鋼梁橋預(yù)制場(chǎng)焊縫和現(xiàn)場(chǎng)焊縫施工質(zhì)量控制措施

蔣光偉

（廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530002）

交通基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，高速公路建設(shè)領(lǐng)域鋼梁橋成為主要的橋梁結(jié)構(gòu)形式，工程實(shí)踐中含大量焊接作業(yè)，但受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、工程技術(shù)等方面的影響，焊接缺陷較為普遍[1]。對(duì)此，應(yīng)明確焊縫缺陷的基本成因，對(duì)其采取科學(xué)的質(zhì)量控制措施，全面確保鋼梁橋建設(shè)質(zhì)量。

1 工程概況

某鋼梁橋項(xiàng)目中，板利1號(hào)橋匝道為5連跨（跨徑布置：24m+32m+45m+32m+24m）鋼混箱形組合連續(xù)梁橋，上部結(jié)構(gòu)寬12.75m，梁高2.1m，鋼主梁上翼板寬0.8m，梁底寬2.10m；2號(hào)橋匝道為4連跨（跨徑布置：32m+45m+32m+24m）鋼混箱形組合連續(xù)梁橋，上部結(jié)構(gòu)寬18～18.1694m，鋼主梁上翼板寬0.8m，梁底寬1.75m。

兩橋都處于曲線上，各項(xiàng)施工要素中以鋼主梁較為關(guān)鍵，此部分采取分節(jié)段預(yù)制成型的方式，轉(zhuǎn)移至工地現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)焊接手段將各部分形成穩(wěn)定整體。橋面板結(jié)構(gòu)類型一致，均采取現(xiàn)澆鋼筋混凝土形式。

2 焊縫質(zhì)量情況及影響因素分析

橋梁上部結(jié)構(gòu)組成中以主梁較為關(guān)鍵，此部分設(shè)置為等高變寬梁，以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)，在工廠完成預(yù)制，然后轉(zhuǎn)移至施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)焊接的手段連接，將各節(jié)段構(gòu)成穩(wěn)定、完整的結(jié)構(gòu)體。由于該橋含大量焊接作業(yè)，焊縫數(shù)量較多，故應(yīng)從實(shí)際影響因素出發(fā)，以合理的方式控制焊縫質(zhì)量。各類焊縫影響因素具體如圖1所示。

2.1 預(yù)制場(chǎng)焊縫質(zhì)量情況

此環(huán)節(jié)以半自動(dòng)埋弧焊的方式為主，其特點(diǎn)在于作業(yè)精度高，各項(xiàng)檢測(cè)合格率可達(dá)100%。相比之下，部分結(jié)構(gòu)采取手工焊方式，其焊縫質(zhì)量大打折扣，外觀方面合格率為60%，較典型的問(wèn)題有錯(cuò)位、弧坑縮孔等；基于超聲檢測(cè)的方式掌握焊縫內(nèi)部情況，主要以氣孔、夾渣、裂紋居多[2]。針對(duì)此類問(wèn)題加以處治，最終合格率達(dá)100%，完全滿足焊接質(zhì)量要求。

圖1 焊縫質(zhì)量影響因素魚(yú)骨分析圖

2.2 現(xiàn)場(chǎng)焊縫質(zhì)量情況

此環(huán)節(jié)均選擇的是手工焊接的方式，經(jīng)外觀檢測(cè)得知成品的合格率僅為50%，如錯(cuò)位、飛濺等質(zhì)量問(wèn)題尤為常見(jiàn)；基于超聲檢測(cè)的方式明確其合格率，約60%，較典型的問(wèn)題有裂紋、氣孔、未焊透。針對(duì)此類問(wèn)題，經(jīng)返修后再次檢測(cè)，最終合格率達(dá)100%，完全滿足焊接質(zhì)量要求。

