山嶺重丘區(qū)橋梁方墩酸洗板施工技術(shù)研究

陸俊錕

摘要：文章以廣西山嶺重丘區(qū)的賀州至巴馬高速公路（都安至巴馬段）坡規(guī)1號(hào)高架大橋橋梁方墩為例，對(duì)酸洗板施工技術(shù)進(jìn)行研究，選取化學(xué)成分與橋梁方墩母材相一致的酸洗板，沖壓變形保證表面鐵皮附著良好，作為橋梁方墩的支撐材料進(jìn)行安裝焊接，掌握焊縫厚度的變化情況，為提高附著力和耐腐蝕性，對(duì)焊接后的酸洗板進(jìn)行表面磷化涂裝的處理。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知，酸洗板技術(shù)相比傳統(tǒng)施工技術(shù)，吸收的沖壓能量提高了12 J。

關(guān)鍵詞：橋梁方墩;酸洗板;沖壓變形;焊接

0 引言

酸洗板能夠去除鋼材表面的氧化鐵皮，在降低施工成本的同時(shí)提高了鋼材的表面質(zhì)量，平整可使板形發(fā)生一定變化確保其產(chǎn)品尺寸精度，從而減少不平度的偏差。酸洗板的有效應(yīng)用還便于施工建設(shè)的焊接、涂油和上漆，表面質(zhì)量和力學(xué)性能特征優(yōu)越。酸洗板的表面氧化鐵皮與鋼鐵基體間具有較強(qiáng)的結(jié)合力，在施工過程中能夠承受一定變形而不發(fā)生脫落。除此之外，酸洗板在常溫下具有較高的抗拉強(qiáng)度，因此施工時(shí)不需要經(jīng)過酸洗，從而降低廢酸排放，在一定程度上起到了保護(hù)環(huán)境的作用，所以，當(dāng)前在汽車、家電和五金等行業(yè)應(yīng)用廣泛。而在橋梁方墩施工建設(shè)中，酸洗板的應(yīng)用尚未得到推廣[1]。山嶺重丘區(qū)橋梁方墩施工屬于高危險(xiǎn)性作業(yè)，而傳統(tǒng)施工技術(shù)不能夠保證其施工質(zhì)量。為降低橋梁方墩施工成本并提高施工質(zhì)量，對(duì)山嶺重丘區(qū)橋梁方墩酸洗板施工技術(shù)進(jìn)行研究，使其能夠滿足山嶺重丘區(qū)橋梁方墩的施工要求，并發(fā)揮出酸洗板的力學(xué)強(qiáng)度性能。

1 設(shè)計(jì)山嶺重丘區(qū)橋梁方墩酸洗板施工技術(shù)

1.1 施工準(zhǔn)備

為滿足山嶺重丘區(qū)橋梁方墩的施工要求，選取熱軋廠生產(chǎn)的500 MPa熱軋酸洗板，型號(hào)為SAPH440，厚度≥6 mm，其化學(xué)成分如表1所示。

SAPH440酸洗板的化學(xué)成分要與橋梁方墩母材化學(xué)成分相一致，從而保證鋼材的強(qiáng)度，并且酸洗板的錳元素能夠提高方墩鋼材的強(qiáng)度和增強(qiáng)韌性[2]。而酸洗板的力學(xué)性能要保證產(chǎn)品在加工過程中容易變形，確保酸洗板在沖壓變形后無沖裂，且厚度也滿足施工技術(shù)要求。具體力學(xué)性能如表2所示。

對(duì)SAPH440酸洗板進(jìn)行沖壓成形，確保酸洗板在橋梁方墩施工過程中，表面氧化鐵皮不會(huì)發(fā)生明顯脫落。酸洗板表面氧化鐵皮與橋梁方墩基體延伸不一致，施工過程中表面氧化鐵皮會(huì)產(chǎn)生不同程度的脫落，因此，酸洗板的表面氧化鐵皮直接決定了施工質(zhì)量。而氧化鐵皮的附著性主要受氧化鐵皮結(jié)構(gòu)、厚度以及氧化鐵皮的受力狀態(tài)等因素影響，所以要確保沖壓成形后的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)主要為Fe3O4或Fe3O4+Fe的共析結(jié)構(gòu)，此時(shí)氧化鐵皮各項(xiàng)性能如表3所示。

當(dāng)酸洗板的表面氧化鐵皮結(jié)構(gòu)為Fe3O4或Fe3O4+Fe時(shí)，酸洗板能夠承受一定的載荷而不易脫落。施工人員也可以進(jìn)行冷彎試驗(yàn)對(duì)酸洗板表面鐵皮進(jìn)行附著力評(píng)價(jià)，使酸洗板彎曲直徑與板厚相一致。彎曲90°觀察表面氧化鐵皮脫落情況，若氧化鐵皮附著力良好則彎曲處沒有明顯的氧化鐵皮脫落情況，彎曲處沒有裂紋、裂口和分層，則酸洗板表面鐵皮附著良好，能夠滿足成形后續(xù)的橋梁方墩酸洗板施工要求[3]。至此完成橋梁方墩酸洗板施工的前期準(zhǔn)備工作。

