钢结构工程质量通病分析与预防培训讲义.ppt
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1、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、钢结构的应用
2、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,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:Zo0.345b/4Zo-形心位置-角钢边厚度b-角钢肢面
3、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
4、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)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
5、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
6、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
7、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
8、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,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.
9、。,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,(3)制定并严格实施工艺措施 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
10、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
11、(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。,(二)对钢结构焊接特殊过程的控制在
12、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.,“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
13、: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。,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
14、)(部分),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
15、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。,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,(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。,(四)关于记录,1.记录的概念在ISO 9000
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