公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的焊接質(zhì)量控制

王玉萍

（中鐵二十四局集團(tuán)浙江工程有限公司， 浙江 杭州 310009）

0 引言

當(dāng)前階段，我國基礎(chǔ)工程建設(shè)方面已經(jīng)取得令世界矚目的成果，在此過程中，我國公路橋梁施工建設(shè)技術(shù)水平也不斷提升，尤其是鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工技術(shù)，在大量實踐經(jīng)驗支持下，施工技術(shù)不斷完善，為進(jìn)一步提升橋梁工程施工建設(shè)水平奠定堅實基礎(chǔ)。當(dāng)前階段，鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工過程中，焊接工藝水平已經(jīng)成為影響橋梁施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，考慮到實際施工過程中外界客觀因素以及直觀因素對焊接工藝水平的影響幅度較大，因此，加強(qiáng)對焊接質(zhì)量控制工作的重視程度已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)共識，研究控制手段也具有極高的現(xiàn)實意義。

1 鋼結(jié)構(gòu)橋梁概述及焊接施工要點

顧名思義，鋼結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)多數(shù)由鋼鐵材料構(gòu)成，整個結(jié)構(gòu)中包含有大量鋼柱、鋼梁構(gòu)件，且所有構(gòu)件連接方式均采用螺絲、焊接等。鋼結(jié)構(gòu)橋梁在實際應(yīng)用過程中具備承重能力強(qiáng)、施工難度低等優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于路橋建設(shè)工程中。通常情況下，整個橋梁工程中鋼結(jié)構(gòu)超過半數(shù)以上即可被定義為大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁。實際施工過程中主要采用低合金鋼作為主要建材。目前鋼結(jié)構(gòu)橋梁鋼梁部分存在包括組合梁、箱形梁在內(nèi)的多種結(jié)構(gòu)類型，方便施工單位根據(jù)實際情況進(jìn)行靈活選擇[1]。從當(dāng)前實踐情況來看，目前天橋主梁往往采用焊接連續(xù)鋼箱梁或工字鋼的形式，而航道整治橋梁中主橋上部多采用95.6m規(guī)格或其他規(guī)格的單跨鋼管混凝土系桿拱，拱肋部分采用橫向六道風(fēng)撐設(shè)計，通過不同尺寸鋼管進(jìn)行焊接而成，而在鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)中則多用鋼桁梁。

焊接環(huán)節(jié)施工質(zhì)量會直接影響鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量，因此，需要施工單位在實際作業(yè)過程中嚴(yán)格把控施工要點以實現(xiàn)提升焊接質(zhì)量的目的。焊接施工要點環(huán)節(jié)主要包括以下幾點：第一，焊接工藝的選擇。施工管理人員應(yīng)在充分考量施工區(qū)域?qū)嶋H情況以及施工需求兩項因素的前提下選擇相應(yīng)焊接工藝，最大限度地降低客觀因素導(dǎo)致焊接質(zhì)量不合格的幾率；第二，加強(qiáng)施工質(zhì)量檢測力度。在施工完成后，施工管理人員必須對施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，確保其滿足實際需求。當(dāng)前比較常用的焊接質(zhì)量檢測方法主要保羅外觀檢驗與設(shè)備檢驗兩種。其中設(shè)備檢驗主要利用超聲波設(shè)備進(jìn)行檢測或是利用磁粉對施工區(qū)域進(jìn)行檢測[2]。施工管理人員在實際進(jìn)行質(zhì)量檢測過程中應(yīng)充分遵循三級質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)中的指標(biāo)規(guī)定，滿足相應(yīng)指標(biāo)后方可視為質(zhì)量合格，否則需要施工單位進(jìn)行返工。

2 影響焊接質(zhì)量的因素

2.1 施工人員因素

施工人員是整個焊接流程的直接執(zhí)行者，其專業(yè)素質(zhì)能力直接決定了焊接施工質(zhì)量。這就要求焊接人員具備豐富的經(jīng)驗以及深厚的專業(yè)素質(zhì)能力，可以根據(jù)不同部件與材料的焊接要求選擇相應(yīng)的工藝，同時熟練地掌握各種焊接設(shè)備的使用方法，避免外界客觀因素對施工質(zhì)量造成影響[3]。除此以外，焊接施工還需要施工人員具備一定識圖能力，嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行焊接，切實落實各項施工要求，提升焊接質(zhì)量。

