廣東高層商業(yè)廣場潮濕環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制

海島潮濕環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制(施工技術(shù)2012年9月下，第373期，第54頁)xx(1．xx鋼構(gòu)有限公司，xx深圳518040；2．xx六工程局有限公司xx分公司，xx210016)[摘要]CO2氣體保護(hù)焊是目前國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)工程最主要的焊接方法，其原理是通過大流量的CO2氣體將空氣隔絕在焊接熔池外，避免空氣與熔池發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而影響焊接質(zhì)量。但是CO2氣體很難將空氣中的水蒸氣隔絕，也不能將焊件周圍的水分隔絕或清除，因此，水蒸氣及水分依然能影響并降低焊縫質(zhì)量，其根本原因是水蒸氣及水分中的氫原子的有害作用。為克服這個問題并提高焊接質(zhì)量，就必須采用一定的焊接技術(shù)及措施。本文通過xx省xx市xx國際廣場鋼結(jié)構(gòu)工程的焊接施工，分析了影響焊接質(zhì)量的因素，總結(jié)了在海島潮濕環(huán)境下的鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制的要點，并取得了良好的經(jīng)濟效益。[關(guān)鍵詞]CO2氣體保護(hù)焊海島潮濕環(huán)境鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制著T裕h亦e懲鈔W書e拖l桑d往枕Q丸u逝a目l仰i非t岔y間而C村o稻n宰t郵r伍o托l(wèi)孫邁o午f謙烈H冬u僵m觸i筋d夫淺E藥n嶄v槳i碗r犧o板n剖m彼e伙n然t信脅i歷n晚成I陡s賭l舉a船n狂d窯W授a縮n副g呀茅Y驅(qū)o腸n尊g朵n鋼i鴿a道n證1桃，勾Z治h膽a現(xiàn)n凳g貨消L蹄e閣i模1您，徒Z罩h步a譜o吳寧H赴a肯i麻x欣i依n磨1在，與T晨i陳a員n翼楚W語e荒i富g兼u疊o吩2模(背1俯．建C岸h器i漏n威a秩司C險o井n救s彩t嬸r泳u估c籮t迅i副o異n孤扛S叉t鞋e環(huán)e腹l倡西S倦t羞r說u賣c李t竹u嶼r樂e冬業(yè)C集o念r寧p及.耽L麥t障d漠，快G恭u搶a啞n憂g埋d額o出n術(shù)g值第疫S項h敞e抱n蠶g艦z基h頸e魄n柴子5述1翁8湊0攻4趁0祥雞C倆h商i章n臨a座2篇．飄H謙u撿a漿d螞o謠n音g障繪B肌r貞a替n邀c天h捆砌o播f粒耗C妹h糾i凝n鋸a臟每C屈o立n配s帖t貫r霧u荒c筍t辱i東o鋤n殖駕S留i哈x庫t房h屬司E尤n妖g事i鈔n歸e竭e獲r壇i虎n帳g險區(qū)D澇i販c示i奶s招i蛛o拘n法辛C傘o術(shù).擔(dān),勉L酒t凈d逆.飄,模N堵a談n山j(luò)派i瓣n拍g洲,始j周i培a富n豈g躬s控u纏格2柱1忙0蹤0桃1盲6墨,嘆c摸h羞i云n爹a跟)[abstract]土C尚O右2皂塑g堪a磁s廚和s帥h層i蝴e蒼l滾d介e奶d丟鑰w爪e潤l今d醫(yī)i如n平g奶咳i褲s魯敲t抱h蘆e參取m捧o樸s咽t訓(xùn)塞p目o斷p感u癢l蠟a革r腔壓w智e哥l網(wǎng)d廁i達(dá)n教g督乘p室r協(xié)o滑c決e合s贊s食棚i姿n窮逆t圾h仙e牛缸c收u枯r完r旨e蔽n余t哥物d日o亂m序e樹s非t特i茫c值彈s娃t詢e做e傾l繼耗s迅t財r浪u在c拍t宏u哪r旦e治岔e漂n綿g喇i密n趙e屈e屯r何i慚n急g混.