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[分享]坡口全熔透焊缝必须是一级焊缝吗?
十年前笔者去精工钢构加工厂参观，参观的项目是某个火车站站房屋顶钢结构。设计单位要求钢框架梁（民用建筑，不需要考虑疲劳）翼缘与腹板的焊接采用坡口全熔透焊缝，且焊缝质量等级为一级。焊接工人在单边坡口焊完一侧焊缝后，用碳弧气刨的方式在另一侧清根。焊接工人当时对设计院怨气很大，认为钢梁的翼缘与腹板焊接采用坡口全熔透焊缝，且焊缝质量等级为一级非常荒唐，焊接和清根的工作量很大。
从以上工程案例可以看出，很多结构设计工程师对于钢结构的焊缝形式以及焊缝质量等级的概念比较模糊。今天我们就来谈谈钢结构的焊缝。
1.《钢结构设计规范》GB 50017-2003中焊缝质量等级的规定
从规范条文可以看出，需要计算疲劳的构件，作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝，受拉时焊缝质量等级才为一级。一般民用建筑，构件不需要计算疲劳，其焊缝质量等级最高也只需要二级。
2.《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015中焊缝质量等级的规定
从规范条文可以看出，并非所有的全熔透焊缝都是一级焊缝，仅梁与柱刚性连接时，梁翼缘与柱的连接、框架柱的拼接、外露式柱脚的柱身与底板的连接以及伸臂桁架等重要受拉构件的拼接才是一级焊缝，其他的全熔透焊缝质量等级均为二级。
3.文献[1]（胡天兵、申林、郁银泉.《多、高层钢结构设计中应注意的一些问题》.《建筑结构》2005年第6期）甚至指出：在实际工程中，除大跨度重级工作制吊车梁的下翼缘对接，以及大跨度钢桥的受拉构件的对接要求一级焊缝外，一般都要求二级。对于角焊缝除了要求熔透的情况，其质量等级一般都用三级。但是设计要求全焊透的二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验。建筑钢结构选择合适的焊缝质量等级是非常重要的，不恰当地提高焊缝的质量等级将提高工程造价且难以做到。
（二）不同焊缝质量等级的检测要求
《钢结构焊接规范》GB 50661-2011中对结构焊接质量的检验提出了以下规定（仅列出承受静荷载结构焊接质量的检验，需疲劳验算结构的焊缝质量检验未列出）：
1.焊缝首先应进行外观检测，包括焊缝外观质量检测和焊缝外观几何尺寸测量两部分。具体检测要求读者可以参考《钢结构焊接规范》GB 50661-2011第8.2.1、8.2.2条文。
2.当外观检测发现裂纹时，应对该批中同类焊缝进行100%的表面检测；外观检测怀疑有裂纹缺陷时，应对怀疑的部位进行表面检测。表面检测主要是作为外观检查的一种补充手段，其目的主要是为了检查焊接裂纹。表面检测可采用磁粉检测和渗透检测，一般来说磁粉探伤的灵敏度要比渗透检测高，且渗透探伤难度较大，费用高。因此，为了提高表面缺陷检出率，铁磁性材料制作的工件应尽可能采用磁粉检测方法进行检测。只有在因结构形状的原因（如探伤空间狭小）或材料的原因（如材质为奥氏体不锈钢）不能采用磁粉探伤时，宜采用渗透探伤。
3.设计要求全焊透的焊缝，其内部缺欠的检测应符合下列规定：
（1）一级焊缝应进行100%的检测；
（2）二级焊缝应进行抽检，抽检比例不应小于20%。
内部缺欠采用无损检测，无损检测必须在外观检测合格后进行。内部缺欠的无损检测一般可用超声波探伤和射线探伤。射线探伤具有直观性、一致性好的优点，但其成本高、操作程序复杂、检测周期长，尤其是T形接头和角接头，射线检测的效果差，且射线探伤对裂纹、未熔合等危害性缺陷的检测率低。超声波探伤则正好相反，操作程序简单、快速，对各种接头形式的适应性好，对裂纹、未熔合的检测灵敏度高。因此钢结构焊缝内部缺欠的检测宜采用超声波探伤，对超声波检测结果有疑义时，可采用射线检测验证。
