论钢结构制作中的质量控制
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摘要：论述了钢结构特点及焊接难点，从多角度、多方位论述了控制钢结构焊接质量的可行性措施。
关键词：钢结构；焊接；质量
随着钢结构在现代建筑中的广泛应用，钢结构焊接质量也越来越重要，在焊接过程中由于焊接热源对结构不均匀加热导致结构形状和尺寸的变形，以及在变形同时结构内部产生应力和应变等焊接残余力等自平衡内应力以及由于环境因素导致的系列焊接质量问题需要耗费大量的人力、物力去矫正、修理，甚至导致构件报废等后果，因此，确保焊接质量在钢结构施工控制中的重中之重。
1 现代建筑钢结构特点及焊接难点
1.1钢结构特点
随着建筑结构造型的日趋新颖，钢结构体型也日益多样，导致大跨度复杂空间形状的钢结构建筑不断涌现以及管结构的不断推广；钢结构构件形状多变，节点构造复杂多样且钢板厚度加大；钢结构材料由低碳钢发展到高强合金钢、铸钢等新型材料，近年来铝合金材料也逐步应用到钢结构网架。
1.2钢结构焊接难点
多角度全方位高空焊接。钢结构复杂的体型及繁琐的节点位置和构造决定了现场焊接工作的操作点多、操作面广、操作量大以及需进行多角度全方位和高空焊接施工的难点；应力大，接头处易产生质量缺陷。钢结构施工中的节点复杂、板厚加大等导致焊缝密集甚至出现立体交叉最终导致焊接接头刚性拘束大的后果，使焊缝不能自由收缩而导致双向甚至三向产生应力，因此在很大程度上增加了焊接接头产生裂纹和层状撕裂的可能性；工艺不完善。新品种刚才的使用导致现场焊接的工艺参数不完善和操作经验不足，往往导致钢材淬硬倾向增大、对裂纹和氢脆的敏感性大以及容易出现延迟裂纹的后果：检验难度大。现行的焊接过程质量检测方法、评定标准的可操作性不强，并且存在人为因素等均容易导致焊接质量缺陷。
2 焊接变形的控制
减少焊缝截面积。在焊接施工过程中若出现凸出很高的焊缝，其多出的焊缝金属并不能提高许可强度，反而增加了应力集中系数同时消弱了破口的综合性能，因此在焊接施工中应采用V型刨边以便形成V型破口以尽量减少焊缝金属量；
多层多道焊接，施工中应坚持焊缝数量愈少愈好的原则，并在每条焊缝内尤其是在厚板焊接时采用多层多道焊接；焊缝平衡，应尽量保证焊缝尽可能对称，并要靠近中和轴施焊，实现一个收缩力对另一个收缩力相互平衡以有效控制减少变形。
逆向回焊法，若焊接的总进程为从左到右，则施焊过程中每个焊缝应从右到左，即分段侧焊，以免由于在每道焊缝施焊后沿焊缝板内侧的热量导致该处膨胀使两侧板向外分开，而当热量在板内侧向外扩散后板外边缘膨胀致使其重新合拢。
反变形法，采取在施焊前将需焊接构件刻意偏置的方法来有效利用收缩力，诸如将某些组合在焊接前装偏，待焊接时其预偏量能够恰好回到所需位置，或用机械方法产生反向力来将构件进行弯曲或预拱以抵消收缩力。
采用反力平衡收缩力，采用夹具产生的约束力或构件装配为组件时的约束力以及构件在重力作用下产生的拱度等所产生的反力来平衡焊接过程中产生的收缩力。其中夹具法是将同等焊接件背靠背紧夹在一起后用夹具将其夹好，待其焊接完成并冷却后将夹具松开。
