鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接施工技術(shù)

樊 清 祿

(山西省大同市市政建設(shè)發(fā)展公司，山西 大同 037000)

1 工程概況

大同市北環(huán)橋工程位于大同古城北區(qū)主干道沿線上。北環(huán)橋?yàn)槌鞘芯坝^橋，采用兩跨連續(xù)空間異形拱梁組合體系，其中拱結(jié)構(gòu)采用非常規(guī)結(jié)構(gòu)的三角異形拱形式，橋梁結(jié)構(gòu)新穎、獨(dú)特，為國內(nèi)首創(chuàng)。

主橋采用四跨連續(xù)拱梁協(xié)作體系，主橋跨徑布置28 m+70 m+130 m+28 m。其中主跨采用兩跨連續(xù)三角拱，副拱位于70 m邊跨，主拱位于130 m主跨，邊跨單側(cè)鋼箱梁采用6根平行鋼絲吊桿，集中錨固于副拱拱頂。主跨單側(cè)鋼箱梁采用10根平行鋼絲吊桿，集中錨固于主拱拱頂。本工程主體結(jié)構(gòu)采用Q345qE及Q345E鋼材，輔助設(shè)施鋼材采用Q235C鋼材，最大板厚為100 mm。工程總用鋼量約8 300 t，其中主梁5 800 t，拱肋2 500 t。

2 焊接方法的選擇

在進(jìn)行焊接方法的選擇工作時(shí)，首先考慮等強(qiáng)原則，另一方面考慮高空焊接時(shí)風(fēng)速大、工作量大，要求焊接時(shí)有抗風(fēng)性能同時(shí)也需要保證焊接方法的高效性。通常情況下，在進(jìn)行主要焊縫的焊接工作時(shí)，可以選擇的焊接方法包括焊條電弧焊、CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊以及埋弧焊等焊接方式；同時(shí)為提高焊接效率，保證焊縫外觀成形，制作橋面板對(duì)接焊縫采用手工焊填充、埋弧焊焊接及蓋面。一般的焊接工藝有仰焊、立焊、平焊。

2.1 焊接設(shè)備

1)采用的焊接設(shè)備;

a.ZXE1-400/500手工直流反接焊；

b.KRⅡ-500二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊；

c.ZD5-1250埋弧焊。

2)現(xiàn)場用電設(shè)備及用電計(jì)算見表1。

表1 用電計(jì)算表

用電計(jì)算：

Pjs=1.05(K1∑P1/cosφ+K2∑P2+K3∑P3+K4∑P4)=

1.05(0.5×33/0.75+0.6×1 020+0+1.0×16)=683 kVA。

其中，1.05為現(xiàn)場功率損失系數(shù)；Pjs為總的計(jì)算容量；Kx為需要系數(shù)，根據(jù)總裝容量計(jì)算值選取(x=1取0.5，x=2取0.6，x=3取0.8，x=4取1.0);Px為電動(dòng)機(jī)額定功率(x=1為電動(dòng)機(jī)，x=2為電焊機(jī)，x=3為室內(nèi)照明，x=4為室外照明);cosφ為功率因數(shù)，取0.75。

2.2 焊接材料

根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取相應(yīng)的焊接接頭進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，評(píng)定項(xiàng)目應(yīng)覆蓋不同材料、不同焊接方法、不同焊接位置、不同鋼板材質(zhì)、不同焊接接頭形式以及不同焊接板厚等。焊接材料采用與Q345qE強(qiáng)度、化學(xué)成分、力學(xué)性能相適應(yīng)，并且還需要準(zhǔn)備與母材相匹配的其他相關(guān)材料，包括焊絲、焊劑以及手工焊條等，同時(shí)還需要保證這些材料的性能可以達(dá)到相應(yīng)的國標(biāo)要求。