2.2 材料因素

母材與焊絲匹配，是焊接施工的必要基礎(chǔ)條件之一，其質(zhì)量與性能也會對焊接質(zhì)量造成極大地影響，只有確保材料性能參數(shù)滿足各項施工要求的條件下才能確保整個焊接環(huán)節(jié)質(zhì)量達(dá)到預(yù)期水平。因此，施工單位在實際開展作業(yè)工作之前，應(yīng)首先對建材彈性模量等指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)計算，該指標(biāo)會直接影響鋼結(jié)構(gòu)變形能力，如果該指標(biāo)超出焊接施工規(guī)定范圍外，整個焊接施工流程均無法達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。此外，施工單位在實際工作過程中還應(yīng)注意對施工建材進(jìn)行抽樣檢查，一旦發(fā)現(xiàn)某一指標(biāo)不符合焊接施工要求，就必須針對該成分進(jìn)行重點檢查，切實保證建材性能滿足施工要求[4]。

2.3 環(huán)境因素

外界環(huán)境干擾會對焊接施工造成直接影響，一方面會影響焊接設(shè)備的運行情況；另一方面也會對焊接過程造成干擾，進(jìn)而導(dǎo)致焊接質(zhì)量不合格。因此，施工單位在實際開展相關(guān)工作之前應(yīng)首先加強(qiáng)對外界環(huán)境的分析力度，根據(jù)實際情況制定相應(yīng)措施，比如當(dāng)施工區(qū)域內(nèi)風(fēng)速達(dá)到5.4km/h以上時，需要采取相應(yīng)避風(fēng)措施，在面對雨雪天氣時，不應(yīng)開展焊接施工活動。

2.4 技術(shù)因素

當(dāng)前階段，我國鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接施工中應(yīng)用比較廣泛地焊接方法包括二氧化碳保護(hù)焊方式、埋弧焊方式、焊條電弧焊方式等多種焊接工藝，在實際施工過程中，施工單位會根據(jù)實際需求選擇相應(yīng)焊接工藝[5]。比如在晴朗無風(fēng)的天氣情況下，室內(nèi)焊接施工普遍選擇抗封能力較差的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊方式?？茖W(xué)地選擇焊接工藝是影響焊接施工質(zhì)量的重要因素。

3 鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接質(zhì)量控制措施

3.1 加強(qiáng)對焊接人員資格的檢查力度

鋼結(jié)構(gòu)焊接施工過程中涉及的工作人員主要包括技術(shù)人員、質(zhì)量檢測人員等。其中焊接人員人員是鋼結(jié)構(gòu)橋梁縫隙焊接的直接執(zhí)行者，其專業(yè)素質(zhì)能力與工作態(tài)度直接決定焊接作業(yè)質(zhì)量，因此，施工單位在實際工作過程中必須加強(qiáng)對焊接人員工作資格的審查力度，為此，施工單位可以采取以下措施：第一，加強(qiáng)對焊接人員設(shè)備使用熟練度以及設(shè)備維護(hù)工作流程的考核力度；第二，考察焊接人員面對不同材料時能否選擇相應(yīng)的焊接工藝；第三，考察焊接人員施工是否掌握導(dǎo)致質(zhì)量缺陷的原因及其處理措施的知識；第四，考察焊接人員是否具備識圖能力，能否根據(jù)圖紙要求采用相應(yīng)焊接工藝進(jìn)行作業(yè)，并確保焊接質(zhì)量滿足圖紙要求。

除此以外，施工單位在實際工作過程中還應(yīng)詳細(xì)記錄焊接人員姓名、工作經(jīng)驗、已有證書等信息。在安排人員上崗之前必須對其必要的理論、技術(shù)等進(jìn)行考核并經(jīng)過培訓(xùn)后方可上崗，切實保證施工人員實際水平滿足施工需求。