1.2 安裝焊接

將沖壓成形的酸洗板作為橋梁方墩的支撐材料進(jìn)行安裝焊接。對(duì)橋梁方墩的頂面標(biāo)高、軌道軸線以及對(duì)角線等進(jìn)行測量，根據(jù)山嶺重丘區(qū)的地勢，利用起重機(jī)和液壓吊車固定酸洗板位置，其軌道的實(shí)際中心線對(duì)安裝基準(zhǔn)線的水平偏差≤5 mm，軌道跨度的偏差≤10 mm，軌距≤7 mm，伸縮縫間隙≤1 mm，并用鋼板尺對(duì)其安裝偏差進(jìn)行檢測。除此之外，酸洗板縱向傾斜角度全程<10°，頂面基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高相對(duì)石墩標(biāo)高≤10 mm，同一截面的相對(duì)標(biāo)高≤10 mm，并用水準(zhǔn)儀和塔尺進(jìn)行檢測[4]。施工人員需要在橋梁施工現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場組對(duì)，鋼結(jié)構(gòu)連接件的接合面除去防銹油，酸洗板在安裝過程中要滿足力學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)要求，使材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度水平盡量偏下限，然后對(duì)酸洗板進(jìn)行焊接。

焊接前通入CO2保護(hù)氣體，其酸洗板與橋梁石墩焊縫上的各點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化而變化。施工人員要對(duì)焊縫區(qū)域以及熱影響區(qū)域進(jìn)行相關(guān)檢測，注意酸洗板表面氧化鐵皮的附著情況。酸洗板與橋梁石墩焊縫處的熱影響區(qū)以及母材區(qū)溫度變化較小，在焊接過程中，焊縫處組織為細(xì)小針狀鐵素體，而母材區(qū)以及熱影響區(qū)組織為粗大針狀鐵素體，因此施工人員要注意焊接時(shí)的溫度變化[5]。除此之外，在焊接過程中酸洗板表面的氧化鐵皮會(huì)發(fā)生分解共析反應(yīng)，致使沖壓成形后的酸洗板氧化鐵皮結(jié)構(gòu)發(fā)生逆反應(yīng)，主要表現(xiàn)為在快速升溫階段，酸洗板的Fe3O4+Fe共析結(jié)構(gòu)向FeO轉(zhuǎn)換，改變了酸洗板的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)，并且焊縫處從高溫瞬間降到常溫時(shí)，氧化鐵皮中的FeO 結(jié)構(gòu)會(huì)來不及進(jìn)行共析反應(yīng)而保留下來[6]。要把握焊接過程中的溫度變化，當(dāng)達(dá)到常溫時(shí)，酸洗板焊縫處的表面氧化鐵皮結(jié)構(gòu)全部為FeO，其厚度變化不能大于20 μm，而熱影響區(qū)與焊縫相反，溫度降低較緩慢，導(dǎo)致氧化鐵皮結(jié)構(gòu)中少部分FeO發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Fe3O4+Fe，厚度變化約為9 μm左右[7]。因此施工人員在焊接過程中，在滿足施工技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，要重點(diǎn)把握酸洗板焊縫厚度在降溫過程中的變化情況，至此完成酸洗板的安裝焊接。

1.3 磷化涂裝

對(duì)焊接后的酸洗板進(jìn)行表面磷化處理，對(duì)橋梁石墩酸洗板進(jìn)行磷化電泳，使其經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)及電化學(xué)反應(yīng)在金屬表面形成磷酸鹽覆蓋膜。其磷化處理效果如圖1所示。

酸洗板表面磷化結(jié)晶呈圓形，結(jié)晶大小為10 μm，經(jīng)磷化處理涂裝后，其結(jié)晶均勻平整地覆蓋在酸洗板表面，并通過耐鹽霧腐蝕測試，檢驗(yàn)酸洗板涂裝后能達(dá)到耐腐蝕性能標(biāo)準(zhǔn)，從而完成酸洗板的后期處理，大幅度提高酸洗板的附著力和耐腐蝕性[8]。至此完成了山嶺重丘區(qū)橋梁方墩酸洗板施工技術(shù)的研究。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為驗(yàn)證本文橋梁方墩酸洗板施工技術(shù)的有效性，與免酸洗鋼板施工技術(shù)在賀州至巴馬高速公路（都安至巴馬段）坡規(guī)1號(hào)高架大橋橋梁方墩施工現(xiàn)場，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。酸洗板和免酸洗板作為橋梁方墩的支撐材料，鋼板經(jīng)過三次沖壓成形，熱軋技術(shù)人員在現(xiàn)場對(duì)前期沖壓試樣和沖壓過程進(jìn)行了實(shí)物確認(rèn)及現(xiàn)場跟蹤，經(jīng)過裁剪、初次沖壓、二次沖壓共三道工序制成成品。其跟蹤加工情況如表4所示。

免酸洗板在沖壓工序中存在開裂問題，為此實(shí)驗(yàn)過程中為沖壓模頭配置水冷裝置，以確保安裝焊接過程中沖壓成形的位置功能，分別用兩種技術(shù)完成山嶺重丘區(qū)橋梁方墩的施工流程，并對(duì)酸洗板和免酸洗板的焊縫進(jìn)行力學(xué)性能檢測，施加200 J的沖擊能量，并記錄兩種鋼板吸收沖擊能量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖2所示。

通過圖2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出兩種施工技術(shù)下，鋼板吸收沖擊能量的平均數(shù)值。本文技術(shù)吸收的沖壓能量為105 J，傳統(tǒng)技術(shù)吸收的沖壓能量為93 J，增加了12 J，驗(yàn)證了本文施工技術(shù)的有效性。

3 結(jié)語

本文針對(duì)傳統(tǒng)免酸洗板施工技術(shù)中，山嶺重丘區(qū)橋梁方墩抗擊性能較差的問題，設(shè)計(jì)了一種酸洗板施工技術(shù)，并通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了施工技術(shù)的有效性，加大了橋梁石墩對(duì)沖擊能量的吸收，力學(xué)性能充分滿足了施工技術(shù)需求，并且打破了酸洗板的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，為橋梁建設(shè)的材料選擇提供了新思路。

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