钢结构工程质量通病分析与预防

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1、 钢结构工程质量通病分析与预防目 录 第一章 钢结构工程简述 第二章 施工主要质量通病的分析及预防 第一节 组装施工质量通病 第二节 焊接施工质量通病 第三节 安装及涂装施工质量通病 第三章 钢结构工程实例简介第一章钢结构工程简述一、目前钢结构的发展情况二、钢结构的特点1.优点材料的强度高，塑性、韧性好材质均匀，和力学计算的假定比较符合整体性好，抗震能力强工程材料总量小，节约原材料结构自身荷载小，结构有效面积大施工进度快（可以工厂预制，现场拼装）2. 弱点防火性能差，耐热但不耐火，必须采取防火措施）防腐蚀性能差，因此维护费用比较高施工技术水平要求高，特别是焊接技术要求 高，质量控制难度大。三、

2、钢结构的应用范围大跨度结构（桥梁、大跨度网架结构）工业厂房结构高耸结构（桅塔结构）高层建筑受动力荷载影响的结构石油化工的设备管道工程可拆卸的结构第二章 主要施工质量通病的分析及预防第一节 组装质量通病 （一）部件连接的组装方式随意 1.通病表现: 随意设计构件中连结部件的形状 2.危害性：导致应力集中或加大焊后内应力 3.原因分析 4.预防措施薄板的厚度（mm)2-55-9 9-12 12 允许厚度差（mm)1234第一节 组装质量通病 （二）屋架组装杆件形心不汇交 1.通病表现 屋架上下弦节点处，腹杆与弦杆的形心不汇交 2.危害性 使节点处产生弯矩 3.原因分析 4.预防措施 对于等肢角钢还

3、可以通过计算得到形心轴的位置： Zo0.345b/4 Zo-形心位置 -角钢边厚度 b-角钢肢面宽第一节 组装质量通病 （三）节点结构不符合要求 1.通病表现 节点处的弦杆（角钢）间的距离不合理 上下弦节点板未按要求做伸或缩的处理 2.危害性 连结连结 板件容易形成应应力集中 容易产产生焊焊接变变形 影响安装要求 影响结结构强度 3.原因分析 4.预防措施第一节 组装质量通病 （四）承重构件的对接接头方式不合理 1.通病表现 钢结构中承重构件对接接头的方式和接头的位置 与实际受力方向不一致。会导致结构强度降低， 容易在接头处失稳。 2.危害性 导致结构强度降低，容易在接头处失稳 3.原因分析

4、4.预防措施 理解图纸要求，做好技术交底 掌握承重构件拼接的技术要求 第一节 组装质量通病 （五）屋架起拱不符合规定要求 1.通病表现 起拱过大或过小 拱度曲率不均匀 2.危害性 影响结结构受力 影响结结构安全 3.原因分析 4.预防措施第二节焊接质量通病 一、主要质量通病说明 （一）焊接裂纹 （二）脆性断裂 （三）焊接变形 （四）其他通病 1.外部缺陷-焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑等。 2.内部缺陷-气孔、夹渣、未融合、未焊透等。第二节焊接质量通病 二、焊接裂纹 （一）焊接裂纹概述 1.关于裂纹 在焊缝或近缝区，材料原子的结合遭到破坏，形 成新的界面而产生的缝隙。 2.危害性 （1）

5、构成了严重的应力集中 （2）造成泄漏（压力容器、管道） （3）留下隐患，使结构变得不可靠。 3.裂纹的种类 按其产生的部位可分为：根部裂纹、熔合区裂纹、热影 响区裂纹； 按其产生的温度和时间分为：热裂纹、冷裂纹、再热裂纹第二节焊接质量通病 （二）热裂纹 1.热裂纹的表现 热裂纹一般产生在焊缝结晶的过程中，所有又称 为高温裂纹或结晶裂纹。 热裂纹的纵向裂纹一般发生在焊道的中心，横向 裂纹一般沿柱状晶界发生，与母材的晶粒界相连 ，与焊缝长度方向相垂直。 2.原因分析第二节焊接质量通病 3.预防措施 合理地选择钢材，控制钢材的含硫量及含碳量，提高锰的含量 合理地选择焊接材料 采用多层多道焊方法 采取

