摘要: 焊縫質(zhì)量的優(yōu)劣是影響整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的重要因素, 也是鋼結(jié)構(gòu)施工及監(jiān)理中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。文章結(jié)合西寧電視塔工程, 從監(jiān)理前期和構(gòu)件加工制作報(bào)價(jià)階段以及安裝過程, 從材料質(zhì)量控制、安裝工序、焊接工藝等方面, 探討了鋼結(jié)施工過程中的焊縫質(zhì)量控制。
關(guān)鍵詞: 鋼結(jié)構(gòu); 焊縫; 質(zhì)量控制
引言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工程技術(shù)水平的提高, 加之鋼結(jié)構(gòu)具有重量輕、塑性和韌性好、工業(yè)化制作程度高等諸多優(yōu)點(diǎn), 使得鋼結(jié)構(gòu)在高層、超高層、大跨度和高聳結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多。近年來, 鋼結(jié)構(gòu)電視塔越來越多地取代鋼筋混凝土塔而成為首選的建造方案, 這主要是因?yàn)榕c混凝土電視塔相比, 鋼結(jié)構(gòu)電視塔又具有造價(jià)低、工期短、抗震性能好、造型多等優(yōu)點(diǎn)[ 1] 。由于鋼結(jié)構(gòu)電視塔往往具有造型獨(dú)特、高度大、受力復(fù)雜的特點(diǎn), 因而對施工工藝及施工質(zhì)量要求較高,大部分鋼塔都是在工廠制作構(gòu)件而后運(yùn)到工地散件安裝, 也有些鋼塔采用現(xiàn)場拼焊后大件吊裝, 無論采用哪種施工方法, 在鋼結(jié)構(gòu)施工中都需要進(jìn)行大量的拼接焊接工作, 作為連接節(jié)點(diǎn)的焊縫質(zhì)量的優(yōu)劣就成為影響整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的重要因素。因而, 對焊縫質(zhì)量的控制就成為鋼結(jié)構(gòu)電視塔在施工監(jiān)理過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。為此, 本文結(jié)合西寧電視塔工程, 對鋼結(jié)構(gòu)焊縫在施工監(jiān)理中的質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行探討。
1 工程概況
浦寧之珠 西寧電視塔工程, 位于青海省西寧市西山植物園海拔2 395m 的東山頂。鋼塔總高188m, 采用組合式鋼管空間桁架結(jié)構(gòu)。塔身由4個(gè)正方形布置的鋼管格構(gòu)塔柱組成, 塔柱間距45. 8m, 每個(gè)塔柱由3根平面布置為等邊三角形的圓柱組成, 塔身沿高度布置若干道鋼管格構(gòu)桁架式橫隔, 與塔柱構(gòu)成空間桁架結(jié)構(gòu)。塔樓為空間網(wǎng)球結(jié)構(gòu), 水平分為十六邊, 沿高度分為5 層,網(wǎng)球結(jié)構(gòu)的斜柱上、下邊支承在塔身外筒。塔樓抗側(cè)力結(jié)構(gòu)主要由外塔柱內(nèi)側(cè)8根柱向上延伸形成中筒柱, 中筒采用框架一支撐結(jié)構(gòu)。電梯內(nèi)筒采用框架結(jié)構(gòu), 通過位于塔樓避難層處的轉(zhuǎn)換桁
架支承在中筒柱。塔樓風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載通過位于避難層處的水平加強(qiáng)桁架、避難層上、下兩層樓板傳遞給外塔柱。塔樓樓面由鋼梁與組合樓板構(gòu)成, 組合樓板板厚150mm (轉(zhuǎn)換層處樓板厚180mm ), 壓型鋼板采用開口型, 僅作施工模板, 肋高76mm。塔架中間的電梯筒體為自承重空間桁架結(jié)構(gòu), 下端支承在塔座結(jié)構(gòu)屋面, 上