在進(jìn)行焊接工作前，需要對(duì)這些焊接材料進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，確保獲得進(jìn)廠復(fù)驗(yàn)合格單方可使用。需要注意的是，企業(yè)需要做好這些入場材料的烘干處理，之后必須要做好入場登記，并且交由現(xiàn)場專用倉庫進(jìn)行規(guī)范的儲(chǔ)存，在施工開展的過程中需要領(lǐng)用材料時(shí)，也同樣必須要做好登記領(lǐng)用工作，并對(duì)所領(lǐng)用的焊條、焊劑進(jìn)行檢查，確保其已經(jīng)按照規(guī)定烘干，并根據(jù)行業(yè)規(guī)范和施工要求放置在專用的保溫筒內(nèi)。在使用前對(duì)焊接材料檢查是非常有必要的，只有確保焊接材料都按照施工要求進(jìn)行妥善的處理，才能保證后續(xù)的焊接工作可以順利的開展。焊條藥皮脫落、焊絲生銹以及焊劑受潮結(jié)塊等情況都是會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生重要影響的，施工工作人員必須要進(jìn)行謹(jǐn)慎的對(duì)待。

2.3 預(yù)熱溫度

預(yù)熱溫度的確定與鋼材材質(zhì)、板厚、接頭形式、環(huán)境溫度、焊接材料的含氫量以及拘束度都有關(guān)系。當(dāng)由于下雨等因素造成構(gòu)件表面潮濕，需采用氧—乙炔火焰加熱方法加熱除濕，母材焊前的最小預(yù)熱溫度見表2。

表2 母材預(yù)熱溫度

1)主材焊接接頭的預(yù)熱溫度應(yīng)不小于表2規(guī)定的溫度，其溫度不得大于230 ℃。

2)當(dāng)焊縫長度小于1.2 m，被焊部位板厚大于20 mm時(shí)可采用火焰加熱器進(jìn)行加溫。用火焰加熱器進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，應(yīng)預(yù)熱充分，正面測溫應(yīng)在加熱停止后進(jìn)行，預(yù)熱溫度應(yīng)高于上述溫度10 ℃～15 ℃。

3)預(yù)熱溫度應(yīng)采用測溫槍進(jìn)行測溫。測溫距離應(yīng)不小于焊接點(diǎn)各方向75 mm。

4)當(dāng)環(huán)境溫度(或母材表面溫度)低于5 ℃，板厚小于20 mm的母材焊前應(yīng)預(yù)熱至大于20 ℃。

2.4 焊接環(huán)境

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際操作要求，在焊接區(qū)域設(shè)置焊接防護(hù)棚，特殊情況下設(shè)置三防布包裹。防護(hù)棚要求能夠防風(fēng)防雨且能夠覆蓋整個(gè)施工區(qū)域，如果焊縫較長或焊接區(qū)域較大可設(shè)置移動(dòng)式防護(hù)棚。

1)焊接環(huán)境溫度低于0 ℃但不低于-10 ℃時(shí)應(yīng)采用加熱措施進(jìn)行施焊。

2)焊接面處于潮濕狀態(tài)，或暴露在雨、雪條件下，應(yīng)進(jìn)行烘干預(yù)熱施焊。

3)采取二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作業(yè)風(fēng)力大于2 m/s時(shí)。

4)焊縫區(qū)域的清潔、干燥，保證30 mm的范圍內(nèi)不可存在腐蝕性液體、固體污染物以及其他雜物。

3 裝焊工藝要求

在鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接項(xiàng)目施工時(shí)，選擇何種焊接方法和焊接規(guī)范，是由焊接工藝評(píng)定來確定的。通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接施工會(huì)優(yōu)先選擇的焊接方法包括CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊、埋弧焊以及半自動(dòng)焊，在焊接工作進(jìn)行的過程中也是優(yōu)先選用單面焊雙面成型工藝。焊接使用中需要選擇坡口型式，充分的發(fā)揮其焊縫金屬少、變形量小的優(yōu)勢。嚴(yán)格的按照施工設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行規(guī)范施工，注意焊接順序和方向，采用有效的手段降低焊接變形情況出現(xiàn)的概率。如果施工中出現(xiàn)與焊接要求相悖的變化，需要暫停當(dāng)前施工，并進(jìn)行進(jìn)一步的工藝評(píng)定工作，切不可盲目施工。

