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(yè))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(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)工程最主要的焊接方法，其原理是通過(guò)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(gè)問(wèn)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(guò)xx省xx市xx國(guó)際廣場(chǎng)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(diǎn)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)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TheWeldQualityControlofHumidEnvironmentinIslandWangYongnian1，ZhangLei1，ZhaoHaixin1，TianWeiguo2(1．ChinaConstructionSteelStructureCorp.Ltd，GuangdongShengzhen518040China2．HuadongBranchofChinaConstructionSixthEngineeringDicisionCo.,Ltd.,Nanjing,jiangsu210016,china)[abstract]CO2gasshieldedweldingisthemostpopularweldingprocessinthecurrentdomesticsteelstructureengineering.Theprincipleistouseanelectrodecoveredinafluxthatproducescarbondioxide,protectingtheweldareafromatmosphericgases.Itavoidschemicalreactionbetweenatmosphericgasesandtheweldingmaterials,whichleadstoaweakweld.However,inthisprocess,theisolationofthewatervapourorremovingthewateraroundtheweldingareacannotbeeasilyachieved,andthustheweldqualityisreduced.Toovercomethisproblemandtoimprovetheweldquality,aspecialtreatmentisproposedbasedontheprojectconductedinHaikongInternationalPlazainthecityofHaikou.Agoodperformanceisachievedinboththequalityandtheeconomyinthisinsularhumidenvironment.Inthepaper,thefactorsaffectingtheweldqualityareanalyzed,andthekeyissuesregardingthistreatmentareillustrated.[Keyword]CO2gasshieldedwelding;island;humidenvironment;steelstructure;welding;qualitycontrol1工程概況xx國(guó)際廣場(chǎng)項(xiàng)目位于xx省xx市xx區(qū)金貿(mào)中路12號(hào)。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(qiáng)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(qiáng)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(chǎng)焊縫主要為鋼構(gòu)件安裝對(duì)接焊接，以及部分角焊縫，焊縫總長(zhǎng)度約8000m。主要焊接位置有平焊、橫焊及立焊?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊縫均為一級(jí)全熔透焊縫（要求100%超聲波探傷合格），角焊縫為三級(jí)焊縫?，F(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量要求高，焊接量大是主要特點(diǎn)。本工程現(xiàn)場(chǎng)焊接構(gòu)件的部位、板厚、焊接位置、材質(zhì)統(tǒng)計(jì)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(jì)序號(hào)焊接構(gòu)件名稱板厚統(tǒng)計(jì)(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(duì)濕度達(dá)到85%，大部分時(shí)候空氣濕度超過(guò)90%，極端情況下達(dá)到100%。同時(shí)，夜間濕度要明顯大于白天。空氣濕度曲線圖如圖3。以上為xx國(guó)際廣場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)焊接施工面臨的環(huán)境，其顯著特點(diǎn)是高濕度。主體結(jié)構(gòu)施工工期約15個(gè)月，同時(shí)，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(diǎn)。在本工程施工高峰期的7月至第二年4月，經(jīng)對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行觀察并統(tǒng)計(jì)，每月環(huán)境濕度超過(guò)90%的天數(shù)及每天超過(guò)90%的時(shí)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(guò)90%的天數(shù)及小時(shí)數(shù)（每天按24小時(shí)計(jì)算）月份7891011121234天數(shù)（天）14222025181622242616合計(jì)時(shí)間（小時(shí)）801642972739118318013215489說(shuō)明：環(huán)境濕度超過(guò)90%的天數(shù)占68%，占小時(shí)數(shù)的23%。2.3現(xiàn)場(chǎng)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(duì)濕度不得大于90%，焊件表面潮濕時(shí)，應(yīng)采取加熱去潮濕措施；2）風(fēng)速超過(guò)2m/s時(shí)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(shí)，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(duì)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(guò)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(shí)，水蒸氣的溶解度急劇下降，氣體處于過(guò)飽和狀態(tài)，聚集形成氣泡，因熔池的結(jié)晶速度大，氣泡來(lái)不及逸出而形成氫氣孔。同時(shí)，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(shí)，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(shí)，氫的溶解度可從32cm3/100g降至10cm3/100g，由于氫氣孔是在結(jié)晶過(guò)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(chǎng)所，浮出就更困難。但氫又具有較大的擴(kuò)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(duì)焊接質(zhì)量的影響氫對(duì)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(gè)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(guò)程中，金屬中的位錯(cuò)發(fā)生運(yùn)動(dòng)和堆積，形成顯微空腔。與此同時(shí)，溶解在晶格中的原子氫不斷地沿著位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向擴(kuò)散，最后聚集到顯微空腔內(nèi)結(jié)合為分子氫。這個(gè)過(guò)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(diǎn)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(diǎn)，稱之為白點(diǎn)，白點(diǎn)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(shí)也會(huì)帶來(lái)應(yīng)力集中，顯著降低焊縫金屬的強(qiáng)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(guó)際廣場(chǎng)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(guò)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(guò)程中氫的來(lái)源。2）降低氫的溶解度。3）增大氫的逃逸速度和逃逸時(shí)間。4.2限制焊接過(guò)程中氫的來(lái)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(huì)氫氣孔，但那是絕對(duì)條件，現(xiàn)實(shí)條件下不存在，但是這也給了我們一個(gè)提示，那就是控制氫的來(lái)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(guò)焊接前烤槍預(yù)熱產(chǎn)生的熱量，以及焊接過(guò)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(zhǎng)期放置會(huì)吸潮，這也成為了焊接過(guò)程中氫的另外一個(gè)重要來(lái)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(guò)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(shí)，對(duì)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(guò)程中均會(huì)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(huì)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(dòng)砂輪、電動(dòng)砂輪來(lái)（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(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)形成一層較薄的液態(tài)溶渣包覆溶滴并覆蓋溶池，對(duì)溶化金屬形成又一層保護(hù)，實(shí)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(diǎn)，進(jìn)一步減少熔滴和熔池中氫的攝入。在空氣濕度超過(guò)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(shí)芯焊絲價(jià)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(lái)的經(jīng)濟(jì)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(duì)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(zhǎng)熔池存在的時(shí)間，有利于氣體逸出，但同時(shí)會(huì)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(guò)焊件工藝評(píng)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(duì)焊機(jī)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(zhǎng)度焊絲極性氣體流量（L/mmin）層間溫度(℃)焊絲型號(hào)≤40＞40首層22～24120～13020～2530～35陽(yáng)50～55-----ER50-6Ф11.2mm中層25～27120～2802025～30陽(yáng)45～50100～150面層22～25180～2002020陽(yáng)40～45100～1504.4增大氫的逃逸速度和逃逸時(shí)間焊接脫氫處理，即