规范将二级焊缝的局部检验定为抽样检验。这一方面是基于钢结构焊缝的特殊性；另一方面，目前我国推行全面质量管理已有多年经验，采用抽样检测是可行的，在某种程度上更有利于提高产品质量。
综上所述，一级焊缝应进行100%的超声波探伤检测，二级焊缝应进行20%的超声波探伤抽检。
（三）《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015中超声波探伤检查的规定
《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015第9.6.19对超声波探伤检查作了如下规定：
1.图纸和技术文件要求全熔透的焊缝，应进行超声波探伤检查。
2.超声波探伤检查应在焊缝外观检查合格后进行。焊缝表面不规则及有关部位不清洁的程度，应不妨碍探伤的进行和缺陷的辨认，不满足上述要求时事前应对需探伤的焊缝区域进行铲磨和修整。
3.全熔透焊缝的超声波探伤检查数量，应由设计文件确定。设计文件无明确要求时，应根据构件的受力情况确定；受拉焊缝应100%检查；受压焊缝可抽查50% ，当发现有超过标准的缺陷时，应全部进行超声波检查。
4.超声波探伤检查应根据设计文件规定的标准进行。设计文件无规定时，超声波探伤的检查等级按现行国家标准《焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定》GB/T 11345 标准中规定的B级要求执行，受拉焊缝的评定等级为B检查等级中的I级，受压焊缝的评定等级为B检查等级中的II级。
很显然，规范给出的超声波检查数量和等级标准，仅限于设计文件无规定时使用。而且对于超声波探伤检查数量不是按照焊缝质量等级（一级100%检查、二级20%抽检）予以区分，而是按照焊缝受力状况（受拉100%检查、受压50%抽检）予以区分。但是钢结构施工单位一般无法区分哪些焊缝是受压焊缝、哪些焊缝是受拉焊缝。因此，笔者建议，在设计图纸中还是注明焊缝质量等级为宜。
对于厚度小于8mm的钢材的对接焊缝，笔者看到很多设计文件注明不得采用超声波探伤，依据就是《焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定》GB/T 11345只适用于母材厚度不小于8mm的钢材焊缝超声波探伤。但是《钢结构焊接规范》GB 50661-2011第8.2.4条第3款规定，当检测板厚在3.5mm~8mm范围时，其超声波检测的技术参数应按现行行业标准《钢结构超声波探伤及质量分级法》JG/T 203执行。《钢结构超声波探伤及质量分级法》JG/T 203-2007明确规定，本标准适用于母材厚度不小于4mm碳素结构钢和低合金高强度结构钢的钢板对接全焊透接头、箱形构件的电渣焊接头、T型接头、搭接角接接头等焊接接头以及钢结构用板材、锻件、铸钢件的超声波检测。因此，超声波探伤适用于板材厚度不小于4mm的钢材焊缝，而不仅限于厚度大于等于8mm的钢材焊缝。
1.《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015第9.6.13规定，要求全熔透的两面焊焊缝，正面焊完成后在焊背面之前，应认真清除焊缝根部的熔渣、焊瘤和未焊透部分，直至露出正面焊缝金属时方可进行背面的焊接。
高层民用建筑钢结构的主要受力节点中，要求全熔透的焊缝较多，清根则是保证焊缝熔透的措施之一。清根方法以碳弧气刨为宜，清根工作应由培训合格的人员进行，以保证清根质量。
2.哪些焊缝需要采用全熔透焊缝
（1）《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015第8.7.3条规定， 抗震设计时，中心支撑宜采用H形钢制作，在构造上两端应刚接。当采用焊接组合截面时，其翼缘和腹板应采用坡口全熔透焊缝连接。