2.3 焊縫質(zhì)量的影響因素

綜合施工中的各項(xiàng)因素，得知造成焊縫質(zhì)量欠佳的原因較多，具體如表1所示。

3 焊縫常見(jiàn)缺陷及質(zhì)量控制措施

3.1 行車梁裂紋

（1）成因分析。母材質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境、技術(shù)水平等方面的不合理均容易出現(xiàn)裂紋，具體如下：①缺乏合理的焊接組裝工藝，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)普遍存在隨意焊接的情況，在焊接順序、焊縫位置等多個(gè)方面都具有差異，各自形成的約束力存在差異，不利于焊接接頭質(zhì)量，會(huì)伴隨不同程度的裂紋。②焊接工藝不合理，在缺乏預(yù)熱的情況下直接焊接，或是焊后未采取保溫措施，導(dǎo)致焊縫金屬在較短時(shí)間內(nèi)冷卻，伴隨明顯的淬硬現(xiàn)象，焊后未將應(yīng)力熱的消除工作落實(shí)到位，焊縫內(nèi)存在極為明顯的殘余應(yīng)力，加大了裂紋發(fā)生概率。③結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)缺乏可行性，伴隨明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，并直接作用于焊接缺陷處，導(dǎo)致該處較明顯開(kāi)裂。裂紋所在區(qū)域分布有大量的焊縫，隨之出現(xiàn)部分區(qū)域焊縫密度過(guò)大的情況，導(dǎo)致該處約束應(yīng)力超出合理范圍，隨之產(chǎn)生裂紋。④焊接前未做好清理也是主要的原因，殘留的鐵銹等雜質(zhì)被夾雜在焊縫中，導(dǎo)致氫氣難以逸出而大規(guī)模聚集，此情況下易產(chǎn)生冷裂紋。

表1 場(chǎng)內(nèi)焊縫和現(xiàn)場(chǎng)焊縫影響因素對(duì)比

（2）解決措施。對(duì)于行車梁裂紋缺陷，應(yīng)交給廠家返修處理，首先將存在裂紋的部分處理干凈，然后完成焊接作業(yè)。①確定合適的施焊工藝，各工序有序推進(jìn)，從而緩解焊接殘余應(yīng)力，最大程度上降低約束力。②注重焊接前后的各項(xiàng)細(xì)節(jié)，焊前加熱溫度達(dá)100～150℃；結(jié)束焊接作業(yè)后，可通過(guò)石棉達(dá)到保溫效果，避免焊縫溫度急速下降。在冷卻時(shí)間足夠長(zhǎng)的條件下，焊縫內(nèi)的氫氣可有效逸出，并且此舉還有助于減少焊接殘余應(yīng)力。③結(jié)束坡口加工作業(yè)后，將該處的雜質(zhì)清理干凈，使其裸露出金屬光澤。④根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的組裝流程，依據(jù)正確的流程高效組裝，避免強(qiáng)力組裝現(xiàn)象，否則在外加應(yīng)力的作用下也將破壞焊縫質(zhì)量。

3.2 焊縫表面氣孔

（1）成因分析。焊件在施工前未得到全面的清理，殘留的雜質(zhì)在高溫環(huán)境下生成氣體并直接匯聚至熔池內(nèi)；氬弧焊過(guò)程中缺乏對(duì)氣體流量的合理調(diào)整，難以發(fā)揮出保護(hù)效果；焊絲不夠潔凈，焊接時(shí)因高溫的作用產(chǎn)生氣體并大量轉(zhuǎn)移到熔池內(nèi)；焊接現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境欠佳，如防風(fēng)措施不到位、熔池溫度未達(dá)到要求等。

（2）解決措施。嚴(yán)格控制好焊絲伸出部分的長(zhǎng)度，以10mm較為合適；結(jié)合母材厚度、焊絲直徑等方面的情況，合理調(diào)整焊接電流及電壓；加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境保護(hù)，消除風(fēng)對(duì)于焊接的不良影響；合理保管材料，如焊絲等都要維持潔凈的狀態(tài)、焊接速度適中等。

3.3 焊縫表面夾渣

（1）成因分析。此問(wèn)題主要發(fā)生在多層多道焊接環(huán)節(jié)，如層間藥皮未得到全面的清理，焊接速度明顯超出合理范圍、未采取科學(xué)的焊接工藝等。

（2）解決措施。以板厚為基本依據(jù)，確定與之相適應(yīng)的焊接規(guī)范參數(shù)，合理調(diào)整坡口尺寸，以免出現(xiàn)焊縫錯(cuò)位現(xiàn)象；多層多道焊過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)各層的清理，不可形成焊渣；合理打磨焊件表面；根據(jù)實(shí)際情況在合理的區(qū)間內(nèi)調(diào)整焊接電流及速度等。