锤击法，锤击法也是消除收缩力的方法一种，其本质是在焊缝上施加外力的方法将焊缝变薄变长来消除残余应力，在锤击过程中应坚持在一定层面温度中锤击、在一定频率下锤击、在一定力道下锤击和焊道根部不锤、等材不锤、焊道表面不锤的“三点锤、三点不锤”的原则。
合理布置焊缝，对焊缝进行合理布置避免焊缝间距离太近现象，当材料尺寸与零件长度尺寸不同应尽量减少或不做拼接焊缝的措施来减少焊接应力集中和焊接变形。
焊接方式，钢结构焊接过程中交流点焊机适用于普通刚才焊接，直流电焊机则适用于要求较高的钢材焊接，埋弧焊和自动焊则适用于梁柱较长的对角或角焊缝，CO2气体保护焊则适用于要求较高的薄钢板结构焊接。
3 焊接裂纹的控制
焊接施工中应合理选择焊接材料来控制焊缝的化学成分，以降低母材和焊接材料中形成低熔点共晶物来防止热裂纹的产生；施焊中控制电流和焊缝速度等工艺参数，使焊道截面上的宽度和深度比值符合工艺要求以实现控制热量输送的目的；对焊材进行合理的焊前预热和焊后缓冷以改善焊接接头内部组织，提高焊缝的综合性能防止冷裂纹的产生。
4 层状撕裂的控制
4.1层状撕裂及影响因素
焊接大型厚壁结构时若在钢板厚度方向受到较大的拉伸应力而在钢板内部出现沿钢板轧制方向的阶梯状裂纹称为层状撕裂。其一般不发生在焊缝上而是出现在热影响区域或母材内部，因此其更难于预防控制。
若素钢材中含有硫化物等非金属类夹杂物而成片状或条状，则在其尖部容易导致应力集中而产生层状撕裂；由于力学因素导致沿板厚方向产生拉伸应力的形成因素而促成层状撕裂。
4.2防治措施
应选用具有抗层状撕裂的钢材，必要时应通过拉伸试验确定其断面收缩率等方法来评定其抗层状撕裂的能力；在T型、十字型接头部位，且当其翼缘板厚度超过20mm时应适当减少焊接破口角度及间隙，并满足焊透深度要求、增大焊脚尺寸等措施来使焊缝受力面积增大而降低板厚方向应力，以及采用对称坡口或偏向于侧板的坡口，若板厚方向承受焊接拉应力板材短头应伸出接头焊缝区等措施来避免层状撕裂现象；在施工工艺上则应采取在强度允许的情况下采用低强度焊条在坡口内母材板上堆焊塑性过渡层以及采用低氢型、超低氢型焊条或气体保护电弧焊施焊或提高预热温度的方法施焊。
5 环境影响及控制
5.1环境影响因素
能够影响焊接质量的环境因素主要指空气温度、湿度以及风力，焊接件坡口处的清洁程度等。空气温度直接影响焊接热循环过程、焊接熔池冶金化学反应程度、焊缝及热影响区金相组织转变、合金元素和应力的分布而最终影响焊接接头的质量；由于水分是氢元素的主要来源，且氢元素能直接参与熔池的冶金化学反应，其溶解和扩散速度随金属结晶、组织转变而不断发生变化，且其分布能直接影响焊接接头的脆性转变和延迟裂纹的发生及发展；若焊接前坡口部位存在水分、油漆、铁锈等污染物，在焊接过程中其将直接参与冶金反应，并能改变正常的化学反应成分和元素含量而增加了焊缝接头产生缺陷的机率。
5.2环境防治措施
在焊接施工前保证坡口区域无水、油漆、铁锈等污物；保证焊接作业区空气相对湿度不大于90%保证环境温度保持正温；其具体可通过在焊接作业前设置放风、防雨或保暖防护棚，或在作业区准备防水用的铁皮、缓冷用的玻璃棉毡、石棉布等应急遮盖焊缝的防护材料。
6 结语
钢结构焊接施工是一项要求组织严密、施工效率高的复杂工作，只有通过严格控制作业人员、焊接设备、施工工艺以及作业环境等方面因素才能最终控制焊接质量，使钢结构在建筑中能够更广泛应用。