采用自動(dòng)焊焊接工藝處理的接縫，必須要在接縫的兩端妥善的安裝上尺寸大于80 mm×80 mm的同質(zhì)引弧板以及引出板，并確保其厚度能夠滿足焊接時(shí)的需求，不至于在焊接工作時(shí)被焊穿。需要注意的是，在使用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)橋梁的焊接工作時(shí)，需要保證在當(dāng)天完成，施工的過程中還需要做好裝配間隙的控制工作，原則上不可超過1 mm～1.5 mm。

3.1 定位焊

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)行定位焊施工時(shí)，需要嚴(yán)格的遵循與焊縫同等的質(zhì)量要求。表現(xiàn)在具體的工作中，需要確保開展定位焊施工前，由專人對(duì)施工圖相關(guān)文件進(jìn)行分析，確保焊件的各項(xiàng)數(shù)值符合施工要求，如果存在與設(shè)計(jì)圖不符的內(nèi)容，就不能進(jìn)行后續(xù)的定位焊施工。

1)開展定位焊前，需要對(duì)焊縫進(jìn)行檢查，看其是否存在裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，確認(rèn)無誤后施焊。

2)定位焊焊縫嚴(yán)禁在焊接區(qū)以外的母材上引弧和熄弧。

3)定位焊長度應(yīng)大于40 mm,定位焊間距應(yīng)控制在300 mm～600 mm。

4)定位焊的厚度不應(yīng)大于焊縫設(shè)計(jì)尺寸的1/2，一般為4 mm～6 mm。

3.2 焊縫清理及處理

通常情況下，焊縫的清理范圍包括端面以及接縫兩側(cè)的寬度25 mm的表面。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁選擇單面連續(xù)焊時(shí)，就可以僅對(duì)焊接的那一面進(jìn)行清理。封底焊一面的焊縫清理工作可以在封底焊開展前進(jìn)行，但是接縫端面的清理工作一定要保證在主接縫焊接工作前進(jìn)行。

1)采用砂輪以及鋼絲刷等工具，對(duì)主要構(gòu)件的接縫處進(jìn)行清理，要求清理的范圍內(nèi)不能出現(xiàn)液體及固體雜物，并保證清理結(jié)束后可以呈現(xiàn)出金屬光澤。

2)受氣候因素以及其他因素的影響，焊縫可能會(huì)出現(xiàn)積水或是生銹的情況，工作人員也必須要進(jìn)行及時(shí)的清理。

3)角焊縫的起落弧處應(yīng)回焊10 mm以上，應(yīng)連續(xù)施焊直至完成；不能一次性完成的焊縫應(yīng)注意焊后的預(yù)熱，應(yīng)重新焊接。

3.3 焊縫質(zhì)量要求

3.3.1焊縫外觀質(zhì)量

1)氣孔：橫向?qū)雍缚p、縱向?qū)雍缚p、主要角焊縫、棱角焊縫每米不多于3個(gè),間距不小于20，焊縫端部10 mm內(nèi)不允許有氣孔。

2)咬邊：受壓構(gòu)件橫向?qū)雍缚p、熔透角焊縫，腹板側(cè)受壓區(qū)域豎加勁角焊縫，Δ≤0.3 mm；縱向?qū)雍缚p、棱角焊縫等主要角焊縫Δ≤0.5 mm，見圖1。

4)焊波：角焊縫h≤2(任意25 mm范圍內(nèi))，見圖3。

5)余高：對(duì)接焊縫b≤12時(shí)h≤2.0；1225時(shí)h≤3.0，見圖4。

6)余高去除后的表面：橫向?qū)雍缚p(修磨紋垂直于焊道方向)Δ2≤|-0.3|mm，Δ1≤+0.5 mm，Δ表面粗糙度Ra50μm，如圖5所示。

3.3.2焊縫無損檢測要求

焊縫超聲波探傷范圍和檢查等級(jí)按TB 10212—2009鐵路鋼橋制造規(guī)范的“焊縫超聲波探傷范圍和檢驗(yàn)等級(jí)”的規(guī)定執(zhí)行。應(yīng)根據(jù)構(gòu)件結(jié)構(gòu)焊縫形式、工作環(huán)境以及應(yīng)力狀態(tài)等情況選用不同的質(zhì)量等級(jí)。一級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行100%的檢驗(yàn)，二級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行抽檢，抽檢比例應(yīng)不小于20%，全焊透的三級(jí)焊縫可不進(jìn)行無損檢測。