（2）《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015第8.1.4条规定，梁与柱刚性连接时，梁翼缘与柱的连接、框架柱的拼接、外露式柱脚的柱身与底板的连接以及伸臂桁架等重要受拉构件的拼接，均应采用全熔透焊缝，且焊缝质量等级为一级。
（3）笔者曾经见到有图纸要求钢框架梁（民用建筑，不需要考虑疲劳）翼缘与腹板的焊接采用坡口全熔透焊缝，且焊缝质量等级为一级。这是完全没有必要的。
《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98第8.2.2条规定，节点的焊接连接，根据受力情况可采用全熔透或部分熔透焊缝，遇下列情况之一时应采用全熔透焊缝：1）要求与母材等强的焊接连接；2）框架节点塑性区段的焊接连接。
因此对于不考虑疲劳的民用建筑钢框架梁，当采用焊接组合截面时，塑性区段内（梁端算起的1/10梁跨度或两倍梁截面高度范围）翼缘与腹板采用坡口全熔透焊缝，焊缝质量等级可取二级；其余范围，翼缘与腹板采用角焊缝即可，焊缝质量等级可取三级。对于钢次梁，当采用焊接组合截面时，翼缘与腹板采用角焊缝，焊缝质量等级三级。
（五）高层民用建筑焊缝实例
根据规范中焊缝的相关规定，将笔者设计的中国石油乌鲁木齐大厦焊缝说明见表1。
中国石油乌鲁木齐大厦焊接质量等级、检测要求 表1
部位 | 焊缝形式 | 焊缝质量等级 | 检测要求 | 图例 | |||
外观检测比例 | 超声波探伤检测比例 | ||||||
梁翼缘与柱的刚性连接 | 全熔透焊缝 | 一级 | 100% | 100% | |||
框架柱的拼接 | |||||||
柱脚的柱身与底板的连接 | |||||||
框架梁的拼接 | |||||||
支撑翼缘与梁柱的焊接连接 | |||||||
伸臂桁架受拉构件的拼接 | |||||||
箱形柱角部组装焊缝 | 框架梁翼缘上、下500mm范围内 柱宽大于600mm，框架梁翼缘上、下600mm范围内 | 全熔透焊缝 | 二级 | 100% | 20% | | |
其余范围 | 部分熔透焊缝 | 二级 | 100% | 20% | | ||
十字形柱的组装焊缝 | 部分熔透焊缝 | 二级 | 100% | 20% | | ||
支撑翼缘与腹板连接 | 全熔透焊缝 | 二级 | 100% | 20% | |||
钢框架梁翼缘与腹板连接 | 梁端算起的1/10梁跨度或两倍梁截面高度范围 | 全熔透焊缝 | 二级 | 100% | 20% | ||
其余范围 | 角焊缝 | 三级 | 100% | ||||
钢次梁翼缘与腹板连接 | 角焊缝 | 三级 | 100% | ||||
说明：
1 部分熔透焊缝和其余未说明的全熔透焊缝，其焊缝质量等级均为二级，外观检测比例100%，超声波探伤比例20%。
2 焊缝质量的外观检查按《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015表9.6.18-1及表9.6.18-2的规定执行。
3 当外观检查发现裂纹时，应对该批中同类焊缝进行100%的表面检测；外观检测怀疑有裂纹缺陷时，应对怀疑的部位进行表面检测。表面检测宜采用磁粉探伤，因结构形状的原因或材料的原因不能采用磁粉探伤时，也可采用着色渗透探伤。
4 超声波探伤检测时，一级焊缝合格等级不低于《钢结构焊接规范》GB 50661-2011第8.2.4条中B级检验的II级要求，二级焊缝合格等级不低于《钢结构焊接规范》GB 50661-2011第8.2.4条中B级检验的III级
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