钢结构工程质量通病分析与预防培训讲义

钢结构工程质量通病分析与预防培训讲义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）

第2页,共68页，2024年2月25日，星期天

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、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3页,共68页，2024年2月25日，星期天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)≥2-5>5-9

>9-12

>12

允许厚度差（mm)1234第4页,共68页，2024年2月25日，星期天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可以通过计算得到形心轴的位置：Zo＝0.345δ＋b/4Zo---形心位置δ---角钢边厚度b---角钢肢面宽第5页,共68页，2024年2月25日，星期天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●连结板件容易形成应力集中●容易产生焊接变形●影响安装要求●影响结构强度3.原因分析4.预防措施第6页,共68页，2024年2月25日，星期天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.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7页,共68页，2024年2月25日，星期天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●影响结构受力●影响结构安全3.原因分析4.预防措施第8页,共68页，2024年2月25日，星期天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9页,共68页，2024年2月25日，星期天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）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10页,共68页，2024年2月25日，星期天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11页,共68页，2024年2月25日，星期天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●采取降低焊接应力的工艺措施

第12页,共68页，2024年2月25日，星期天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13页,共68页，2024年2月25日，星期天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14页,共68页，2024年2月25日，星期天第二节焊接质量通病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15页,共68页，2024年2月25日，星期天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。第16页,共68页，2024年2月25日，星期天

（3）焊缝金属扩散氢

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。

第17页,共68页，2024年2月25日，星期天

（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：λ=60×I·U/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，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18页,共68页，2024年2月25日，星期天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.。

第19页,共68页，2024年2月25日，星期天

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●严格焊条的使用管理●工件表面要洁净●焊接环境控制第20页,共68页，2024年2月25日，星期天

（3）制定并严格实施工艺措施

①通过焊接工艺评定确定最佳的焊接工艺

②确定合适的预热、后热温度或热处理措施

③合理设计焊接顺序

④

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

第21页,共68页，2024年2月25日，星期天三、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）脆断事故例第22页,共68页，2024年2月25日，星期天三、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。第23页,共68页，2024年2月25日，星期天

（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。第24页,共68页，2024年2月25日，星期天（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第25页,共68页，2024年2月25日，星期天

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ISO9001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。第26页,共68页，2024年2月25日，星期天（二）对钢结构焊接特殊过程的控制在1994版ISO9001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.第27页,共68页，2024年2月25日，星期天●“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.

第28页,共68页，2024年2月25日，星期天

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定等的工艺(原则上是根据母材的可焊性试验的结果)，根据相应的标准，所做的焊接试件、并对其进行检验、测试，以判定焊接头是否具有要求性能的全部工作。它是制定现场焊接施工技术方案的依据。

第29页,共68页，2024年2月25日，星期天

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。第30页,共68页，2024年2月25日，星期天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/min)热输入（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/日期第31页,共68页，2024年2月25日，星期天焊接工艺评定焊接工艺评定的主要内容：①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②焊接接头的硬度试验，用以验证对焊接工艺是否敏感；③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；④焊接接头的金相分析。⑤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。第32页,共68页，2024年2月25日，星期天。

（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连续监控。所谓连续,即是不间断地监控.监控这五个方面因素是否发生变化。

第33页,共68页，2024年2月25日，星期天过程能力预先鉴定（确认）及过程参数连续监控（再确认）记录的示例

：●过程能力预先鉴定记录●过程参数连续监控记录第34页,共68页，2024年2月25日，星期天（三）关于质量保证1.质量保证的概念（1）质量保证概念的产生与发展（2）质量保证的概念为了提供足够的信任，表明实体能够满足要求，而在管理体系中实施并根据需要进行证实的全部有计划有系统的活动。（3）质量保证与保证质量是既有区别又有联系的两个概念2.质量保证的中心内容管理职能的规定及落实，并提出落实管理职能并符合要求的证据。3.质量保证的特征管理活动的可追溯性。第35页,共68页，2024年2月25日，星期天（四）关于记录1.记录的概念在ISO90001994版准中的定义是：为已完成的活动或达到的结果提供客观证据的文件。在ISO9000:2000标准中对记录的定义是:阐明所取得的结果或提供完成活动的证据的文件。它的核心是证据。客观证据的概念，在ISO9000:2000标准中的定义是：支持事物存在或其真实性的数据。信息：有意义的数据。2.记录的作用在三个管理体系标准中都一个共同的要素---记录，在《建设工程项目管理规范》的每一章节里也都提出了要完成相关记录的要求。这都是在贯彻质量保证的思想。●证实●追溯（过程实施的历史、追溯责任、以及发生不合格的原因）●为制定纠正预防措施提供依据3.记录的要求第36页,共68页，2024年2月25日，星期天五、焊接变形（一）焊接变形的概念在焊接过程中，由于焊接热源和焊接热循环的特点，使焊件受到不均匀的加热。因焊件各部位受热膨胀及冷却程度的不同，导致焊件产生了内应力。内应力是导致焊接裂缝的直接原因，同时也是焊接变形的主要原因。焊接变形造成了焊件尺寸、形状的变化。第37页,共68页，2024年2月25日，星期天五、焊接变形（二）焊接变形的分类1.焊接变形按基本形式来分：纵向变形、横向变型、弯曲变形、扭曲变形、角变形及波浪变形等。2.按变形的性质划分，可分为局部变形和整体变形两大类：局部变形：结构的某部分发生变形。它主要包括角变形和波浪变形。整体变形：整个结构的形状和尺寸发生变化，包括直线变形（纵向、横向变形）、弯曲变形、扭曲变形。第38页,共68页，2024年2月25日，星期天五、焊接变形（三）焊接变形对焊接结构的影响（四）产生焊接变形的机理在焊接过程中，焊件上某一点的温度随时间推移由低到高，然后又由高到低，这一过程在焊接工艺学上称之为焊接热循环。焊件各点的热循环是不同的，因此导致了不同的膨胀、收缩情况；由于不同的热循环直接影响到各点金相组织的变化，加上焊件各点的互相牵制、约束，使焊件出现了复杂的应力，从而导致了不同的变形后果。第39页,共68页，2024年2月25日，星期天五、焊接变形（五）焊接变形的原因分析（影响因素）

