全熔透焊縫的合理應(yīng)用

1、全熔透焊縫的合理應(yīng)用摘要：在建筑鋼結(jié)構(gòu)中對(duì)熔透焊的應(yīng)用存在一些的誤區(qū)，本文試對(duì)問題的實(shí)質(zhì)進(jìn)行分析、探索，為其合理應(yīng)用提出一些實(shí)質(zhì)性意見和建議關(guān)鍵詞：等強(qiáng)應(yīng)力集中角焊縫部分熔透焊縫全熔透焊縫工藝紀(jì)律一、問題的提出全熔透焊縫通常指平對(duì)接焊縫和 T T 形連接焊縫，本文是針對(duì) T T 形接頭而言。該類接頭多為雙面角焊縫或坡口角焊縫（部分熔透焊）。然而在現(xiàn)行的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙上出現(xiàn) T T 形接頭有許多要求是全熔透焊。主要原因之一是現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范上的一些要求。在 GB50017-GB50017-20032003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的 7.1.17.1.1 中，“1 1.在需進(jìn)行要疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡對(duì)接焊縫均

2、應(yīng)焊透，不需要計(jì)算疲勞的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的對(duì)接焊縫應(yīng)予焊透，”。因在 JGJ81-2002JGJ81-2002建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程中把T T 形接頭稱作對(duì)接與角接組合焊縫，容易給人造成誤解，把 T T 形接頭也作為對(duì)接接頭來要求。在 GB50017-2003GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的 7.4.37.4.3 梁柱連接節(jié)點(diǎn)處柱腹板橫向加勁肋應(yīng)滿足下列要求：”,橫向加勁肋一用焊透的 T T 形對(duì)接焊縫與柱翼緣連接。當(dāng)梁與 H H 形或工字形截面柱的腹板垂直相連形成剛接時(shí)， 橫向加勁肋與柱腹板的連接也宜采用焊透對(duì)接焊縫。 ”在 CECS102:CECS102:20022002門

3、式剛架輕型房屋鋼名構(gòu)技術(shù)規(guī)程上的 7.2.117.2.11 條中，有“剛架構(gòu)件的翼緣與端板的連接應(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫，”。由于要求范圍大，有強(qiáng)制性，就容易使設(shè)計(jì)者走進(jìn)誤區(qū).致使在現(xiàn)在的鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中動(dòng)輒就是熔透焊，給工程造成很大的損失。在我國建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中之所以熔透焊縫會(huì)大量采用，除在規(guī)范上的要求外，筆者認(rèn)為主要是：一是認(rèn)為全熔透焊縫至少保證了焊縫的截面積與翼板的橫載面相同， 這樣就保證了焊縫與母材等強(qiáng)，就不會(huì)有問題了。二是認(rèn)為全熔透焊縫的質(zhì)量可靠，因它規(guī)定要用探傷的方法來檢查，而部分熔透焊縫與角焊縫只是外觀檢查，不作探傷檢查，內(nèi)部質(zhì)量不夠可靠。以至許多本來可以用部分熔透焊或角焊縫來實(shí)現(xiàn)的

4、，也都用全熔透焊來要求。三是規(guī)范中把角焊縫定為三級(jí)焊縫更加深了其誤解。設(shè)計(jì)人員的不負(fù)責(zé)任的保守設(shè)計(jì)是多用全熔透焊縫的主要根源。二、熔透焊的缺點(diǎn)1.1. T T 形熔透焊縫施焊成本高，工藝性差在實(shí)際的構(gòu)件施焊時(shí)，為保證接頭和 T T 形全熔透焊焊縫的質(zhì)量，在一般情況下是采取一側(cè)焊縫焊好后，用碳弧氣刨的方法在反面進(jìn)行清根，然后再焊接的辦法。而這種焊接后反面碳弧氣刨清根再焊接的方法一般是在返修時(shí)才采用的，在正式施工時(shí)應(yīng)盡量避用。因該方法存在以下缺點(diǎn)：.清根時(shí)把裝配時(shí)用作定位的鈍邊部分刨掉后，使原來鈍邊的限止焊縫收縮的支撐力失去，使原來對(duì)坡口焊縫橫向收縮的約束失去，接頭在殘余收縮應(yīng)力作用下進(jìn)一步產(chǎn)生收