幟勞T仿h遭e遍橋p么r買i追n勁c姑i稻p崗l介e筆述君i疏s幼說t于o畜黃u怨s逆e評戲a博n屠蠟e藝l從e疼c牌t來r雷o(hù)蹲d練e殺注c互o葉v心e靠r帶e完d儀影i技n決題a判最f網(wǎng)l駱u恩x處乓t輪h勺a警t反間p繞r希o蛾d吧u廁c于e蠻s疫帳c協(xié)a摘r盛b絕o郵n確剝d路i阻o導(dǎo)x篩i什d哈e究,賺遙p任r步o梅t蝕e掀c靈t拆i毫n競g陳情t考h殺e夜剛w五e坊l毒d熱偶a幣r銜e裙a晴劇f切r紗o表m惹算a概t已m三o話s蓋p肉h摸e斷r萌i距c逢添g燦a們s桂e賣s璃.秩獄I礎(chǔ)t摩轟a驅(qū)v賺o紗i濫d飾s誦亂c側(cè)h口e暴m昨i鼻c店a蘋l面舊r個e案a借c忙t棉i籌o旅n些射b豆e雨t僚w沾e現(xiàn)e龜n帳塌a但t轟m面o倆s惜p箏h覽e膜r星i逐c系令g疊a招s舞e肚s抹膊a椅n謠d御錢t潤h脅e銷燒w進(jìn)e刃l(wèi)米d緩i曉n桿g趕游m假a秀t康e享r滴i拼a威l川s忽,覺切w休h免i拾c詠h奶秀l蔑e侵a禽d勒s糕啊t如o腹據(jù)a住饅w漂e碎a百k純別w次e搜l沙d采.捐屢H弟o被w獅e哥v但e逗r救,板省i蕉n老笛t麻h恨i釋s己香p突r母o潛c棵e減s樸s瘡,凝蛛t倍h攜e鈴暮i縱s更o融l燒a仇t瓶i懸o冒n同抹o幕f是顫t隊h棟e粥腐w膀a禮t確e接r柴倚v祝a科p披o驢u貢r書泄o殿r盈短r牽e個m蓮o絕v被i臨n膀g賠次t劃h鹿e餅床w以a撓t庸e化r巡迷a澤r房o金u抽n筒d染現(xiàn)t獄h撿e脈涂w沙e六l憑d懼i憶n信g論催a邁r柄e瘋a馳功c榴a織n號剩n割o傻t欲笛b菊e囑敲e綁a親s狹i搜l巷y鍋算a甚c個h郵i戶e合v桌e丘d濾,其要a蛋n漠d罰廁t鏡h濱u糞s核霜t鞏h型e扎瘡w溜e賣l坑d薪愉q暴u糞a涉l拳i氣t譜y槐妄i額s淡習(xí)r扔e腐d狀u境c園e倚d岡.次慎T廢o畏臥o屈v樂e強r碌c驢o許m折e帽池t讀h夫i莊s時眼p佩r瘦o扇b郵l偵e欣m(xù)創(chuàng)久a電n潮d妨槍t崖o式蟲i泊m座p蒸r厭o厲v易e井融t鉆h尼e怒轉(zhuǎn)w歌e友l歲d粱桐q吹u瞎a章l產(chǎn)i速t舉y何,鐵怖a棋母s儲p昨e屆c婆i珠a售l攻答t鍛r緒e秒a宵t奶m發(fā)e針n廈t留霞i株s輝如p硬r棋o緒p柏o授s礙e艦d茶惠b解a珠s習(xí)e百d生蒸o煌n宇林t泉h舒e到萌p購r及o怕j詳e分c找t覆父c皇o膨n蜓d吧u辟c松t者e歉d濾抖i手n血筆H耳a盾i平k測o份n殃g蔥繡I鐘n絕t逐e帶r械n式a號t享i橋o禾n宰a債l券叉P甘l乎a被z員a撥繡i碎n番示t學(xué)h蛛e貧哪c瓜i銳t與y夸跨o鈴f拼疤H乏a廉i遭k喬o讀u霸.帽假A沙蕩g艘o于o犧d柴鋸p恢e診r賣f肥o地r千m氧a鐘n乖c騙e棵叮i階s努側(cè)a對c晉h卷i胸e襪v贊e紀(jì)d祝剝i正n覆普b陷o濱t兆h束妥t名h小e紙勉q覆u字a緞l歲i鏟t齡y鞏堂a柜n打d量孩t靠h昆e存豆e蜂c搜o愈n騙o鍋m林y恥嘴i休n擁昂t適h險i動s同翻i鵲n茅s嘗u笨l病a胞r玻礙h訂u尚m萬i閱d熟穗e耀n伯v宴i硬r肥o者n露m爺e謠n砌t福.鐘悄I歲n商齊t戶h刺e患騎p恨a踢p筍e最r云,余斥t微h鄉(xiāng)e浙跌f咬a威c傅t眨o甩r懇s缺威a攤f謊f凈e完c失t狹i容n期g爛謎t東h丈e賠朽w姑e黑l臨d國英q郊u緩a劉l謀i撈t頁y眉寶a帆r駝e捧秒a告n予a蟲l惰y守z奔e陜d顛,亞肅a對n免d旅逗t棕h叔e漠造k吩e年y速舞i誼s錢s梅u凳e清s符允r癥e只g騰a喂r放d朗i暫n丟g不毛t斗h射i騾s兵功t枯r盟e票a紛t瑞m租e六n極t拉嘩a騰r釀e魂層i酬l芹l盲u月s榜t貧r缸a埋t蟲e棗d濾.[Keyword]CO2gasshieldedwelding;island;humidenvironment;steelstructure;welding;qualitycontrol1工程概況xx國際廣場項目位于xx省xx市xx區(qū)金貿(mào)中路12號。