端在塔樓下部設(shè)置伸縮縫, 與塔樓內(nèi)電梯內(nèi)筒脫開, 消除了內(nèi)筒與外圍塔架溫差效應(yīng)的影響。內(nèi)筒水平風(fēng)荷載經(jīng)塔架橫膈傳給外塔架, 內(nèi)筒與外塔身之間在橫隔處作水平連接, 并保證內(nèi)筒豎向能自由變形。頂部天線高59. 49m, 為四棱錐體鋼管格構(gòu)結(jié)構(gòu), 通過塔樓頂部的轉(zhuǎn)換桁架傳給內(nèi)筒結(jié)構(gòu), 天線沿高度設(shè)置若干道水平橫隔。
2 施工難點(diǎn)
1)該項(xiàng)目位于西寧市西山植物園海拔2 395m 的東山頂, 屬于高原地區(qū), 空氣稀薄, 含氧量低,施工效率不高。
2)施工在削平的山頭上進(jìn)行, 施工現(xiàn)場可利用施工場地狹小, 施工作業(yè)面難以開展。
3)天線施工階段操作面很小, 施工安全和施工技術(shù)要求較高。
4)轉(zhuǎn)換層及以上結(jié)構(gòu)的施工中需要進(jìn)行大量的高空焊接工作, 施工難度大。
5)單層殼體塔樓平面剛度差, 吊裝施工中易產(chǎn)生變形, 焊縫技術(shù)要求較高。
3 施工前期的監(jiān)理準(zhǔn)備
為進(jìn)一步確保工程質(zhì)量和工程監(jiān)理工作正常順利進(jìn)行, 達(dá)到事前控制的目的, 根據(jù)對設(shè)計(jì)施工圖紙和施工技術(shù)方案的研究, 結(jié)合該項(xiàng)目工程實(shí)際, 工程施工前做了如下準(zhǔn)備工作。
1)加強(qiáng)對施工承包單位的資質(zhì)審查由于鋼結(jié)構(gòu)工程施工是較為專業(yè)的工程, 在選擇施工承包單位時(shí)及時(shí)提醒業(yè)主對所選的承包商進(jìn)行嚴(yán)格的資質(zhì)審核, 必須具有相應(yīng)的的專業(yè)資質(zhì)證書。
2)加強(qiáng)對施工作業(yè)人員的資格審查鋼結(jié)構(gòu)施工作業(yè)人員尤其是施焊人員必須具有相應(yīng)的資格證書方可上崗操作。
3)加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)和構(gòu)件加工單位的甄選工作本工程鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)和加工由上海寶冶建設(shè)有限公司獨(dú)立完成, 事前監(jiān)理方向業(yè)主提出, 承包商自行深化設(shè)計(jì)和加工的構(gòu)件, 必須提供完整的加工構(gòu)件圖和安裝圖以及有關(guān)的技術(shù)控制指標(biāo), 并且需要經(jīng)工程的總設(shè)計(jì)單位華東建筑設(shè)計(jì)研究院作技術(shù)審查后加蓋有效的出圖章, 圖紙方可生效。
4)認(rèn)真審查圖紙、熟悉有關(guān)的施工規(guī)范和驗(yàn)收規(guī)范, 全面了解施工的各項(xiàng)技術(shù)要求和控制指標(biāo)。組織圖紙會審, 會同設(shè)計(jì)人員解答圖紙疑問,認(rèn)真審查鋼結(jié)構(gòu)施工組織設(shè)計(jì)。
5)組織召開由監(jiān)理項(xiàng)目部全體成員參加的學(xué)習(xí)、討論會, 深入學(xué)習(xí)驗(yàn)收規(guī)范和相關(guān)技術(shù)知識以及做為本項(xiàng)目監(jiān)理人員所需要的必備條件和基本要求; 通過對設(shè)計(jì)施工圖紙和施工技術(shù)方案的研討, 編寫適合本工程的監(jiān)理技術(shù)方案。
4 施工過程中的焊縫質(zhì)量控制