5、縮。所以焊縫的橫向收縮量增大，使構(gòu)件精度控制難度加大。而由于經(jīng)三次熱循環(huán)（正面焊、反面氣刨，反面焊接）接頭熱影響區(qū)的性能降低，特別是粗晶加重，翼板的層間結(jié)合力降低，Z Z 向性能下降。.在對(duì) H H 型鋼的翼板進(jìn)行氣刨清根時(shí)，有時(shí)由于腹板的阻擋，熔渣屑將反噴向焊工，所以可操作性很差。在梁柱連接節(jié)點(diǎn)處柱腹板的橫向加勁肋與柱翼緣、腹板的連接，在清根時(shí)反噴也很嚴(yán)重.由于碳弧氣刨用的是壓縮空氣砍，氣刨表面全部是氧化鐵，由于氣刨后的梢道狹窄，清理打磨困難，不能有效磨掉，使焊接后焊縫金屬中氧化鐵含量偏高。特別是焊接采用二氧化碳?xì)獗：?，因脫氧性差，就更不利?氣刨后焊接，被焊金屬多次加熱，對(duì)熱影響區(qū)組織和性

6、能影響較大，接頭性能下降。.該焊縫的施工要比焊縫計(jì)算厚度與母材等強(qiáng)的部分熔透焊縫或雙面角焊縫用的總工時(shí)（包括開坡口、裝配定位焊、焊接、矯正、氣刨、探傷）多 2-42-4 倍2.2. T T 形熔透焊接點(diǎn)的力流線彎曲半徑小，應(yīng)力集中程度大于部分熔透焊縫和角焊縫，由于熔透焊的焊腳?。ㄍǔ：改_為 t/4,t/4,）, ,所以接頭在焊趾處更容易形成結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中區(qū)。圖2南埠蟄與幅透T形焊縫受力后的力線曲析性比較示意圖從圖 2 2 中可見受力后很大一部分力主要通過焊縫的外層，角焊縫的力流線明顯比熔透焊過渡平緩。而接頭的應(yīng)力集中有時(shí)是比動(dòng)載和疲勞更容易造成開裂的原因。三、選擇焊縫應(yīng)考慮的因素選擇焊縫應(yīng)考慮

7、的因素是一個(gè)很大的題目。筆者認(rèn)為一個(gè) T T 形接頭是采用熔透焊縫、坡口角焊縫還是角焊縫不能單從是否要求等強(qiáng)來規(guī)定，而應(yīng)根據(jù)情況作具體分析后才能確定。考慮的因素主要有以下幾個(gè)方面：1 1 . .焊縫強(qiáng)度首先必須糾正只有熔透焊才能是等強(qiáng)、抗疲勞、抗震的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。無論是角焊縫、坡口角焊縫都可承擔(dān)等強(qiáng)、抗疲勞、抗震、抗裂的作用。角焊縫在焊腳和熔深一定時(shí)也完全可使與母材等強(qiáng)或超強(qiáng)。對(duì)于焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，在 GB50017-2003GB50017-2003 中，角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值遠(yuǎn)小于三級(jí)對(duì)接焊縫，例如 w16mm16mm 的 Q345Q345 鋼的焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，一、二級(jí)對(duì)接焊縫為 310310N/m

8、m2,N/mm2,三級(jí)為 265N/mm2,265N/mm2,而角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值僅為 200200N/mm2N/mm2。這樣很容易帶來誤解，認(rèn)為角焊縫的強(qiáng)度差。規(guī)范中這樣不設(shè)任何前提，沒有可比性的兩種焊縫放在一個(gè)表上是不妥的。它易誤導(dǎo)了設(shè)計(jì)人員對(duì)角焊縫的合理使用。實(shí)際上角焊縫的焊縫金屬的強(qiáng)度并不比對(duì)接焊縫差。如是考慮到把角焊縫由于不便于探傷而只能將其定為三級(jí)焊縫，這是不科學(xué)不合理的，必須糾正。有資料表示，梁與端板的連接，其端板與梁的翼板的連接都是采用雙面角焊縫，其焊縫厚度 a=t/2,aa=t/2,a 為焊縫厚，t t 為梁翼板厚。1 1?！霸?T T 形（或十字）接頭中角焊縫尺寸：按等強(qiáng)考

9、慮，雙面角焊縫的焊腳尺寸應(yīng)為：式中：K焊腳尺寸1一較薄板厚度”就是直接承受動(dòng)載荷或疲勞的 T T 型熔透焊縫，在焊縫的端部是最容易發(fā)生開裂的地方，所以端部的焊腳高要按 t/2t/2 來要求，也可用增加筋板來實(shí)現(xiàn)（見圖 3 3）。使該節(jié)點(diǎn)的總的強(qiáng)度、抗震抗裂性超過其連接件（母材）?；蛟诠に嚿弦蟀叞腔驇Ъ訌?qiáng)高的焊縫封頭（見圖 4 4）, ,使總的強(qiáng)度應(yīng)超過接頭中部。該措施應(yīng)是比單要求熔透焊更為重要。許多鋼結(jié)構(gòu)廠為了美觀，錯(cuò)誤的把該焊縫在最后磨成與板邊一樣平，應(yīng)糾正。的H H神華靜臉眄蒯薛T T割腕用料一雕勝鬧趣2 2 . .板厚與剛度在考慮到接頭形式與結(jié)構(gòu)狀態(tài)情況下，板厚小用角焊的原則在上面