其主樓地下3層，地上外框52層，核心筒55層，建筑總高度249.7米，為xx第一高樓。結(jié)構(gòu)形式為勁性鋼骨混凝土核心筒—矩形鋼管混凝土柱外框組成，其中17、32、51層為加強桁架避難層，外框52層以上為空間曲面斜角網(wǎng)格網(wǎng)殼屋架結(jié)構(gòu)。本工程鋼結(jié)構(gòu)主要由矩形鋼管外框柱、外框鋼梁、核心筒勁性鋼骨柱、鋼骨梁、加強層桁架，及屋架結(jié)構(gòu)等組成。如圖1為結(jié)構(gòu)效果圖。圖1結(jié)構(gòu)效果圖2焊接概況與環(huán)境分析2.1焊接概況本工程主要鋼材材質(zhì)為Q345B，最厚板厚為60mm，大部分為16mm-50mm，現(xiàn)場焊縫主要為鋼構(gòu)件安裝對接焊接，以及部分角焊縫，焊縫總長度約8000m。主要焊接位置有平焊、橫焊及立焊。現(xiàn)場對接焊縫均為一級全熔透焊縫（要求100%超聲波探傷合格），角焊縫為三級焊縫?，F(xiàn)場焊接質(zhì)量要求高，焊接量大是主要特點。本工程現(xiàn)場焊接構(gòu)件的部位、板厚、焊接位置、材質(zhì)統(tǒng)計見下表1。表1焊接構(gòu)件的部位、板厚、焊接位置、材質(zhì)統(tǒng)計序號焊接構(gòu)件名稱板厚統(tǒng)計(mm)焊接位置材質(zhì)1核心筒鋼骨柱20、30、40HQ345B2核心筒鋼骨梁20、30F、VQ345B3框架柱20、24、26、30、36、40H、VQ345B4框架梁8、9、16、24、30、32、40F、VQ345B5桁架30、50、60F、V、HQ345B6屋架12、20、26、32、40F、V、HQ345B2.2焊接環(huán)境分析本工程位于xx島上，離瓊州海峽海岸僅800米。xx市地處低緯度熱帶北緣，屬于熱帶海洋氣候，年平均氣溫23.8℃，最高平均氣溫28℃；年平均降水量1664毫米，雨日150天以上。5-10月為雨季，9月為降雨高峰期，月平均降水量近250毫米。xx氣象資料及降雨量柱狀圖如圖2。圖2xx氣象資料及年降雨量柱狀圖由于降雨多，及地理環(huán)境影響，平均空氣相對濕度達(dá)到85%，大部分時候空氣濕度超過90%，極端情況下達(dá)到100%。同時，夜間濕度要明顯大于白天?？諝鉂穸惹€圖如圖3。以上為xx國際廣場鋼結(jié)構(gòu)焊接施工面臨的環(huán)境，其顯著特點是高濕度。主體結(jié)構(gòu)施工工期約15個月，同時，部分焊接在夜間進(jìn)行。在高濕度環(huán)境中的鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量保證是施工的最大難點。在本工程施工高峰期的7月至第二年4月，經(jīng)對環(huán)境濕度進(jìn)行觀察并統(tǒng)計，每月環(huán)境濕度超過90%的天數(shù)及每天超過90%的時間表見表2。圖3空氣濕度曲線圖表2：每月環(huán)境濕度超過90%的天數(shù)及小時數(shù)（每天按24小時計算）月份7891011121234天數(shù)（天）14222025181622242616合計時間（小時）801642972739118318013215489說明：環(huán)境濕度超過90%的天數(shù)占68%，占小時數(shù)的23%。2.3現(xiàn)場焊接環(huán)境要求《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ81-2002）規(guī)定的焊接作業(yè)區(qū)環(huán)境要求是：1）空氣相對濕度不得大于90%，焊件表面潮濕時，應(yīng)采取加熱去潮濕措施；2）風(fēng)速超過2m/s時應(yīng)采取防風(fēng)措施3）環(huán)境溫度使焊件溫度不得低于20℃，否則須進(jìn)行加熱或預(yù)熱處理。