4. 1 焊縫質(zhì)量問題成因分析為了保證工程質(zhì)量和監(jiān)理工作的順利進(jìn)行,根據(jù)設(shè)計(jì)和施工的各項(xiàng)技術(shù)要求, 結(jié)合本工程的實(shí)際特點(diǎn), 施工前對可能產(chǎn)生焊縫質(zhì)量問題的原因進(jìn)行分析。根據(jù)理論分析, 可能產(chǎn)生焊縫質(zhì)量問題的原因有如下幾種情況。
1)構(gòu)件在加工、運(yùn)輸工程中產(chǎn)生尺寸偏差或變形, 現(xiàn)場在對這些偏差的冷校正過程中勢必會產(chǎn)生局部焊接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力過大, 從而產(chǎn)生焊縫裂紋。
2)由于本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 對加工、安裝過程要求較高, 在安裝過程中由于累計(jì)誤差, 在安裝部分桿件, 尤其是最后封閉桿件的節(jié)點(diǎn)勢必產(chǎn)生較大應(yīng)力, 致使焊縫裂紋產(chǎn)生。
3)構(gòu)件裝配時(shí), 由于局部拼裝調(diào)整需要對個(gè)別相貫口邊緣進(jìn)行手工切割修正, 導(dǎo)致相貫焊縫局部位置間隙過大, 造成焊縫開裂或外觀質(zhì)量不佳。
4)由于對三級焊縫的未熔合、未焊透等沒有檢驗(yàn)要求, 因此, 對該類焊縫在外觀符合三級焊縫要求的同時(shí), 可能存在焊縫熔透深度不足。
5)鋼材和焊接材料質(zhì)量、施工環(huán)境、施工單位及施工人員的技術(shù)水平是產(chǎn)生焊縫質(zhì)量問題的重要原因。
4. 2 構(gòu)件加工制作階段的焊縫質(zhì)量控制
( 1)原材下料和變形控制
為了防止構(gòu)件尺寸偏差和變形產(chǎn)生的集中應(yīng)力所引起的焊縫質(zhì)量問題, 駐場監(jiān)理人員要求構(gòu)件加工制作人員在鋼材下料時(shí)應(yīng)考慮到材料損耗引起的構(gòu)件尺寸偏差, 保證構(gòu)件尺寸滿足設(shè)計(jì)要求; 鋼材下料過程中因高溫而產(chǎn)生的局部變形, 必須在組裝前進(jìn)行矯正, 鋼材在1m 范圍內(nèi)的局部撓曲矢高, 其偏差不得大于規(guī)范中的允許值; 經(jīng)過切割的鋼板, 在平整度矯正后, 其邊緣不平整部分, 須經(jīng)刨銑加工, 以達(dá)到規(guī)定的要求。
( 2)焊接變形控制原材焊接拼接時(shí)局部高溫可能引起鋼材的局部變形, 要求施工人員在焊接過程中必須采取有效措施防止焊接變形(如采取預(yù)變形措施等), 對焊接接頭的間隙, 接頭高差按規(guī)范要求進(jìn)行嚴(yán)格控制; 針對本工程中的鋼柱、屋面梁等構(gòu)件多數(shù)腹板采用4mm、5mm 厚鋼板, 局部采用6mm、8mm厚鋼板, 翼緣板采用8mm, 10mm, 12mm 厚鋼板,構(gòu)件剛度不均勻, 焊接過程中變形不一致, 容易產(chǎn)生翹曲變形, 以及結(jié)構(gòu)中焊縫布置不對稱易產(chǎn)生的變形。要求施工方在施焊時(shí)采取焊前反向預(yù)留偏差、采用合理的焊接順序、氧乙炔加熱等方法進(jìn)行矯正。
( 3)焊接質(zhì)量控制在保證焊接工藝的前提下, 構(gòu)件加工制作過程中的焊接質(zhì)量的控制重點(diǎn)從材料和對焊縫的后期質(zhì)量檢查著手。施焊前嚴(yán)格審核所使用鋼材和焊條的規(guī)格、型號是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求, 不滿足要求的材料嚴(yán)禁使用。本工程中設(shè)計(jì)級別為二級的焊縫, 對其質(zhì)量的檢查分為外觀檢查和內(nèi)部檢查, 焊縫的外觀質(zhì)量檢查主要檢查焊縫的高度是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求, 焊縫表面是否有裂紋、焊瘤、氣孔、夾渣、弧坑裂紋、未滿焊、咬邊和氣孔以及針眼等缺陷; 焊縫的內(nèi)部檢查采用超聲波無損檢測的方法進(jìn)行檢查。對于有細(xì)小外部缺陷的焊縫, 要求施工方進(jìn)行返修處理, 但同一焊的處理不能超過兩次; 對于不合格焊縫, 嚴(yán)禁出廠使用。通過上述控制措施, 使得構(gòu)件焊縫質(zhì)量得到良好的控制, 為構(gòu)件現(xiàn)場安裝打下良好的基礎(chǔ)。
