鋼結構銲道目視檢測介紹

一、前言

鋼材具有造型容易與可回收再製等優點，已廣泛用於高層房屋結構中。鋼結構構材間之接頭，須依賴銲接來接合，然而銲接是高入熱量之急熱急冷的製程，也常因周邊構材束制，衍生出銲接瑕疵與缺陷，繼而降低鋼結構強度與韌性。銲接缺陷的生成，除了與接頭型式、銲接順序及銲接方法因素有關外，也與鋼板母材材質的耐震性能有關，須藉非破壞檢驗方法，控管銲接品質。

鋼結構銲道檢測常用的非破壞檢測方法有：目視檢測法 (VT)、磁粒檢測法 (MT)、超音波檢測法 (UT)、液滲檢測法 (PT)及射線檢測法 (RT)等五種，其中又以銲道目視檢測法(VT)，為評估銲接品質及完整性，最基本也是成本最低的品質控制方法，適用於檢查母材、銲道及熱影響區的表面瑕疵。鋼結構所有銲道，必須先執行目視檢測，且須滿足規範中接受基準之要求，目視檢測有缺陷時，則須經改善合格後，方可執行其他非破壞性檢測。

台灣位處於環太平洋地震帶上，地震的發生頻率頻繁，長久以來，國內雖然透過修訂相關建築法規與規範，以降低地震所帶來的災害，然而921集集大地震、331大地震，以及兩次的0206大地震，除了讓大眾對房屋結構安全失去信心外，同時也震出國內老舊鋼筋混凝土房屋結構施工品質粗劣的問題。有鍳於房屋結構之監造工作，未能有效落實，内政部建築研究所，綜合國外相關規範、並參考日本「中間檢査」，及美國IBC 2000(International Building Code 2000)特別監造，與國内之「建築結構委外審査」等相關制度，於民國92年度完成「耐震標章」認證制度，耐震性能的察證，包含「耐震設計品質」與「現場施工品質」。其中「現場施工品質」，係由「特別監督人」執行，鋼結構工程之特別監督人，須對所有銲道執行100%目視檢測工作，但國内工程師大部分對銲道目視檢測甚為陌生，故撰文以供先進參考。

二、目視檢驗流程

銲道表面缺陷目視檢測，是成本最低的檢測方法，也是一種很好的銲接品質控制工具，鋼構件可於製造過程提早發現缺陷，避免後續處理增加成本、或影響施工品質及工期。目視檢測者可利用適當工具，依據銲道目視檢測法之接受基準，評定銲接品質，並探討瑕疵發生的原因，同時建議搭配其他非破壞檢測方法、與品質管理措施，以確保銲道符合相關規範之品質要求。銲接前、中、後皆須檢查，每一檢驗停留點，須依計劃執行。

2.1銲接前檢驗與準備

銲接之前目視檢測項目，應包括以下項目：

（1）瞭解契約圖說和規範要求：瞭解銲道接合型式、尺寸細部、鋼結構使用材料、銲道檢測種類與頻率之要求、構件尺寸精度和相關資格等要求。

（2）銲接程序和銲工資格檢定或審查：審查廠商所提送之銲接程序與銲工資格，以確保資格符合契約圖說規範的要求。

（3）如有需要，應建立檢測停留點：檢測停留點，主要是檢測已完成之作業是否能符合要求，確保後續作業能接續進行。

（4）制定目視檢測文件或記錄計畫：依據圖說要求之檢測項目，進行檢查結果之記錄，提供最終驗收所需的成果。

（5）審查銲接材料證明：監督審查銲接材料證明之文件，查驗是否符合契約圖說規定之匹配銲材。

（6）核對使用母材或鋼料：審查母材或使用鋼料之品質文件，是否符合契約規範要求，或依契約圖說規定辦理相關取樣與試驗作業。

（7）構件接合及組立精度之檢查：銲接之前檢查構件接合部之組立精度，對後續品質相當重要，其項目應包括：開槽角度、根部間隙、對準精度、背襯板及導銲板組立、銲接接合面狀況、組立假銲銲道、預熱（需要時）與避免銲接變形之臨時支撐。

（8）檢查銲接材料的儲放方式：檢查銲接材料的儲存，是否依據契約圖說規範或製造商的建議方式存放。

目視檢測人員，依據上述銲接前檢測項目執行檢測，可避免事後因前置作業品質不良，造成成本增加。並依據相關要求建立、製作完整記錄。

2.2銲接過程

目視檢查人員對銲接過程中進行目視檢測，應包括以下項目：

（1）預熱及道間溫度控制與檢查：檢測人員須備有溫度測量裝置或設備，檢查預熱和道間溫度，符合契約圖說規範或銲接程序書要求。

（2）銲接程序的查驗：於銲接過程中見證各項主要參數，是否符合銲接程序規範，如銲接材料匹配、電壓或電流電極特性，和銲接技術等。

（3）根部銲道檢查：銲接過程中銲道根部最易產生缺陷，檢查銲道根部可避免後續缺陷產生及剷修。

（4）層間銲道清理檢查：層間銲道清理檢查，可避免後續銲接工作缺陷產生。如夾渣、氣孔、熔合不良、裂紋產生。

（5）銲道背面銲接前檢查：雙邊開槽銲道，第一面銲接完成後，另一面銲接前，須檢查其銲道根部是否徹底清理，以避免後續銲接工作瑕疵產生。如夾渣、氣孔、熔合不良、裂紋產生。