3原因分析3.1影響焊接質(zhì)量的因素本工程鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中，由于降雨多及空氣濕度大，在焊接施工時，焊件及周圍存在較多的水蒸氣及水分，使焊縫容易出現(xiàn)氣孔、裂紋等焊接缺陷。焊接施工及其質(zhì)量控制面臨較大的難度。3.2潮濕環(huán)境對焊縫質(zhì)量的影響分析3.2.1影響因素分析焊接施工的焊件周圍濕度高，意味著存在較多的水蒸氣或水分，在焊接高溫過程中，空氣中的水蒸氣大量向液態(tài)熔池中溶解，而在熔池凝固結(jié)晶時，水蒸氣的溶解度急劇下降，氣體處于過飽和狀態(tài)，聚集形成氣泡，因熔池的結(jié)晶速度大，氣泡來不及逸出而形成氫氣孔。同時，高濕度水分中也存在一定數(shù)量的氫原子。隨著溫度的升高，氫在鐵的溶解度是增加的，并在一定的溫度下達(dá)到最大值，如圖4所示，鐵約在2400℃達(dá)到最大值43cm3/100g，由于熔滴的溫度高于熔池溫度，所以熔滴階段吸收的氫比熔池階段多。圖4氫在鐵中的溶解度與溫度的關(guān)系熔池冷卻時，氫在金屬中的溶解度急劇下降，特別是從液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時，氫的溶解度可從32cm3/100g降至10cm3/100g，由于氫氣孔是在結(jié)晶過程中形成的，在相鄰樹枝晶的凹陷最深處是氫氣泡的胚胎場所，浮出就更困難。但氫又具有較大的擴散能力，極力掙脫至表面，上浮逸出，兩者綜合作用的結(jié)果，最后形成了具有喇叭口形的表面氣孔（見圖5）。圖5焊接形成的氣孔缺陷3.2.2氫對焊接質(zhì)量的影響氫對金屬及合金焊接是有害的。就鋼材的焊接而言，氫的有害作用有以下四個方面。1）氫脆氫在室溫附近使鋼的塑性嚴(yán)重下降的現(xiàn)象稱為氫脆。在試件拉伸過程中，金屬中的位錯發(fā)生運動和堆積，形成顯微空腔。與此同時，溶解在晶格中的原子氫不斷地沿著位錯運動的方向擴散，最后聚集到顯微空腔內(nèi)結(jié)合為分子氫。這個過程的發(fā)展使空腔內(nèi)產(chǎn)生很高的壓力，導(dǎo)致金屬變脆。2）白點碳鋼或低合金鋼焊縫，如含氫量高，則常常在其拉伸或彎曲斷面上出現(xiàn)銀白色圓形局部脆斷點，稱之為白點，白點與氫脆一樣使得焊縫變脆，塑性降低。3）形成氣孔氣孔不僅削弱焊縫的有效工件斷面，同時也會帶來應(yīng)力集中，顯著降低焊縫金屬的強度和韌性。4）產(chǎn)生冷裂紋冷裂紋是焊接接頭冷卻到較低溫度產(chǎn)生的一種裂紋，其危害很大。氫是促使產(chǎn)生這種裂紋的主要原因之一。.3.3分析結(jié)論潮濕環(huán)境中的水分及水分子，提供了影響焊縫質(zhì)量的氫原子，不利于潮濕環(huán)境焊接質(zhì)量保證。4焊接質(zhì)量控制4.1焊接質(zhì)量控制方法在高濕度環(huán)境下的鋼結(jié)構(gòu)焊接工作中，控制焊縫中的氫含量，杜絕出現(xiàn)氫氣孔等質(zhì)量缺陷尤為重要。在xx國際廣場鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中，從焊縫氣孔等缺陷的根本原因考慮，通過控制焊縫中的氫含量，控制焊接質(zhì)量，主要從以下三方面入手：1）限制焊接過程中氫的來源。2）降低氫的溶解度。3）增大氫的逃逸速度和逃逸時間。4.2限制焊接過程中氫的來源理想狀態(tài)下，如果大氣中和焊件焊材中不含有氫，那理論上講也就一定不會氫氣孔，但那是絕對條件，現(xiàn)實條件下不存在，但是這也給了我們一個提示，那就是控制氫的來源，將是最有效最直接避免氫氣孔出現(xiàn)的途徑。