鋼箱梁及拱肋熔透焊縫為一級(jí)，拱腳及拱梁結(jié)合端焊縫為二級(jí)。

1)進(jìn)行局部超聲波探傷，焊縫如發(fā)現(xiàn)裂紋或較多缺陷時(shí)，應(yīng)進(jìn)行射線探傷，當(dāng)缺陷超標(biāo)時(shí)應(yīng)加倍檢測。

2)當(dāng)對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波探傷不能正確判斷時(shí)應(yīng)果斷的繼續(xù)采用射線探傷來進(jìn)行焊縫的無損檢測，待到這兩種方法都使用后，確定滿足焊接施工的質(zhì)量要求方才能認(rèn)定為合格。

3)距離—波幅曲線靈敏度及缺陷等級(jí)的評(píng)定分別按TB 10212—2009鐵路鋼橋制造規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。如出現(xiàn)裂紋、未熔合、未焊透(對(duì)接焊縫)等危害性缺陷等時(shí)，為不合格。

4)返修焊縫應(yīng)按原焊縫質(zhì)量要求檢驗(yàn)。

3.4 焊接缺陷修復(fù)

當(dāng)采用埋弧自動(dòng)焊以及半自動(dòng)焊對(duì)焊縫進(jìn)行返修工作時(shí)，需要首先將清除部位的焊縫進(jìn)行處理，之后才能進(jìn)行接下來的焊接操作。需要注意的是，在對(duì)板厚不小于25 mm的Q345qE鋼板焊縫進(jìn)行返修處理時(shí)，還需要進(jìn)行事先的預(yù)熱處理。返修操作完成后應(yīng)該對(duì)焊縫進(jìn)行打磨處理，并進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，確保返修的焊縫能夠達(dá)到焊接質(zhì)量要求。通常情況下，返修焊的次數(shù)不應(yīng)該低于二次。

1)缺陷修補(bǔ)方法基本采用原焊接方法，對(duì)于焊接內(nèi)部缺陷修補(bǔ)主要確定預(yù)熱溫度，施焊參數(shù)等。

2)焊縫出現(xiàn)夾渣、氣孔、未焊透等缺陷，用碳弧氣刨清除缺陷，用手工焊返修，預(yù)熱溫度50 ℃～100 ℃，焊后磨順。

3)因焊接而產(chǎn)生變形的構(gòu)件，應(yīng)采用機(jī)械方法(千斤頂)進(jìn)行矯正。

4)清除缺陷的刨槽斜面角應(yīng)大于10°的坡口，并修整表面、磨除氣刨滲碳層。

5)補(bǔ)焊時(shí)接頭應(yīng)錯(cuò)開，長度應(yīng)不小于100 mm，當(dāng)焊縫長度超過500 mm時(shí)，應(yīng)采用分段施焊。

6)焊縫修復(fù)時(shí)的預(yù)熱溫度應(yīng)比相同條件下焊接的預(yù)熱溫度稍高。

7)橫向?qū)雍缚p必須去除余高，并順應(yīng)力方向磨平。

4 結(jié)語

增強(qiáng)管理人員的焊接質(zhì)量管控意識(shí)，加強(qiáng)員工培訓(xùn)機(jī)制，提高人員素質(zhì)、專業(yè)水平及知識(shí)掌握，不斷吸取新型技術(shù)人才，隨時(shí)的掌握施工人員的實(shí)際能力水平，對(duì)各個(gè)施工材料及環(huán)節(jié)進(jìn)行驗(yàn)收，從而提高鋼結(jié)構(gòu)焊接施工技術(shù)水平。