(jìn)行矯正，而十字相交的腹板無(wú)法采用矯正機(jī)，所以我們?cè)诤附忧霸谑种鶅深^用加強(qiáng)筋將十字型腹板連接起來(lái)，用外力阻止其變形，焊后去除加強(qiáng)筋，產(chǎn)生的輕度變形用火焰矯正法進(jìn)行矯正。

6．4 返修后的質(zhì)量檢驗(yàn)

返修完畢，應(yīng)用砂輪打磨返修部位，使之表面圓滑過(guò)渡，然后，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行外觀、無(wú)損探傷等檢驗(yàn)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不低于原焊縫標(biāo)準(zhǔn)。檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行下道工序。否則，應(yīng)重新返修，在規(guī)定允許的返修次數(shù)內(nèi)，直到合格為止。

7 結(jié)語(yǔ)

控制焊縫返修質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是正確分析判斷缺陷產(chǎn)生的原因，并據(jù)此制訂出正確可行的焊縫返修方案。焊接缺陷在焊接過(guò)程中是難以避免的。但是，只要嚴(yán)格按照返修工藝程序制訂正確的返修方案并實(shí)施，是能夠在規(guī)定的有限返修次數(shù)內(nèi)控制其返修質(zhì)量的。這點(diǎn)已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中得到證明。