10、已有說明，對(duì)于薄板如采用熔透焊不但是個(gè)成本上的浪費(fèi)，而且對(duì)裝配質(zhì)量，接頭質(zhì)量也是不利的。而采用角焊縫工藝性好。節(jié)頭的綜合質(zhì)量也比熔透焊好。連接焊縫的設(shè)計(jì)，除強(qiáng)度外，還必須考慮剛度，焊縫連接接頭的剛度盡量與被連接件一致，或略大于連接件，使整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度過渡是平滑的。美國的輕鋼廠房結(jié)構(gòu)，H H 型鋼均采用薄板（6mm6mm）、大高度，它的翼板與腹板的焊接均采用單面角焊縫，其焊縫厚度遠(yuǎn)小于腹板的板厚。就是從構(gòu)件的剛度考慮的。因?yàn)樵摵缚p受力后產(chǎn)生屈曲前，腹板的剛性已經(jīng)失穩(wěn)產(chǎn)生彎曲。但當(dāng) T T 形接頭的板厚過大時(shí)，就要考慮采用熔透焊，目的主要是為避免產(chǎn)生層狀撕裂雖在規(guī)范中有“凡要求與母材等強(qiáng)的對(duì)接焊縫

11、應(yīng)予焊透”，但它指的是平對(duì)接焊縫，而對(duì)于 T T 型焊縫，如在結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)中要求與母材等強(qiáng)，除直接承受動(dòng)載和需要驗(yàn)算疲勞的以外，通常宜按焊縫計(jì)算厚度與母材等強(qiáng)的部分熔透焊縫或等強(qiáng)的角焊縫來實(shí)現(xiàn)。四、設(shè)計(jì)上應(yīng)正確使用熔透焊如圖 5,5,是某銀行業(yè)務(wù)運(yùn)營大樓鋼結(jié)構(gòu)工程的圓管柱轉(zhuǎn)換成 H H 型柱的構(gòu)件，設(shè)計(jì)為全熔透結(jié)構(gòu)，不但復(fù)雜，工藝性差，而且質(zhì)量難保證。而建議改進(jìn)的方案不但結(jié)構(gòu)受力合理，工藝性好，整體的質(zhì)量更容易控制，焊縫都可用角焊縫。即解帑瓶毓翅慟重腌聯(lián)會(huì)別瑞舸耐髓用5 5噩郴黜班節(jié)點(diǎn)榨脯又如圖 6,6,是 H H 型柱柱頂?shù)呐Ｍ冉M合結(jié)構(gòu)，原設(shè)計(jì)方案是左右兩牛腿分開單獨(dú)預(yù)制后再與H H 柱組

12、焊在一起，焊縫全都是熔透焊，此方案裝配精度難保證，焊接工藝可達(dá)性差。建議改進(jìn)的方案是把左右的牛腿設(shè)計(jì)成一個(gè)整體， 預(yù)制好后再與 H H 形柱組焊在一起， 這樣裝配簡易因基本是焊縫的長度方向受力，焊縫均可采用角焊縫，組焊質(zhì)量容易控制。對(duì)于焊接強(qiáng)度，熔透焊可作無損探傷，二級(jí)焊縫只是個(gè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，超聲波探傷只能控制氣孔、夾渣、未焊透等空缺型缺陷，而其它的如焊縫金屬的成份、組織、性能、殘余應(yīng)力狀態(tài)等仍是失控的。而就是合格的焊縫，也存在焊縫的成份、組織、性能、尺寸形狀的不一致性，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不會(huì)考慮進(jìn)去，而對(duì)焊縫裂紋的產(chǎn)生卻可起極大的作用。這些都決定了設(shè)計(jì)的焊縫許用應(yīng)力必須降低對(duì)于承受動(dòng)載的、 結(jié)構(gòu)會(huì)因該焊

13、接接頭斷裂而產(chǎn)生重大事故的焊縫強(qiáng)度的設(shè)計(jì)絕對(duì)不能是焊縫截面積與母材相等的概念，有時(shí)必須遠(yuǎn)大于母材截面的承載力,該焊接接頭才是安全的。如鋼柱的牛腿設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者為引合業(yè)主降低用鋼量要求，把牛腿的寬度縮小到近極限，而與柱的連接焊縫強(qiáng)度認(rèn)為只要是熔透就與母材等強(qiáng)， 使牛腿的安全可靠性大為降低。 在柱的寬度較大情況下，把連接處牛腿翼板的寬度放大與柱板同寬，見圖 7,7,使增加了受力焊縫長度，增加了連接的可靠性。因 7 7 犍期林逢觥犍許多圖紙中鋼柱與底板的焊接，不管是否為抗震設(shè)防，柱翼板與底板都采用全熔透要求。特別是帶加筋板的靴式柱腳， 由于筋板的均在柱翼板的外部， 受力后力矩基本上轉(zhuǎn)移到筋板與底板的連