3.2 嚴(yán)格把控施工關(guān)鍵部分

鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工過程中，首先工作人員需嚴(yán)格按照施工要求設(shè)定焊接方案，明確焊接要求，比如：及時清理焊接區(qū)域內(nèi)的雜物等，確保區(qū)域內(nèi)物水、油漬等影響焊接施工因素后方可進(jìn)行；針對封閉部位進(jìn)行焊接時需做好通風(fēng)和排煙處理，避免發(fā)生事故；先對不爭整齊的焊接區(qū)域打磨后方可施工；如若板厚高于25mm且溫度低于5℃，那么首先需進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到要求后方可實施焊接；焊接完成后做好焊縫處理，及時清理焊接飛濺物，如若焊接咬邊厚度高于1mm則需采用手工電弧焊的方式處理，針對焊腳尺寸及余高超出焊接限值問題需做好修磨工作；做好、預(yù)拱度測算等數(shù)據(jù)要求。另外，根據(jù)施工需要選擇最佳焊接方式。其次，在實際焊接施工中要嚴(yán)格執(zhí)行焊機(jī)方案中提及的焊接順序，一旦發(fā)現(xiàn)未按照施工方案施工現(xiàn)象需進(jìn)行適當(dāng)懲罰，確保焊接施工達(dá)標(biāo)。

3.3 加強(qiáng)對焊接殘余應(yīng)力的檢測力度

焊接殘余應(yīng)力屬于內(nèi)應(yīng)力的一種，導(dǎo)致殘余應(yīng)力出現(xiàn)的主要原因為焊接不均衡，該應(yīng)力會導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展速率大幅提升，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)抗疲勞性能，對整個鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量造成嚴(yán)重負(fù)面影響。因此，當(dāng)前階段，世界各國對鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力檢測方法的研究較為深入，當(dāng)前檢測方法主要分為機(jī)械檢測法與物力檢測法。當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的檢測方法為盲孔法。該方法在實際應(yīng)用過程中需要對構(gòu)件進(jìn)行鉆孔，根據(jù)實際需求，鉆孔環(huán)節(jié)不需要完全穿透，只需在測量位置周圍鉆探盲孔，這種方式會打破構(gòu)件內(nèi)平衡的應(yīng)力狀態(tài)，通過測量應(yīng)力狀態(tài)變化即可有效測量構(gòu)件內(nèi)殘余應(yīng)力值。具體原理如圖1所示。

圖1 盲孔鉆探法原理

通過利用公式(1)(2)(3)可以直接計算出焊接殘余應(yīng)力值。

3.4 做好焊接殘余應(yīng)力處理

針對體積較小的焊件可以采用整體退火法處理焊接殘余應(yīng)力。把焊件整體放入爐內(nèi)，緩慢加熱到一定溫度（一般550→679℃），然后保溫一定時間，空冷或隨爐冷卻，注意加熱和冷卻速度須小于150℃C/h，適用于體積不太大的焊件。

針對體積較大的焊件可以采用局部退火法處理焊接殘余應(yīng)力。對焊件進(jìn)行局部加熱來消除局部的殘余應(yīng)力，這種方法不如整體退火效果好，只能消除應(yīng)力的峰值，可用感應(yīng)加熱，紅外加熱，甚至火焰加熱，適用于體積大，特別長的焊件。

針對剛度較大的焊件可以采用中間退火法處理焊接殘余應(yīng)力。在焊接過程中間進(jìn)井行一次或多次消除應(yīng)力的退火處理，適用于厚度，剛度較大的焊件。

4 總結(jié)

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)橋梁是當(dāng)前橋梁工程建設(shè)的主流結(jié)構(gòu)，焊接環(huán)節(jié)作為直接影響鋼結(jié)構(gòu)橋梁質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施工單位應(yīng)不斷加強(qiáng)對相關(guān)問題的重視程度。為此，施工單位在實際工作過程中應(yīng)注意從施工人員專業(yè)素質(zhì)、關(guān)鍵環(huán)節(jié)把控力度、施工實際要求等方面入手，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接施工質(zhì)量，最大限度地保證施工質(zhì)量滿足工程應(yīng)用需求，為推動鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工水平提升提供有力保障。