4.2.1搭設(shè)嚴(yán)密的焊接防護(hù)棚在焊接施工前，采用三防布搭設(shè)嚴(yán)密的焊接防護(hù)棚，不僅起到防風(fēng)防雨作用，還能隔絕濕氣，使焊縫周圍溫度大于外部溫度，起到降低濕度的作用，從而徹底改善焊接施工環(huán)境，提高和控制焊接質(zhì)量。焊接防護(hù)棚如圖6。圖6焊接防護(hù)棚焊接防護(hù)棚搭設(shè)后，通過焊接前烤槍預(yù)熱產(chǎn)生的熱量，以及焊接過程中產(chǎn)生的熱量，改善和維持焊接環(huán)境，從而達(dá)到滿足焊接條件的要求，控制焊接質(zhì)量。4.2.2焊接材料的防潮和烘干焊絲在潮濕空氣中長期放置會吸潮，這也成為了焊接過程中氫的另外一個重要來源，這不僅使焊縫含氫量增加，而且使焊接工藝變壞，抗裂性下降。將焊絲存放在溫度高，通風(fēng)好的專用工具房，起到防潮及烘干的作用。焊絲在使用過程中也需做好防護(hù)，嚴(yán)謹(jǐn)雨淋。從工具房拿出的焊絲盡量一次使用完，否則須重新存放在工具房中，避免吸潮。同時，對于因受潮而生銹的焊絲必須廢棄，不能使用。4.2.3清理母材表面工件及焊絲表面的氧化膜、鐵銹、油污及水分在焊接過程中均會向熔池中提供氧和氫，是形成氣孔的重要原因。鐵銹（mFe2O3·H2O）中的結(jié)晶水在高溫下分解產(chǎn)生氫氣，增加氫氣孔傾向；工件表面的油污在高溫下會分解產(chǎn)生H2，增加氫氣孔傾向。所以在生產(chǎn)中應(yīng)盡可能清除鋼板上的鐵銹、氧化鐵皮和油污?？刹捎娩摻z刷、風(fēng)動砂輪、電動砂輪來（見圖7）清理氧化皮和鐵銹，采用氧乙炔焰烘烤油污和水分（見圖8）。圖7鋼絲刷電動砂輪圖8采用氧乙炔焰烘烤焊件4.2.4特殊條件選擇藥芯焊絲藥芯焊絲與實芯焊絲的區(qū)別主要在于焊絲內(nèi)部裝有焊劑混合物。焊接時在電弧熱作用下熔化狀態(tài)的焊劑材料、焊絲金屬、母材金屬和保護(hù)氣體相互之間發(fā)生冶金作用，同時形成一層較薄的液態(tài)溶渣包覆溶滴并覆蓋溶池，對溶化金屬形成又一層保護(hù)，實質(zhì)上這種焊接方法是一種氣渣聯(lián)合保護(hù)的方法，它綜合了手工電弧焊和CO2氣體保護(hù)焊的優(yōu)點，進(jìn)一步減少熔滴和熔池中氫的攝入。在空氣濕度超過90%或陰天等焊接條件不良而須焊接的焊縫，采用藥芯焊絲，可滿足保證焊接質(zhì)量的要求。但是，藥芯焊絲相比實芯焊絲價格較高，大量使用曾成本增加，然而，在特殊條件下，使用藥芯焊絲易于保證質(zhì)量，還能加快施工工期，避免工期延誤，其帶來的經(jīng)濟效益遠(yuǎn)大于焊絲成本。4.3降低氫的溶解度4.3.1使用添加有氧化物的藥芯焊絲使用有適當(dāng)增加氧化物的藥芯焊絲中，如含SiO2、MnO、FeO等，它們能與氫反應(yīng)生成穩(wěn)定性僅次于HF的OH，OH也不溶于液體金屬，可以占據(jù)大量的氫，因而對于消除氣孔也是有效的，間接起到了降低氫的溶解度的目的。4.3.2優(yōu)化焊接工藝焊接工藝主要包括焊接電流、電壓、焊接速度等參數(shù)。一般情況下均希望在正常的焊接工藝下施焊，電流增大雖能增長熔池存在的時間，有利于氣體逸出，但同時會使熔滴變細(xì)，比表面積增大，熔滴吸收的氣體增多，反而增加了氣孔傾向。本工程通過焊件工藝評定，確定了合理的焊件工藝參數(shù)，保證焊接質(zhì)量。本工程所采用的焊接工藝參數(shù)見表3。表3焊接工藝參數(shù)（適用于橫焊及立焊，針對焊機較新，松下600型品牌）參數(shù)位置電弧電壓（V）焊接電流（A）焊絲伸出長度焊絲極性氣體流量（L/min）層間溫度(℃)焊絲型號≤40＞40首層22～24120～130