6、降低焊接应力的工艺措施 第二节焊接质量通病 （三）再热裂纹 再热裂纹是指在一些含铬、钼、钒的高强钢焊接后，在进行消除应力退火过程中 产生的裂纹，所以又称为焊后热处理裂纹 或应力消除回火裂纹，它一般产生在高强 度低合金钢的热影响区中。 第二节焊接质量通病 （四）冷裂纹（延迟裂纹） 冷裂纹一般在焊接低合金高强钢、中碳钢、合金钢等易 淬火钢发生 1. 关于冷裂纹的最主要的形态-延迟裂纹 延迟裂纹的含义: 延迟裂纹是焊接冷裂纹的一种比较普遍的形态.它的主要 特点是焊后不立即出现,而是有一段孕育期,随着时间的 推移,而逐渐发展形成为危害性裂纹.因其裂纹产生的延 迟现象,故称其为延迟裂纹。第二节焊接质量通

7、病 2.近年来发生焊接延迟裂纹事故案例 （1）压力容器焊接事故 （2）钢结构工程事故 3. 延迟裂纹产生的机理（原因分析） 延迟裂纹的产生与扩展取决于三大因素，即：焊接 母材的淬硬性倾向、焊接接头的内应力状态以及焊 缝金属扩散氢的含量等三个方面及其它们相互作用 的程度。第二节焊接质量通病 （1）钢种的脆硬性 钢种的脆硬性越大，越容易出现冷裂纹 。 （2）焊接接头的拘束应力 产生和影响拘束应力的主要因素： 焊缝和热影响区在不均匀加热和冷却过程中的 热应力； 金属相变时，由于体积的变化而引起的组织应 力 结构在拘束条件下产生的应力，其主要反映在 ：结构的形式、焊接的位置、焊接的顺序等。（3）焊缝金

8、属扩散氢焊缝熔敷金属扩散氢是产生延迟裂纹的重要因素之一，并且具有延迟的特征。通常把由氢引起的延迟裂纹 称为“氢致裂纹”。氢所引发的裂纹，从潜伏、萌生、扩展、聚集、产生应力，以至于开裂是需要一段时间的，即具有延迟特征 ，因此称为延迟裂纹。（4）焊接工艺对延迟裂纹的影响焊接入热量的影响入热量，又称线能量，它是单位长度焊接接头所接 受的热量。其计算式为：= 60IU / V，单位是J/cm（I-电流， U-电压，V-焊接速度（cm/min）预热温度的影响采取预热的方法可以防止冷裂纹。预热的目的就是 减缓焊缝区的冷却速度，从而减少或避免淬火组织， 也有利于氢的逸出。焊后后热多层焊多层焊的后一层的焊接，

9、既是对前一层焊接的消氢 ，又能改善前层焊道的脆硬组织。第二节焊接质量通病 4.延迟裂纹的危害性 由于裂纹产生与开展的延迟性,使得人 们无法在工件焊接完后的无损检测和试验 中被及时发现和认识,因此往往在使用过 程中裂纹萌发、扩展而导致结构的破坏, 甚至酿成灾难性事故.。 5.防止延迟裂纹的预防措施（技术措施）对于钢结构的制造或安装单位来说，主要控制的是：控制母材的化学成分；最大幅度地降低氢的 来源和影响；制定并严格实施焊接工艺措施。（1）控制母材的化学成分（2）严格控制氢的来源采用低氢或超低氢焊接材料 严格焊材的烘干 严严格焊焊条的使用管理 工件表面要洁净 焊接环境控制（3）制定并严格实施工艺措

10、施通过焊接工艺评定确定最佳的焊接工艺确定合适的预热、后热温度或热处理措施合理设计焊接顺序 其他工艺措施控制层间温度选择低匹配焊条选用奥氏体焊条采用多层焊三、脆性断裂（突发性脆性断裂）（一）关于脆性断裂大型结构、设备吊装施工中经常发生的,在焊接接头热影响区于低应力状态下所发生的几乎无明显塑性 变形的断裂。这种断裂,几乎没有裂纹扩展的时间,其特点是突然发生,断口呈整齐的切割面状。（二）脆断事故例三、脆性断裂 （三）脆性断裂的机理（原因分析） 当焊接电流增大或焊接速度降低,均使焊接线能 量增大,其结果导致热影响区(过热区)的晶粒变得粗大，形成过热组织。过热组织经淬火或冷 却速度过快，将形成针状的马氏

