大跨度鋼結(jié)構(gòu)焊接的質(zhì)量控制

余斌

（諸暨技師學(xué)院，浙江 諸暨 311800）

南非開(kāi)普敦橋掛式機(jī)械車庫(kù)項(xiàng)目位于兩座大廈之間。主梁結(jié)構(gòu)連續(xù)鋼桁梁跨度為66+70+66=202m，分為A、B、C三聯(lián)部分，寬度為15m，鋼結(jié)構(gòu)橋梁一樣共202m的連續(xù)鋼桁架。橋梁采用兩片主桁架結(jié)構(gòu)，承載385+385兩排機(jī)械車位，共5層，地面與鋼桁梁總高18m。同時(shí)鋼桁梁頂面這一層，還要成為兩幢大廈之間的人行通道與消防通道。底部鋼結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)件一樣，主要結(jié)構(gòu)采用Q345q鋼材制造。

1 標(biāo)準(zhǔn)的選擇

通過(guò)對(duì)各主要焊接接頭形式的分析，考慮到跨度太大，沒(méi)有參照建筑鋼結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，所以參照《鐵路鋼橋制造規(guī)范》和設(shè)計(jì)文件的相關(guān)要求，制定了符合南非地域環(huán)境的焊接工藝生產(chǎn)方案并進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果都符合技術(shù)要求，并得到了國(guó)家特檢院與業(yè)主方的專家的認(rèn)可。

表1

2 根據(jù)前期的工藝要求，制定如下焊接結(jié)構(gòu)工藝

2.1 焊接順序和焊接參數(shù)

（1）鋼梁上下翼板、腹板的對(duì)接焊縫，采用截面3+2不對(duì)稱焊接，用埋弧焊焊接，先焊坡口大的一面再焊接反面，兩面施焊方向相同，防止焊后變形。具體如表1所示。

表2

采用雙面焊接，即便是有氣孔或點(diǎn)狀未焊透，也是在中間部位，不至于短期失效，當(dāng)單面焊成形使的小細(xì)缺陷存在表面時(shí)，來(lái)自鋼結(jié)構(gòu)自身大跨度的重量會(huì)引起附加彎矩的作用，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)斷裂是致命的問(wèn)題，在缺陷率相同的情況下，比埋在焊縫內(nèi)部深處的危害大得多。所以，必須采用不對(duì)稱X坡口。

（2）縱向加筋角焊縫：半坡口，采用CO2機(jī)械半自動(dòng)焊進(jìn)行焊接，兩面焊接方向保持一致，防止角變形。這樣的好處是可以熔透些，避免有裂紋擴(kuò)展，提升焊縫的疲勞能力。

（3）翼板與腹板間焊縫：對(duì)于截面長(zhǎng)方形箱型結(jié)構(gòu)外角焊縫，采用半坡口埋弧焊平位置焊接，左右上下4條焊縫的焊接方向一致，左右同時(shí)焊接，速度保持一致，這樣抗扭效果極好；主要是收縮應(yīng)力同步。H型鋼類似的結(jié)構(gòu)焊縫，采用2個(gè)H型鋼疊合反變形點(diǎn)固，這樣剛性固定起到反變形作用，采用機(jī)械半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊焊接，用CO2氣體保護(hù)焊角變形最小。

（4）斜結(jié)構(gòu)矩形管結(jié)構(gòu)與上下橫梁之間采用熔透角焊縫，垂直矩形管結(jié)構(gòu)與上下橫梁之間采用熔透角焊縫。采用CO2氣體保護(hù)焊接，避免焊后角變形。為了避免焊縫過(guò)分密集集中，矩形管的角焊縫已經(jīng)有兩向與三向的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。在外加強(qiáng)板，把垂直矩形管、斜矩形管、橫梁3個(gè)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)在一起。加強(qiáng)板邊緣側(cè)與矩形管的角焊縫保持150～200mm。

