全熔透焊縫一級和二級區別（坡口全熔透焊縫必須是一級焊縫嗎）

2023-04-30 10:47:02 6

十年前筆者去精工鋼構加工廠參觀，參觀的項目是某個火車站站房屋頂鋼結構。設計單位要求鋼框架梁（民用建築，不需要考慮疲勞）翼緣與腹板的焊接採用坡口全熔透焊縫，且焊縫質量等級為一級。焊接工人在單邊坡口焊完一側焊縫後，用碳弧氣刨的方式在另一側清根。焊接工人當時對設計院怨氣很大，認為鋼梁的翼緣與腹板焊接採用坡口全熔透焊縫，且焊縫質量等級為一級非常荒唐，焊接和清根的工作量很大。

從以上工程案例可以看出，很多結構設計工程師對於鋼結構的焊縫形式以及焊縫質量等級的概念比較模糊。今天我們就來談談鋼結構的焊縫。

（一）規範中焊縫質量等級的規定

1.《鋼結構設計規範》GB 50017-2003中焊縫質量等級的規定

從規範條文可以看出，需要計算疲勞的構件，作用力垂直於焊縫長度方向的橫向對接焊縫或T形對接與角接組合焊縫，受拉時焊縫質量等級才為一級。一般民用建築，構件不需要計算疲勞，其焊縫質量等級最高也只需要二級。

2.《高層民用建築鋼結構技術規程》JGJ 99-2015中焊縫質量等級的規定

從規範條文可以看出，並非所有的全熔透焊縫都是一級焊縫，僅梁與柱剛性連接時，梁翼緣與柱的連接、框架柱的拼接、外露式柱腳的柱身與底板的連接以及伸臂桁架等重要受拉構件的拼接才是一級焊縫，其他的全熔透焊縫質量等級均為二級。

3.文獻[1]（胡天兵、申林、鬱銀泉.《多、高層鋼結構設計中應注意的一些問題》.《建築結構》2005年第6期）甚至指出：在實際工程中，除大跨度重級工作制吊車梁的下翼緣對接，以及大跨度鋼橋的受拉構件的對接要求一級焊縫外，一般都要求二級。對於角焊縫除了要求熔透的情況，其質量等級一般都用三級。但是設計要求全焊透的二級焊縫應採用超聲波探傷進行內部缺陷的檢驗。建築鋼結構選擇合適的焊縫質量等級是非常重要的，不恰當地提高焊縫的質量等級將提高工程造價且難以做到。

（二）不同焊縫質量等級的檢測要求

《鋼結構焊接規範》GB 50661-2011中對結構焊接質量的檢驗提出了以下規定（僅列出承受靜荷載結構焊接質量的檢驗，需疲勞驗算結構的焊縫質量檢驗未列出）：

1.焊縫首先應進行外觀檢測，包括焊縫外觀質量檢測和焊縫外觀幾何尺寸測量兩部分。具體檢測要求讀者可以參考《鋼結構焊接規範》GB 50661-2011第8.2.1、8.2.2條文。

2.當外觀檢測發現裂紋時，應對該批中同類焊縫進行100%的表面檢測；外觀檢測懷疑有裂紋缺陷時，應對懷疑的部位進行表面檢測。表面檢測主要是作為外觀檢查的一種補充手段，其目的主要是為了檢查焊接裂紋。表面檢測可採用磁粉檢測和滲透檢測，一般來說磁粉探傷的靈敏度要比滲透檢測高，且滲透探傷難度較大，費用高。因此，為了提高表面缺陷檢出率，鐵磁性材料製作的工件應儘可能採用磁粉檢測方法進行檢測。只有在因結構形狀的原因（如探傷空間狹小）或材料的原因（如材質為奧氏體不鏽鋼）不能採用磁粉探傷時，宜採用滲透探傷。

3.設計要求全焊透的焊縫，其內部缺欠的檢測應符合下列規定：

（1）一級焊縫應進行100%的檢測；

（2）二級焊縫應進行抽檢，抽檢比例不應小於20%。

內部缺欠採用無損檢測，無損檢測必須在外觀檢測合格後進行。內部缺欠的無損檢測一般可用超聲波探傷和射線探傷。射線探傷具有直觀性、一致性好的優點，但其成本高、操作程序複雜、檢測周期長，尤其是T形接頭和角接頭，射線檢測的效果差，且射線探傷對裂紋、未熔合等危害性缺陷的檢測率低。超聲波探傷則正好相反，操作程序簡單、快速，對各種接頭形式的適應性好，對裂紋、未熔合的檢測靈敏度高。因此鋼結構焊縫內部缺欠的檢測宜採用超聲波探傷，對超聲波檢測結果有疑義時，可採用射線檢測驗證。

規範將二級焊縫的局部檢驗定為抽樣檢驗。這一方面是基於鋼結構焊縫的特殊性；另一方面，目前我國推行全面質量管理已有多年經驗，採用抽樣檢測是可行的，在某種程度上更有利於提高產品質量。