4. 3 安裝過程中的焊縫質(zhì)量控制本工程對構(gòu)件安裝過程中的焊縫質(zhì)量控制主要從構(gòu)件安裝工序及安裝精度、焊接施工工藝、材料、焊縫檢查四個(gè)方面著手進(jìn)行控制。
4. 3. 1 材料的質(zhì)量控制與構(gòu)件加工制作階段的要求相同, 對所使用的鋼材必須具有質(zhì)量證明書或出廠合格證, 要求寫明鋼材的爐號、鋼號、化學(xué)成分和機(jī)械性能等。并應(yīng)按照國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行材料的檢驗(yàn), 對使用的焊條嚴(yán)格審核其規(guī)格、型號是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求, 不滿足要求的材料嚴(yán)禁使用。
4. 3. 2 安裝工序及安裝精度控制本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中采取整體構(gòu)件先分片安裝, 次桿散裝補(bǔ)缺的安裝方法, 該安裝施工方法可以減小焊縫的應(yīng)力集中帶來的影響焊縫質(zhì)量問題, 能較好地保證焊縫的質(zhì)量。鋼構(gòu)件的安裝精度直接影響焊縫質(zhì)量, 若構(gòu)件安裝偏差過大, 冷校正過程中勢必會產(chǎn)生局部焊接節(jié)點(diǎn)的集中應(yīng)力過大, 安裝過程中的累計(jì)誤差也將在焊接節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中, 過大的集中應(yīng)力將致使焊縫產(chǎn)生開裂。因此, 必須在施工監(jiān)理過程中對鋼構(gòu)件的安裝精度進(jìn)行嚴(yán)格控制。根據(jù)施工技術(shù)方案和該工程的結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn), 重點(diǎn)對平面測量控制網(wǎng)和高程測量控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)核, 以控制構(gòu)件安裝精度。在對平面測量控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)核時(shí), 為了保證測量精度, 復(fù)測時(shí)間分別選在早上和傍晚兩個(gè)溫度大致相等的時(shí)間段進(jìn)行; 在高程測量復(fù)核時(shí), 根據(jù)施工進(jìn)度逐段重點(diǎn)復(fù)核塔體內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu)筒體和塔柱外邊柱主管的標(biāo)高和垂直度, 確保構(gòu)件安裝施工偏差在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。根據(jù)工程需要, 對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵位置的安裝精度隨時(shí)進(jìn)行測量復(fù)核, 測量復(fù)核合格后方可進(jìn)行焊接。
4. 3. 3 焊接施工工藝控制
( 1)焊前準(zhǔn)備