2.2 焊前預(yù)熱及層間溫度的控制

將溫度控制在如下范圍內(nèi)（見(jiàn)表2）。

采用多層多道焊的方式保證焊縫的韌性，及時(shí)把前一道焊縫迅速退火，在層間溫度過(guò)低時(shí)，采用分段回焊法，保證層間溫度在范圍內(nèi)。

2.3 焊后吸磁機(jī)械錘錘擊

厚板的焊縫應(yīng)力有縱向、橫向、板厚方向，在熔池冷卻的過(guò)程開(kāi)始時(shí)厚度的伸縮應(yīng)力最大，其次在冷卻下來(lái)是橫向應(yīng)力，最后是縱向應(yīng)力，所以必須選擇特殊的方式錘擊，在熱脹冷縮的拘束過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力通過(guò)錘擊得以釋放，但完全徹底消除應(yīng)力，只靠錘擊還不夠，對(duì)于本工程Q345來(lái)說(shuō)是合理的。

（1）錘擊部位：根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，在垂直矩形管、斜矩形管、橫梁之間的角焊縫與平焊縫的兩側(cè)90mm范圍，進(jìn)行機(jī)械錘擊處理。H型鋼類似的結(jié)構(gòu)，錘擊上下翼板外側(cè)中間做直線運(yùn)動(dòng)。

（2）錘擊方法：錘頭沿著焊縫縱向鋸齒形錘擊，速度約0.2～0.3m，勻速進(jìn)行，每段往復(fù)處理2～3遍。錘擊后錘坑的深度0.05～0.09mm，兩側(cè)鋸齒形邊緣總寬約60mm。對(duì)于箱體梁與焊接方向一致錘擊。

2.4 焊后

所有焊縫除加強(qiáng)板要蓋住的焊縫打磨平整，其余的都不得打磨，不得有敲渣錘錘擊的凹坑，不得大于0.05mm。

2.5 檢測(cè)

考慮到母材特點(diǎn)，在焊接完畢36h后。才能確保無(wú)損檢測(cè)以后不再有冷裂紋，超聲波100%檢測(cè)，若有缺陷等情況，一次性返修合格，返修后，再等36h后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

2.6 涂裝

是鋼結(jié)構(gòu)的終極質(zhì)量的保證，以前很多同行焊接工程師都沒(méi)有重視，很多露天鋼結(jié)構(gòu)絕大部分都是涂裝，壽命不夠，大大縮短鋼結(jié)構(gòu)的壽命，要么幾年就要再涂裝，這樣后來(lái)涂裝的質(zhì)量與環(huán)境要求都達(dá)不到規(guī)范。

順序與要求：①原材料進(jìn)廠噴丸處理——底漆；②廠內(nèi)加工完畢噴丸處理加工部分——底漆；③再中層漆涂裝，包裝待發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)；④現(xiàn)場(chǎng)安裝所有檢測(cè)合格后，焊接部分噴丸處理——底漆；⑤再中層漆涂裝，檢查非焊接部位的涂裝損傷部位的中層加漆；⑥最后全部面漆涂裝。該項(xiàng)目涂裝是3層，總厚度60～70μm；露天防腐施工作業(yè)因選擇適當(dāng)?shù)奶鞖?，大風(fēng)、遇雨、嚴(yán)寒等均不應(yīng)作業(yè)。施工條件：氣溫10～35℃，相對(duì)濕度≤60%，在有雨、霧和較大灰塵條件下不暫停施工。

3 結(jié)語(yǔ)

南非項(xiàng)目的底部大梁鋼結(jié)構(gòu)，按以上焊接結(jié)構(gòu)工藝及相關(guān)措施施工后，焊縫外觀和內(nèi)部質(zhì)量均能滿足工程質(zhì)量要求。工程結(jié)束后，客戶方專家驗(yàn)收全部合格。1年后由南非一家研究所為第三方進(jìn)行綜合檢測(cè)均合格。開(kāi)始公司高層要求由新加坡一家公司外協(xié)，我經(jīng)過(guò)20天的修改與論證。最后決定由本公司自己制做，僅這一項(xiàng)就為公司創(chuàng)造近600萬(wàn)人民幣的效益。

[1] 鋼結(jié)構(gòu)涂裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).

[2] 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程.