1.结构本身的刚性

2.焊缝在焊件中的位置

3.组装及焊接顺序（1）组装与焊接安排顺序的影响（2）焊接顺序的影响

4.其他影响因素（1）膨胀系数的影响（2）焊接方法的影响（3）焊接规范的影响（4）焊接方向的影响（5）组装间隙的影响第40页,共68页，2024年2月25日，星期天（六）防止或减小焊接变形的预防措施1.设计方面2.施工工艺方面（1）合理的组焊顺序（2）合理的焊接顺序（3）其他方法

●反变形法●刚性固定法●散热法第41页,共68页，2024年2月25日，星期天（六）防止或减小焊接变形的预防措施3.采取合理的组焊顺序组焊顺序对焊接结构变形的影响是很大的，由于组焊程序不当，会影响整个工序的顺利进行，并使整个焊接结构产生较大的变形。第42页,共68页，2024年2月25日，星期天（六）防止或减小焊接变形的预防措施4.采取合理的焊接顺序（1）采取对称焊接（2）结构不对称时，先焊接焊缝少的一侧（3）针对不同情况确定焊接顺序5.反变形法6.刚性固定法7.散热法第43页,共68页，2024年2月25日，星期天六、焊接其他质量通病

焊接过程，特别是手工电弧焊，做到无任何缺陷，实际上是很难做到的。因为影响焊接质量的因素比较多。（一）焊接缺陷分类1．外部缺陷----焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑、焊接变形等2．内部缺陷----气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂缝等第44页,共68页，2024年2月25日，星期天（二）外部缺陷的分析

1．焊缝尺寸不符合要求（1）通病表现：焊缝外形高低不平、焊波宽窄不齐、焊缝加强高过大或过小、焊缝宽度太宽或太窄、焊缝与母材间的过渡不平滑等等。（2）原因分析：坡口角度、间隙不当，焊接电流选择不当，焊工操作技能差（3）危害性：尺寸过小的焊缝，会降低焊接接头的强度；尺寸过大的焊缝，会增大焊接变形。对于过渡不平滑的，会造成应力集中。（4）预防措施：选择合适的坡口角度，组装间隙要均匀，焊接人员要熟练地掌握运条速度和焊条角度。

第45页,共68页，2024年2月25日，星期天2．咬边（1）通病表现：焊缝边缘母材上被电弧烧熔出凹陷或沟槽。（2）原因分析：熔接电流过大，电弧过长，焊条角度掌握不当等。（3）危害性：不但减小了基本金属的有效工作截面，而且会造成应立集中。

