全熔透焊縫的合理應(yīng)用

1、標(biāo)準(zhǔn)化管理部編碼-99968T-6889628-J68568-1689N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)，木文試對(duì)問(wèn)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(jiàn)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(wèn)題的提出全熔透焊縫通常指平對(duì)接焊縫和T形連接焊縫，木文是針對(duì)T形接頭而言。該類(lèi)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)圖紙上岀現(xiàn)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GB500172003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的7. 1. 1中，“1.在需進(jìn)行要疲勞計(jì) 算

2、的構(gòu)件中，凡對(duì)接焊縫均應(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JGJ81-2002建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接 技術(shù)規(guī)程中把T形接頭稱(chēng)作對(duì)接與角接組合焊縫，容易給人造成誤解， 把T形接頭也作為對(duì)接接頭來(lái)要求。在GB500172003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的7. 4.3梁柱連接節(jié)點(diǎn)處柱腹板橫 向加勁肋應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：“橫向加勁肋，用焊透的T形對(duì)接焊縫與 柱翼緣連接。當(dāng)梁與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?！痹贑ECS102： 2002門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程上的條中，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

3、，”。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(guó)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而相同，這樣 就保證了焊縫與母材等強(qiáng)，就不會(huì)有問(wèn)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(lái)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(lái)可以用部分熔透焊或角焊縫來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也都用全熔透焊來(lái)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

4、熔透焊縫的主要根源。二、熔透焊的缺點(diǎn)1. T形熔透焊縫施焊成木高，工藝性差在實(shí)際的構(gòu)件施焊時(shí)，為保證接頭和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而進(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(lái)鈍邊的限止焊縫 收縮的支撐力失去，使原來(lái)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

5、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向性能下降。.在對(duì)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?chē)?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 后的槽道狹窄，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：福蛎撗跣圆?，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

6、扌舌開(kāi)坡口、裝配定位焊、焊接、矯正、氣刨、探傷） 多2-4倍。2. 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,）,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)。從圖2中可見(jiàn)受力后很大一部分力主要通過(guò)焊縫的外層，角焊縫的力流線 明顯比熔透焊過(guò)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(kāi)裂的原因。三、選擇焊縫應(yīng)考慮的因素選擇焊縫應(yīng)考慮的因素是一個(gè)很大的題目。筆者認(rèn)為一個(gè)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(lái)規(guī)定，而應(yīng)根 據(jù)情況作具體分析后才能確定?？紤]的因素主要有以下幾個(gè)方面：1. 焊縫

7、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(wú)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GB50017-2003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W16mm的Q345鋼的焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，一、二級(jí)對(duì)接焊 縫為310 N/mm2,三級(jí)為265N/mm2,而角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值僅為200N/mm2o這樣很容易帶來(lái)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(méi)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

8、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，其焊縫厚度滬t/2, a為焊縫厚，t為梁翼板厚。1。“在T形（或十字）接頭中角焊縫尺寸：按等強(qiáng)考慮，雙面角焊縫的焊腳 尺寸應(yīng)為：就是直接承受動(dòng)載荷或疲勞的T型熔透焊縫，在焊縫的端部是最容易發(fā)生 開(kāi)裂的地方，所以端部的焊腳高要按t/2來(lái)要求，也可用增加筋板來(lái)實(shí)現(xiàn) （見(jiàn)圖3）。使該節(jié)點(diǎn)的總的強(qiáng)度、抗震抗裂性超過(guò)其連接件（母材）?；蛟?工藝上要求包邊包角或帶加強(qiáng)高的焊縫封頭（見(jiàn)圖4 ）,使總的強(qiáng)度應(yīng)超過(guò) 接頭中部。該措施應(yīng)

9、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。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而己有說(shuō) 明，對(duì)于薄板如采用熔透焊不但是個(gè)成木上的浪費(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(guò)渡是平滑的。美國(guó)的輕鋼廠房結(jié)構(gòu)，H型鋼均采用薄板（V6mm）、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?/p>

10、焊縫受力后產(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形接頭的板厚過(guò)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)接焊縫應(yīng)予焊透”，但它指的是平 對(duì)接焊縫，而對(duì)于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(lái)實(shí)現(xiàn)。四、設(shè)計(jì)上應(yīng)正確使用熔透焊如圖5,是某銀行業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)大樓鋼結(jié)構(gòu)工程的圓管柱轉(zhuǎn)換成H型柱的構(gòu)件， 設(shè)計(jì)為全熔透結(jié)構(gòu)，不但復(fù)朵，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。

11、又如圖6,是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(kāi)單 獨(dú)預(yù)制后再與H柱組焊在一起，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形柱組焊在一起，這樣裝配簡(jiǎn)易因基木是焊縫的長(zhǎng)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(wú)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)

12、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)大于母材截而 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(jiàn)圖7,使增加了受力焊縫長(zhǎng)度，增加了連接的可靠 性。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

13、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(mén)要進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，改變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型坡口；在打底焊上改變靠氣刨清根來(lái)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(lái)彌補(bǔ)氣保焊焊絲 干伸長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，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(guó)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

14、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(wèn)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) 到焊腳高而己。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(wèn)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?，F(xiàn)在雖有規(guī)定焊工要有上崗證，操作證，都經(jīng)過(guò)技能考試。但在實(shí)際上往 往只是在投標(biāo)書(shū)和施工組織設(shè)計(jì)的文木中把焊工操作證復(fù)卬在里而，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(wú)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

15、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)槟撤N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(wèn)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. 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. 建議增加對(duì)角焊縫的熔深(P)的檢查，見(jiàn)圖9。因熔深未超過(guò)根部就是 未熔透。建議增加對(duì)部分熔透焊縫(圖10的中間圖)的坡口深(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。3. 薄板與厚板宜采有不同的焊縫要求，綜合考慮我國(guó)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(jiàn)圖10。在門(mén)式剛架廠 房鋼梁與端板的熔透焊要求可以按t14mm的進(jìn)行全熔透。以上這些與現(xiàn)行規(guī)范有沖突的意見(jiàn)與行業(yè)內(nèi)專(zhuān)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