綜上所述，一級焊縫應進行100%的超聲波探傷檢測，二級焊縫應進行20%的超聲波探傷抽檢。

（三）《高層民用建築鋼結構技術規程》JGJ 99-2015中超聲波探傷檢查的規定

《高層民用建築鋼結構技術規程》JGJ 99-2015第9.6.19對超聲波探傷檢查作了如下規定：

1.圖紙和技術文件要求全熔透的焊縫，應進行超聲波探傷檢查。

2.超聲波探傷檢查應在焊縫外觀檢查合格後進行。焊縫表面不規則及有關部位不清潔的程度，應不妨礙探傷的進行和缺陷的辨認，不滿足上述要求時事前應對需探傷的焊縫區域進行鏟磨和修整。

3.全熔透焊縫的超聲波探傷檢查數量，應由設計文件確定。設計文件無明確要求時，應根據構件的受力情況確定；受拉焊縫應100%檢查；受壓焊縫可抽查50% ，當發現有超過標準的缺陷時，應全部進行超聲波檢查。

4.超聲波探傷檢查應根據設計文件規定的標準進行。設計文件無規定時，超聲波探傷的檢查等級按現行國家標準《焊縫無損檢測超聲檢測技術、檢測等級和評定》GB/T 11345 標準中規定的B級要求執行，受拉焊縫的評定等級為B檢查等級中的I級，受壓焊縫的評定等級為B檢查等級中的II級。

5.超聲波檢查應做詳細記錄，並應寫出檢查報告。

很顯然，規範給出的超聲波檢查數量和等級標準，僅限於設計文件無規定時使用。而且對於超聲波探傷檢查數量不是按照焊縫質量等級（一級100%檢查、二級20%抽檢）予以區分，而是按照焊縫受力狀況（受拉100%檢查、受壓50%抽檢）予以區分。但是鋼結構施工單位一般無法區分哪些焊縫是受壓焊縫、哪些焊縫是受拉焊縫。因此，筆者建議，在設計圖紙中還是註明焊縫質量等級為宜。

對於厚度小於8mm的鋼材的對接焊縫，筆者看到很多設計文件註明不得採用超聲波探傷，依據就是《焊縫無損檢測超聲檢測技術、檢測等級和評定》GB/T 11345隻適用於母材厚度不小於8mm的鋼材焊縫超聲波探傷。但是《鋼結構焊接規範》GB 50661-2011第8.2.4條第3款規定，當檢測板厚在3.5mm~8mm範圍時，其超聲波檢測的技術參數應按現行行業標準《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》JG/T 203執行。《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》JG/T 203-2007明確規定，本標準適用於母材厚度不小於4mm碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼的鋼板對接全焊透接頭、箱形構件的電渣焊接頭、T型接頭、搭接角接接頭等焊接接頭以及鋼結構用板材、鍛件、鑄鋼件的超聲波檢測。因此，超聲波探傷適用於板材厚度不小於4mm的鋼材焊縫，而不僅限於厚度大於等於8mm的鋼材焊縫。

（四）規範對全熔透焊縫的規定

1.《高層民用建築鋼結構技術規程》JGJ 99-2015第9.6.13規定，要求全熔透的兩面焊焊縫，正面焊完成後在焊背面之前，應認真清除焊縫根部的熔渣、焊瘤和未焊透部分，直至露出正面焊縫金屬時方可進行背面的焊接。

高層民用建築鋼結構的主要受力節點中，要求全熔透的焊縫較多，清根則是保證焊縫熔透的措施之一。清根方法以碳弧氣刨為宜，清根工作應由培訓合格的人員進行，以保證清根質量。

2.哪些焊縫需要採用全熔透焊縫

（1）《高層民用建築鋼結構技術規程》JGJ 99-2015第8.7.3條規定，抗震設計時，中心支撐宜採用H形鋼製作，在構造上兩端應剛接。當採用焊接組合截面時，其翼緣和腹板應採用坡口全熔透焊縫連接。

（2）《高層民用建築鋼結構技術規程》JGJ 99-2015第8.1.4條規定，梁與柱剛性連接時，梁翼緣與柱的連接、框架柱的拼接、外露式柱腳的柱身與底板的連接以及伸臂桁架等重要受拉構件的拼接，均應採用全熔透焊縫，且焊縫質量等級為一級。

（3）筆者曾經見到有圖紙要求鋼框架梁（民用建築，不需要考慮疲勞）翼緣與腹板的焊接採用坡口全熔透焊縫，且焊縫質量等級為一級。這是完全沒有必要的。

《高層民用建築鋼結構技術規程》JGJ 99-98第8.2.2條規定，節點的焊接連接，根據受力情況可採用全熔透或部分熔透焊縫，遇下列情況之一時應採用全熔透焊縫：1）要求與母材等強的焊接連接；2）框架節點塑性區段的焊接連接。

因此對於不考慮疲勞的民用建築鋼框架梁，當採用焊接組合截面時，塑性區段內（梁端算起的1/10梁跨度或兩倍梁截面高度範圍）翼緣與腹板採用坡口全熔透焊縫，焊縫質量等級可取二級；其餘範圍，翼緣與腹板採用角焊縫即可，焊縫質量等級可取三級。對於鋼次梁，當採用焊接組合截面時，翼緣與腹板採用角焊縫，焊縫質量等級三級。

（五）高層民用建築焊縫實例

根據規範中焊縫的相關規定，將筆者設計的中國石油烏魯木齊大廈焊縫說明見表1。

中國石油烏魯木齊大廈焊接質量等級、檢測要求表1