（4）预防措施：焊接电流选择适当，尽量采取短弧焊接，掌握合适的焊条角度和运条手法

第46页,共68页，2024年2月25日，星期天3．焊瘤

（1）通病表现：熔化金属流淌到焊缝以外，未能与母材熔合而形成金属瘤。

（2）原因分析：坡口边缘未清理干净；焊接电流过大或过小，焊条熔化时母材还未充分熔化；焊接速度慢；组装间隙大。

（3）危害性：容易在焊瘤处产生应立集中等。（4）预防措施：焊前清理好坡口；组装间隙要适当；选择合适的电流。

第47页,共68页，2024年2月25日，星期天4.弧坑

（1）通病表现：在焊缝收尾处，产生的低于母材表面的凹坑。

（2）原因分析：熄弧时间过短，或焊接电流过大。

（3）危害性：弧坑低于金属表面，降低了焊接接头的承载能力，而且弧坑内常伴有气孔、夹渣、微裂纹等缺陷。

（4）预防措施：主要是提高焊工的操作技能。气体保护焊时，可使用焊机上的衰减装置。第48页,共68页，2024年2月25日，星期天（三）内部缺陷的分析1.气孔（1）通病表现：焊接过程中，熔池金属高温时吸收的气体在冷却过程中，未能充分逸出，而残留在焊缝金属中，形成孔穴。（2）原因分析:一切能导致焊接过程中产生气体的因素，如大气环境、焊条药皮熔化时分解出的气体，母材上的油污、水分、锈斑等，受热分解后产生的气体，以及焊接冶金反应生成的气体都是产生气孔的原因。第49页,共68页，2024年2月25日，星期天1.气孔●焊接材料方面：●焊接工艺方面：（3）危害性：减小了金属的有效截面，使焊接接头强度降低；气孔的边缘可能发生应力集中；密集其孔使焊缝金属组织疏松，使接头的塑性降低，其中最大的危害是焊缝中的氢气孔，它是延迟裂缝的根源。（4）预防措施：●焊条的控制

●焊条和焊剂烘干的控制。●对焊缝坡口处及其两侧严格清理。●施焊环境的控制●气体保护焊时，保证气体的纯度和含水量符合要求。●采取预后热的措施。第50页,共68页，2024年2月25日，星期天

2.夹渣（1）通病表现：残留在焊缝金属中的非金属物。（2）原因分析：●外界带入的夹渣●焊接过程中的冶金产物●坡口角度小●操作不当（3）危害性：降低焊接接头的承载能力；容易引起应力集中；影响了焊缝金属的致密性；会产生较大的内应力，而导致裂缝。（4）预防措施：●清理母材坡口及其附近表面的不洁物●选择适当的焊接电流。●提高操作水平。正确运条。●采用工艺性能良好的焊条。第51页,共68页，2024年2月25日，星期天3．未熔合（1）通病表现：焊接接头中，焊道与母材、焊道与焊道之间未能完全熔化结合。（2）原因分析:●组装问题●焊接工艺不当●焊条偏芯●操作不当●坡口或前层焊道未清理干净（3）危害性：减小了焊接接头的有效截面，降低了承载能力（4）预防措施：●选择合适的入热量●避免使用偏芯焊条第52页,共68页，2024年2月25日，星期天4.未焊透（1）通病表现：焊接接头根部未完全熔透的现象。（2）原因分析：●坡口加工不当；●焊接电流不当；

●双面焊时，背部清根不彻底。（3）危害性：降低了焊接接头的机械性能。（4）预防措施

●按设计加工坡口

●清理焊根

●选择合适的入热量

第53页,共68页，2024年2月25日，星期天

第三节安装及涂装工程质量通病

一、安装工程质量通病

（一）安装就位施工

第54页,共68页，2024年2月25日，星期天

1.地脚螺栓锚固强度不够（1）通病表现：对于一次埋设的或在预留孔二次埋设的，地脚螺栓松动或锚固强度不够（2）原因分析：●对地脚螺栓未进行清洁处理●预留孔洞未清理干净

●地脚螺栓不符合要求（3）危害性：与混凝土结合不牢固，影响钢结构的固定的稳定（4）预防措施●按设计要求制作地脚螺栓●按要求埋设●清洁螺栓和预留孔洞第55页,共68页，2024年2月25日，星期天一、安装工程质量通病2.地脚螺栓螺纹损伤（1）通病表现：地脚螺栓螺纹被损伤（2）原因分析：未对螺栓采取保护措施或措施不当（3）危害性：无法拧如螺丝，无法紧固（4）预防措施●采取保护措施●构件就位时，采取保护措施

第56页,共68页，2024年2月25日，星期天一、安装工程质量通病3.垫铁不符合要求（1）通病表现：垫铁垫放不符合要求（2）原因分析：●基础表面未处理好●垫铁垫放不当（3）危害性：达不到均匀传递荷载的作用（4）预防措施●基础表面处理●确定符合要求的垫铁●正确垫放垫铁●垫铁的布置应符合要求

第57页,共68页，2024年2月25日，星期天一、安装工程质量通病（二）螺栓连接工程1.螺栓连接板安装孔不准确（1）通病表现：安装空位移，连接板束孔不重合（2）原因分析：划线不准、切割误差（3）危害性：导致螺栓不能正常穿过（4）预防措施：●规范划线操作●核对尺寸●采用统一钻磨具●集中钻孔第58页,共68页，2024年2月25日，星期天（二）螺栓连接工程

2.连接件摩擦接触面处理不符合要求（1）通病表现

●抗滑移系数值不符合要求（2）原因分析：●接触摩擦面处理不符合要求●接触面不洁净（3）危害性：影响结构的连接强度（4）预防措施●对接触面进行有效的处理●保护处理后的接触面第59页,共68页，2024年2月25日，星期天（二）螺栓连接工程

3.构件接触面间隙大、接触面积小（1）通病表现：接触面不严密，间隙大（2）原因分析：

●接触面间有杂物●构件有变形●连接措施不当（3）危害性：减小接触面摩擦面积，影响构件的连接强度（4）预防措施