3.4 焊縫接頭收弧時(shí)弧坑、縮孔

（1）成因分析。所采取的收弧方式不當(dāng)，具體指的是此項(xiàng)工作在熔池未達(dá)到填滿狀態(tài)時(shí)便執(zhí)行，焊材在高溫環(huán)境中發(fā)生融化時(shí)僅在弧坑處維持相對(duì)較短的一段時(shí)間，難以有效填滿弧坑。具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面?？s孔：傷波波底相對(duì)較寬，主波周邊分布有大量的小傷波，伴隨有底波消失的問(wèn)題，圓周處的傷波并無(wú)過(guò)大差異，縮孔的發(fā)生區(qū)域主要集中在冒口端?？s孔殘余：傷波幅度較強(qiáng)，主要集中在工件心部，通過(guò)沿軸向探傷的方式可以得知其傷波表現(xiàn)出較明顯的連續(xù)性，受縮孔鍛造變形的影響，圓周處的傷波表現(xiàn)出較明顯的差異，其幅度各不相同，底波出現(xiàn)極為明顯的衰減現(xiàn)象。

（2）解決措施。適當(dāng)延長(zhǎng)收弧時(shí)間，操作中選擇合適的收弧方法。考慮收弧處的特殊性，其焊絲不應(yīng)立即滅弧，較合適的方式是在熔池內(nèi)稍作停留。對(duì)于坡口焊縫處，應(yīng)分別在引弧處和引出處2個(gè)部分增設(shè)對(duì)應(yīng)的引弧板和引出板，各自長(zhǎng)度均為40～60mm，以模板鋼板厚度為依據(jù)，確定合適的坡口厚度，且尺寸應(yīng)與對(duì)接鋼板相同。

3.5 焊縫咬邊

（1）成因分析。焊接過(guò)程中缺乏對(duì)電流的控制導(dǎo)致其明顯偏大，焊條角度不合理，未靈活調(diào)整焊條送進(jìn)速度等。

（2）解決措施。調(diào)整好電流值，選擇合適的方法送進(jìn)焊條并確保其速度的合理性，避免焊接速度過(guò)快的情況，焊機(jī)軌道應(yīng)滿足平順性要求。針對(duì)出現(xiàn)焊縫咬邊的情況，需將該處打磨并清理干凈，再以合理的工藝補(bǔ)焊。

3.6 焊縫成型差

（1）成因分析。焊縫寬度不均勻、高度也存在偏差，焊縫表面的質(zhì)量欠佳，如焊瘤等問(wèn)題，總體上與操作者技術(shù)水平不足有密切關(guān)聯(lián)。

（2）解決措施。廠家要挑選具有資質(zhì)的電焊工完成相關(guān)操作，安排技術(shù)人員加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，確保各道環(huán)節(jié)所用工藝的可行性。針對(duì)厚度各異的鋼板，應(yīng)靈活調(diào)整其焊接工藝參數(shù)，如電流、電壓和速度。焊接過(guò)程中維持焊槍姿態(tài)，使其保持垂直的狀態(tài)，傾斜角度不宜超過(guò)20°。熔池溫度應(yīng)穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)，避免該處溫度過(guò)高的情況，加強(qiáng)對(duì)熔池狀態(tài)的檢驗(yàn)，若出現(xiàn)大量小火星外噴的情況，則必須在最短的時(shí)間內(nèi)滅弧[3]。此外，現(xiàn)場(chǎng)焊縫還要合理控制好鋼板間隙，熔池的溫度和形狀都要足夠合理，相較于廠內(nèi)焊接方式的電流值而言，現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)應(yīng)在該基礎(chǔ)上減小10%，具體視實(shí)際情況靈活調(diào)整[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

該橋梁工程中含大量的鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)，對(duì)于焊接工藝提出較高的要求，應(yīng)注重對(duì)工藝方法的選擇以及質(zhì)量的控制。全熔透對(duì)接焊縫施工中，則要從焊接原材料質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境、鋼材定位等多個(gè)方面入手，形成的焊縫在外觀及內(nèi)在兩方面的質(zhì)量都要符合預(yù)期。