鋼結構的銲道目視檢測

劉澤山  技師

電銲可分為全滲透與半滲透電銲兩種方式。全滲透電銲可以採用超音波(UT)檢測。使用超音波可以針對整個銲道內部的各種情形作檢測。至於半滲透的銲接則因使用超音波會有界面反射的問題，不適合使用。目前幾乎都以抽測磁粉探傷(MT)方式，針對表面或次(近)表面的缺陷作檢驗來確保銲道品質。惟，不管那一種檢驗方法，在規範的規定，都要求在檢驗前，必須先以目視去檢驗銲道表面是否合格，方才進行下一步的檢測工作。因此「目視檢測」可以說是鋼構品質把關的第一環。「目視檢測」，雖然也有如同UT、MT有專業的訓練與考試及授證，但實務上就算未受過非常專業的訓練的情形下，業主或工程師仍可依照CNS的規定，做銲接品質的初步驗證與把關的動作。這也是身為工程師們應盡責任。

根據「CNS13021鋼結構銲道目視檢測法」，不良的填角銲道外觀如圖1，共有喉深不足、過度凸出、過度銲蝕、搭疊、腳長不足及溶合不良等6種。分別說明如下。

　1.   喉深與腳長的定義，如圖2，S代表腳長、T表銲喉而f代表加勁，在填角銲上加勁又稱凸度，在對接銲道上則稱為銲冠，其最大值限制如表1、2。在計算上，填角銲以喉深作為銲道強度設計的基準，但實務上以量測腳長S較為方便。銲道表面，雖然法規只要求銲喉足夠就好，但實務上仍應以略為外凸為原則，也就是表1、2的C與h，以不小於0為原則，以減輕銲接收縮的開裂應力；但過多，則又會造成斷面變化及應力集中的效應(照片1)。

　2.   銲蝕又稱undercut，如圖3，銲接中由於高溫融溶母材，容易在交接處產生銲蝕的現象(如照片2)。銲蝕會造成應力集中的效應，在規範中的規定在1mm~1.6mm間，尚屬嚴格。

　3.   搭疊又稱overlap，主要是由於銲料堆疊過多往下坍移，而與母材不溶合的情形。由於會造成尖端集中應力的問題，受力極易撕開，因此法規上不允許搭疊的存在。

　4.   在圖1上的溶合不良情形，是溶合深度不足，導致內部交角處未溶合的情形(如照片3)，另外一種是在T型接頭銲接時，有可能側壁與銲液未溶合的情形，例如照片4所示續接器銲接溶化之鐵水未與續接器側壁溶合，造成拉力試驗失敗的例子。

CNS對於已完成銲道「目視檢測」的主要規定如下(依靜態力結構) [2] (節錄)。

　1.   銲道不得有裂縫或搭疊(Overlap)。

　2.   填角銲道之外觀，最大突出不得超過表（1、2）之規定。

　3.   銲池必須填滿(照片5)；對接銲冠不得超過3mm，不同鈑厚之斜度不得超過1：2.5 (圖4) 。

　4.   母材厚度小於25mm者，其銲蝕(undercut)深度不得超過1mm；但在300mm長的銲道內之銲蝕累積長度，不超過50mm時，可允許至1.6mm。

　5.   母材厚度大於或等於25mm者，其銲蝕深度不得超過1.6mm。

　6.   填角銲道若有1mm以上之氣孔，在25mm的銲道內氣孔長徑的和，不得超過10mm，且在300mm的銲道內氣孔長徑的和，不得超過19mm。

　7.   承受與張應力垂直之全滲透開槽銲，不得有表面氣孔。其他開槽銲道，若有1mm以上之氣孔，在25mm的銲道內氣孔長徑的和，不得超過10mm；且在300mm的銲道內氣孔長徑的和，不得超過19mm。

　8.   單一連續填角銲道，腳長不足或喉深不足部分，若小於設計尺度之1.6mm以內且不超過總長之10％，可以不須修補。但在大梁末端相當於翼鈑寬度兩倍長之翼鈑與腹鈑之銲道，不得有喉深不足或腳長不足的情形。

　9.   銲接完成冷卻至室溫，即可施作目視檢測，但須經淬火及回火之鋼種，應待適當時間後方可實施。

不僅如此，「目視檢測」可以在銲接尚未開始就進行。例如開槽角度與根部間隙等(定義如圖2)，例如梁、柱電銲採用何種銲接方法的接頭，開槽角度與間隙的要求不同；還有銲接預熱及層間溫度的控制，這些基本參數的控管等。其他尚有設計規範要求的導銲板切除與磨平(照片6) [3]，對於銲接的製程管理也非常的重要。

至於鋼結構的一些其他品管文件，像是使用的材料，如鋼鈑、型鋼、高拉力螺栓、銲條；工廠施工的相關文件；現場施工中的相關品管文件、檢測報告等，建議可參考現有公共工程品質管制的規定。再加上基本的銲道目視檢查，對於鋼構大樓的品質，相信更能獲得進一步的保證。

參考資料

1. 「鋼結構施工規範」內政部，民國96年

2. 「CNS13021鋼結構銲道目視檢測法」民國89年

3. 「幾個鋼結構電銲接頭的規範問題」，劉澤山，技師報883期。

4. 「鋼結構設計規範(二)極限設計法」10.2節，內政部，民國96年

5. 「超高層鋼結構大樓施工」第三章 劉澤山，98年

6. 「鋼結構銲道目視檢測與缺失案例」彭朋畿、李家順 中華民國鋼結構會刊466期

圖1  不良的填角銲外觀[2]		圖2  喉深與腳長的定義[5]
圖3  銲蝕(undercut)示意圖[5]		圖4  不同鈑厚續接，容許之最大斜度[2]

表1  填角銲的最大凸度規定﹝1、2﹞

表2  對接銲道銲冠的高度[1、2]

照片1  銲冠過高情形[6]		照片2  柱銲接的銲蝕情形
照片3  根部溶合不良情形[5]		照片4  續接器銲到未溶合情形
照片5   續接器銲池開裂情形		照片6  起弧導板使用後移除並加補電銲情形[3]