11、体组织，使焊 接接头的机械强度降低，尤其是冲击韧性显著降低。（四）施工生产实际中原因的分析:从国内近几年发生的大型设备吊装事故导 致重大安全事故的实际来看,其脆断的部位均是在焊接吊耳的热影响区位置。发生这类问题的原因分析:(1)短焊缝的连续焊接，致使热影响区的温度过高（2）随着普通低合金钢级别的提高，热影响区的脆硬性倾向也随着增大。（五）防止脆断的预防措施-技术措施（1）尽量不采用焊接吊耳尽量采用卡环（2）不能采用强度等级高的螺纹钢做吊耳材料 （3）焊接时控制焊接线能量 （4）控制层间温度 （5）采取后热缓冷的措施四、钢结构焊接的质量控制（焊接裂纹及脆性断裂的预防措施-管理措施）在ISO900

12、1标准中，将钢结构焊接这类过程视为须确 认的过程（特殊过程）。（一）关于须确认过程（特殊过程）的概念这类过程包括在以下两种情况：生产和服务提供过程的输出不能由后续的监视或 测量加以验证的过程；在产品使用或服务已交付之后问题才显现的过程 。（二）对钢结构焊接特殊过程的控制在1994版ISO 9001标准中对特殊过程的控制提 出了两个方面要求:过程能力预先鉴定和过程参 数的连续监控;在2000版该标准中做出了比较抽 象的要求,即过程的确认和再确认. 1.过程能力预先鉴定(确认)过程能力预先鉴定的对象是4M1E,即:人、机、 料、法、环。这里所言的“预先”,即是指特殊过 程的正式施工之前应做好的工作

13、.“人”“人”即是指操作者及检验、试验者.“机”“机”是指施工及检测设备.对于焊接工程的“机”主要 是指焊接设备、烘干设备和无损检测设备.“料”“料”是指材料. 焊接工程的材料主要是:焊接母材、 焊接材料(焊条、焊丝、焊药).“法”“法”是指焊接工艺及操作方法. 焊接工艺包括了两部分内容:焊接工艺评定和焊 接施工技术方案（措施）(1)焊接工艺评定 在构件制作和结构安装前进行焊接工艺评定试验。焊接工艺评定是按照所拟拟定等的工艺艺(原则则上是根 据母材的可焊焊性试验试验 的结结果)，根据相应应的标标准，所 做的焊焊接试试件、并对对其进进行检验检验 、测试测试 ，以判定焊焊 接头头是否具有要求性能的

14、全部工作。它是制定现场焊接施工技术方案的依据。 在“建筑钢结构焊接技术规程”（JGJ81-2002）及GB50205-2001”钢结构工程施工质量验收规范“中均对焊接工艺评定工作做出规定：施工单位对其首次采用的钢材、焊接材料、焊接方 法、焊后热处理等，应进行焊接工艺评定，并根据评 定报告确定焊接工艺。焊接工艺评定指导书（JGJ81-2002）（部分）预热温度（C ）层间温度（C ）后热温度及时间 （C ）（min)焊后热处理焊 接 工 艺 参 数道 次焊接 方法焊条或焊丝焊剂 或保 护气 体保护 气体 流量 （l/ min)电 流 (A)电 压(V)焊接 速度 （ cm/mi n)热输入 （

15、kJ/cm)备 注牌号 直径 （mm)技 术 措 施焊 前 清 理 层 间 清 理背面清跟其他编制/日期 审核/日期焊接工艺评定 焊接工艺评定的主要内容： 焊接接头的强度及抗开裂性性能，用以评定 焊接材料的选择以及判定预热温度、层间温度 、后热温度的选择是否合理 焊接接头的硬度试验，用以验证对焊接工艺 是否敏感； 焊接接头的冲击韧性试验，用以分析焊缝区 、熔合线及热影响区的韧性差别； 焊接接头的金相分析。 焊接接头的脆性转变温度试验，用以评定焊 接工艺对材质脆性转变温度的影响。（2）焊接施工技术方案 （3）做好焊接技术交底“环”“环”是指作业/操作环境.对于焊接工程的作业/操作 环境要求包括:气候环境和工件环境.2.过程参数的连续监控(再确认)在 焊接施工过程中,焊接技术人员或质量员应对 影响焊接质量的五个方面因素进行