14、接焊縫上，所以對(duì)要抗震設(shè)防的，筋板與柱和底板的焊縫反而應(yīng)該熔透焊，而與底板的連接宜為磨平頂緊的部分熔透焊或角焊縫（視操作可達(dá)性而定）。對(duì)于要進(jìn)行的全熔透焊， 工廠的工藝部門要進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)， 改變 K K 型坡口的全熔透焊一定要反面清根的落后工藝。從坡口的改進(jìn)，如進(jìn)行技改，用成型銃刀，銃成 J J 型坡口；在打底焊上改變靠氣刨清根來清除焊接缺陷的觀念， 提高打底焊的焊縫質(zhì)量， 必要是采用焊條電弧焊來彌補(bǔ)氣保焊焊絲干伸長度過長，氣體保護(hù)不好，使熔池性能下降的缺點(diǎn)。五、必須重視工藝要求與工藝紀(jì)律我國建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中，特別是在鋼結(jié)構(gòu)安裝現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，由于施工條件相對(duì)較差，對(duì)角焊縫，因不探傷，很難放心焊縫的

15、內(nèi)部質(zhì)量，單憑外觀有時(shí)很難判斷內(nèi)部的焊接質(zhì)量問題。在當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)工廠對(duì)構(gòu)件中的部分熔透焊縫和角焊縫的施焊主要是外表達(dá)到焊腳高而已。而對(duì)熔深與內(nèi)部夾渣和未熔合往往是失控的。 這也許就是現(xiàn)在設(shè)計(jì)中全熔透焊縫要求泛濫的重要原因之一。要解決此問題的唯一途徑就是強(qiáng)化工藝要求嚴(yán)嚴(yán)肅工藝紀(jì)律。現(xiàn)在雖有規(guī)定焊工要有上崗證，操作證，都經(jīng)過技能考試。但在實(shí)際上往往只是在投標(biāo)書和施工組織設(shè)計(jì)的文本中把焊工操作證復(fù)印在里面， 在實(shí)際生產(chǎn)中真正施工的焊工是否有證卻不一定。有操作證的也無法反映焊工技術(shù)的高低。部分熔透焊與角焊縫除了檢查焊腳高外， 焊縫的質(zhì)量的保證靠的是工藝規(guī)程， 靠的是工藝紀(jì)律，靠的是質(zhì)量控制措施。如因?yàn)槟?/p>

16、種焊接方法的質(zhì)量控制麻煩就躲避它，而去采用熔透焊是一種偷懶的做法，不是一個(gè)科學(xué)的態(tài)度。六、探討性建議針對(duì)存在的問題，筆者試對(duì)鋼結(jié)構(gòu)熔透焊與角焊縫的合理應(yīng)用提出幾點(diǎn)建議：1 1 . .對(duì)工藝文件的要求正規(guī)化，把工藝紀(jì)律檢查列入鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝施工單位、監(jiān)理單位的質(zhì)量管理范疇。2 2 . .建議增加對(duì)角焊縫的熔深（p p）的檢查，見圖 9 9。因熔深未超過根部就是未熔透。建議增加對(duì)部分熔透焊縫（圖 1010 的中間圖）的坡口深（H H）的熔透性檢查。在現(xiàn)場(chǎng)可用超聲波探傷法探測(cè)熔深，進(jìn)行抽查。并把此要求納入工藝文件。從而使角焊縫與部分熔透焊縫的熔深得到保障。國勺曲后鞋各部尺寸用3 3 . .薄板與厚板宜采有不同的焊縫要求，綜合考慮我國當(dāng)前的狀態(tài)，建議在一般性結(jié)構(gòu)中要求全熔透的焊縫，可按下圖考慮。見圖 1010。在門式剛架廠房鋼梁與端板的熔透焊要求可以按 t14mmt14mm 的進(jìn)行全熔透。以上這些與現(xiàn)行規(guī)范有沖突的意見與行業(yè)內(nèi)專家交流，并供廣大鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。任何規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)都是在實(shí)踐中不斷改進(jìn)與完善的。T T 形焊縫接頭是鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最多的節(jié)點(diǎn)，本文提出的對(duì) T T 形熔透焊合理應(yīng)用的探討性方案只望為提高一點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)在質(zhì)量，促進(jìn)我國鋼結(jié)構(gòu)早日趕上世界水平。參考文獻(xiàn)11. .BiegesteifeStirmplatten-Verbindungenmithochfesten