由于本工程施工現(xiàn)場可利用施工場地狹小,尤其是天線施工階段操作面很小, 施工作業(yè)面難以開展, 而施工中需要進(jìn)行大量的高空焊接工作,為保證焊接施工順利進(jìn)行, 要求施工方對焊接區(qū)操作腳手架平臺的搭設(shè)進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算, 并保證平臺高度和寬度有利于焊工正常操作。施焊前要求施工方對焊條按規(guī)定要求進(jìn)行烘焙、保溫, 并做好烘焙記錄, 且焊條嚴(yán)禁暴露在空氣中; 同時(shí), 施焊前應(yīng)檢查坡口裝配質(zhì)量, 去除坡口區(qū)域的氧化皮、水份、油污等影響焊縫質(zhì)量的雜
質(zhì), 本工程中要求用角向砂輪機(jī)去除坡口上的鍍鋅層后方可進(jìn)行焊接施工。
( 2)焊接預(yù)熱控制本工程焊接預(yù)熱主要采用電加熱法, 要求施工時(shí)的預(yù)熱范圍嚴(yán)格控制在坡口及坡口兩側(cè)不小于板厚的1. 5 倍寬度, 且不小于100mm, 測溫點(diǎn)設(shè)在加熱側(cè)的背面, 距焊接點(diǎn)各方向上不小于焊件的最大厚度值, 但不得小于75mm處。
( 3)焊接施工控制本工程中, 鋼管焊接為全位置焊, 同一個(gè)接頭焊縫連續(xù)施焊, 一次完成, 如若不得不中斷焊接,則要采取后熱、保溫措施, 再次施焊前按工藝重新預(yù)熱。
因該部分施工正值寒冷時(shí)節(jié), 當(dāng)?shù)貧鉁剌^低,為了保證焊接質(zhì)量, 防止焊縫區(qū)域出現(xiàn)裂縫, 焊接完成后根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行必要的保溫。為了控制焊接變形和避免產(chǎn)生過大的焊接應(yīng)力, 焊接施工時(shí), 無論從整體結(jié)構(gòu)還是單個(gè)構(gòu)件都嚴(yán)格遵從對稱原則, 但任何桿件的兩端不允許同時(shí)焊接。
4. 3. 4 焊縫質(zhì)量檢查
( 1)檢查方法焊縫質(zhì)量檢查是焊縫質(zhì)量控制的最后一道關(guān)鍵控制工序。與構(gòu)件加工制作階段的焊接質(zhì)量控制類似, 安裝期間的焊縫檢查也分為外觀檢查和內(nèi)部檢查。焊縫的外觀檢查和構(gòu)件加工制作階段的要求相同。安裝焊接完成的焊縫內(nèi)部缺陷, 采用UT 法進(jìn)行檢查, UT在外觀檢查合格及焊后24 h 后進(jìn)行, 檢查標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按GB 11345! 89 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行, 并提供相應(yīng)檢查報(bào)告。
( 2)焊接缺陷處理措施
如發(fā)現(xiàn)焊縫表面有氣孔、夾渣, 要求用碳刨清除后重焊; 母材上若產(chǎn)生弧斑, 則要求用砂輪機(jī)打磨, 必要時(shí)進(jìn)行磁粉檢查; 焊縫內(nèi)部的缺陷, 根據(jù)UT 對缺陷的定位, 要求用碳刨清除。對裂紋, 碳刨區(qū)域兩端要向外延伸至各50mm的焊縫金屬。焊縫同一部位的返修不宜超過兩次。如若超過兩次, 則要制定專門的返修工藝并報(bào)請監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。
5 結(jié)語
目前, 西寧電視塔工程已施工完成, 從最終施工效果看, 采用前文所述的焊縫質(zhì)量控制方法, 焊縫總體質(zhì)量合格率達(dá)到98% , 取得了良好的效果。該工程雖然具有其特殊之處, 但也具有普遍意義, 本文中使用的方法為類似工程的焊縫施工質(zhì)量控制積累了一定的經(jīng)驗(yàn), 可為類似工程的施工監(jiān)理提供參考。
參考文獻(xiàn):
[ 1] 何敏娟, 馬人樂. 鋼結(jié)構(gòu)電視塔結(jié)構(gòu)形式合理性研究了[ J]. 特種結(jié)構(gòu), 1998( 3) : 6- 10.