若忽略上述任何檢測項目，可能導致瑕疵產生，進而嚴重降低銲接的品質。

2.3銲接後

銲接完成冷却至室溫後，或如高張力鋼等須經一段時間後、整形後或修補後，進行目視檢測，應包括以下項目：

（1）銲道表面檢查：檢查銲道表面品質是否符合接受標準。

（2）銲道尺寸檢測：檢查員需備有相關量具，以檢查銲道尺寸，是否能符合契約圖說規範或製作圖說要求。

（3）構件尺寸精度檢測：構件尺寸精度，應符合契約圖說規範或製作圖說要求。

（4）審查後續相關要求：目視檢測完成後，須審查契約是否有後續相關要求，例如銲後熱處理、非破壞性檢測或其他要求。

上述任何檢測項目，皆能影響整體結構安裝精度與品質。

三、目視檢測項目

銲道表面瑕疵，如：裂紋、氣孔、熔合不良、滲透不足、銲蝕、銲冠過高、塡角銲道過凸、搭疊、塡角銲脚長不等或過大、喉深不足、銲濺物、弧擊、未設置導銲板或未依圖説規定研磨平順、背襯板未依圖説規定移除等。各項表面瑕疵現象説明如下：

1.裂紋：裂紋分冷裂紋及熱裂紋。所謂冷裂紋，係指鋼材銲後冷卻至室溫時，發生在銲道或熱影響區的裂紋；熱裂紋，係指鋼材於銲接熔池在結晶過程中的偏析現象，凝固以後強度較低，當銲接應力夠大時，就會將液態間層、或剛凝固不久的固態金屬，拉開形成熱裂紋。

2.氣孔：氣孔為凝固過程中氣體所形成的孔洞瑕疵，大多呈圓球形，因此通常認定其危險程度較低。

3.熔合不良：熔合不良是指銲道與母材熔合面、或相鄰銲道間未熔合，呈線性且具尖銳端，因此熔合不良屬嚴重的瑕疵。

4.滲透不足：滲透不足是指銲道滲透深度，低於規範或設計的要求，僅發生於銲道根部，亦即單邊槽銲未滲透到根部。

5.銲蝕：銲蝕是銲接時電弧能量造成熔池前端、或其邊緣的母材，產生溝槽的現象，銲蝕會造成應力集中現象。

6.銲冠過高：銲冠僅適用於對接銲道，是超出銲口的銲道金屬。對接銲道，有單面銲及雙面銲兩種銲法，銲道兩面均有銲冠，分別為銲道表面銲冠及根部銲冠。銲道金屬過多，會在銲趾位置形成尖銳缺口，銲冠越高，缺口效應越大，造成銲接接頭疲勞強度急遽下降，大部分規範均有限制銲冠的高度。僅研磨銲冠減低銲冠高度，並無法改善其尖銳缺口的問題，必須研磨銲冠減少銲冠角度，使其與鄰接母材平順接合，才能改善銲冠過高的問題。

7.塡角銲道過凸：銲道凸出量的定義，是填角銲道凸出面垂直於銲趾連線的最大距離，銲道凸出過大僅適用於填角銲道，其成因為銲接速度太慢或是銲接操控不當，造成過多的熔填金屬，未能與母材表面適當熔融。銲道凸出並非一定有害，事實上少量的銲道凸出，是有益於填角銲道的強度，但是如果超出限制範圍就成為缺陷。銲道凸出並非浪費銲條多寡的經濟效益問題，而是其造成填角銲道銲趾位置形成尖銳缺口，特別在疲勞負載的結構上，此缺口可能造成應力集中導致結構弱化，因此銲道凸出過大必須採取矯正措施，去除過多的銲道金屬，或於銲趾施銲使其與鄰接母材平順接合等。

8.搭疊：搭疊屬表面瑕疵，為銲道金屬堆疊過多往下塌坍，突出超過銲趾或銲道根部且，未與鄰近的母材熔合，過多的金屬貼附在母材表面而未熔合，造成應力集中現象。

9.塡角銲脚長不足或過大：塡角銲脚長不足會産生有效喉厚不足，而影響結構安全。塡角銲脚長過大會影響構材安裝，或造成銲道趾端角度過大，而降低抗疲勞強度。

10.喉深不足：喉深不足或熔合深度不足與銲蝕類似，易於內部交角處産生未溶合的情形，屬於表面的瑕疵，都是斷面材料不足的現象。

11銲濺物：銲濺物不屬於銲道，是在銲接過程中飛濺的金屬顆粒，貼附在鄰近銲道的母材表面。

12.弧擊：弧擊屬嚴重的瑕疵，起因於有意或不慎，在銲口以外的母材表面起弧，造成母材局部熔化後急速冷卻。對高張力鋼而言，弧擊位置的熱影響區，可能含有麻田散體組織，容易生成裂紋。

13.未依圖説規定未設置導銲板、或銲後未研磨平順：未設置導銲板，起弧位置在銲道内部易産生銲道内部瑕疵。銲後未研磨平順會影響抗疲勞強度。

14.背襯板未依圖説規定設置或移除：未設置背襯板易産生銲道内部瑕疵；背襯板銲後未依圖説規定移除會影響抗疲勞強度。

四、目視檢測接受標準

鋼結構銲道目視檢測法接受基準，區分為受靜態力、受動能力及管狀結構等三種，分述如下：

4.1 靜態力結構

(1)銲道不得有裂縫或搭疊。

(2)銲道金屬層間及銲道與母材間必須完全熔合。