北支江過江通道橋梁鋼箱梁現(xiàn)場焊接工藝*

陳 思

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

由于鋼結(jié)構(gòu)工程中存在一些外形尺寸較大且形狀不規(guī)則構(gòu)件，常需要在施工現(xiàn)場進(jìn)行作業(yè)。再加上焊縫布置錯綜復(fù)雜、焊接工作量較大、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜等對焊接不利的因素，現(xiàn)場焊接質(zhì)量控制已成為亟需解決的難題。許多學(xué)者對外形尺寸較大、焊縫布置錯綜復(fù)雜、極易產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)域、現(xiàn)場環(huán)境多變等復(fù)雜情況下的現(xiàn)場焊接施工質(zhì)量控制進(jìn)行了研究，詳細(xì)分析了諸多不利因素對現(xiàn)場焊接質(zhì)量的影響及相關(guān)防治措施。例如，劉基岡等以工程車車架為例，采用局部-整體映射法研究了焊接順序?qū)附幼冃慰刂频挠绊憽Ｔ囼?yàn)和計(jì)算結(jié)果表明，對焊接順序進(jìn)行優(yōu)化，可有效控制整體焊接變形，變形最大值可減少43%；葉日貴研究了不同焊接順序?qū)δ箱呛哟髽蚝缚p變形的影響等。

本文以北支江過江通道橋梁鋼箱梁現(xiàn)場焊接施工為例，詳細(xì)分析其焊接材料、順序、工藝流程，現(xiàn)場焊接質(zhì)量控制和相關(guān)安全措施，改進(jìn)了現(xiàn)場焊接工藝流程。

1 工程概況

北支江過江通道橋梁主橋、引橋、拱肋鋼結(jié)構(gòu)均采用Q355D型鋼材，鋼箱梁總用鋼量11 900t。主拱肋寬自拱冠至拱底由1.5～2.2m線性變化，截面高度1.0m，截面四邊壁厚16mm，四邊側(cè)壁加勁采用12mm厚板肋，吊桿處設(shè)置橫隔板，橫隔板與拱肋垂直設(shè)置，沿拱肋底縱向每隔2m設(shè)1道橫隔板，板厚16，24mm(聯(lián)結(jié)件橫隔板)。單側(cè)拱肋共分為3個節(jié)段。主橋總長度260m，為箱形梁及T形板和橋面板的組合梁體，縱梁為等高度單箱三室截面。北側(cè)引橋總長50m，南側(cè)引橋總長90m，均為變截面鋼箱梁。橋面系沿縱向每隔3m設(shè)置1道橫隔梁，與吊桿位置間隔對應(yīng)，一般橫梁為工字鋼梁，中橫梁和端橫梁分布于2～6號墩位處，共5根，長度均為21.698m，高度均為2.4m。

2 現(xiàn)場焊接工藝

2.1 焊接材料及工藝

現(xiàn)場焊接焊縫具有以下特點(diǎn)和難點(diǎn)，需在現(xiàn)場焊接時加以注意。

1)焊接為空中作業(yè)，應(yīng)搭設(shè)臨時焊接平臺，創(chuàng)造安全的施焊空間，確保焊工人身安全，穩(wěn)定焊工施焊情緒，從而保證焊縫質(zhì)量。

2)采用CO2氣體保護(hù)焊。

3)由于現(xiàn)場焊接為高空露天作業(yè)，受天氣影響，如遇到有風(fēng)、有霧和雨雪等惡劣天氣，應(yīng)采取必要的防風(fēng)、防雨雪措施。如焊縫被雨淋或由于大霧造成焊縫周圍結(jié)水，焊接前須采用火焰加熱的方法去除焊縫周圍水分，并將焊縫兩側(cè)30～50mm范圍的鐵銹打磨干凈后再進(jìn)行焊接，以保證焊縫質(zhì)量。

本工程采用的氣體保護(hù)焊焊絲直徑為1.2mm，CO2氣體純度為99.9%，碳棒直徑為6，8mm。焊接工藝流程如圖1所示。

圖1 焊接工藝流程

2.2 鋼箱梁焊接順序

鋼箱梁焊縫數(shù)量較多，焊接收縮率較大，焊接過程中應(yīng)按一定順序逐步釋放焊接應(yīng)力，以控制焊接變形。梁段先焊接底板，后焊接頂板。頂、底板焊縫采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，反面粘貼陶質(zhì)鋼襯墊，單面焊雙面成型。鋼箱梁焊接順序?yàn)榈装蹇v向焊縫→頂板縱向焊縫→橫隔板→U肋→環(huán)焊縫。

2.3 鋼箱拱焊接順序

鋼箱拱焊接順序?yàn)椋喊鍖ΨQ立焊→底板平焊→蓋板平焊，如圖2所示。

圖2 鋼箱拱焊接順序

2.4 主拱肋焊接

焊接時，焊工按吊裝順序進(jìn)行連接段的打底焊接，再按焊接順序和方法進(jìn)行全面施焊。主拱肋按由上而下的順序施焊，采用先焊完底焊，占壁厚的1/2～1/3，再進(jìn)行蓋面焊，蓋面后焊縫高度宜為0，如圖3所示。

圖3 焊接示意

焊工在焊接前要根據(jù)坡口實(shí)際情況，確定焊接層次及每層厚度，每層厚度為3～4mm，由于工程較復(fù)雜，鋼絲繩、鋼鉸線較多，故焊接時第一焊工采用一鉗一地制，即1名焊工1條鉗線，地線應(yīng)靠接在焊工自己焊縫附近。所有對接接頭均為全熔透焊，質(zhì)量等級為一級；采取多層焊接，除焊道蓋面焊以外，嚴(yán)禁擺焊，對焊道進(jìn)行100%探傷。

2.5 拱腳焊接

因拱腳段施焊空間有限，故每個拱腳每次只能由2名焊工進(jìn)行焊接，4個拱腳須同時進(jìn)行焊接，采取上下、左右對稱的方法施焊。焊接時每次焊縫不能太長(長70～100mm)，每層厚度不能過大(2～3mm)，否則，由于受熱過大，極易造成鋼板翹曲及鋼板下混凝土爆裂。采取焊完一段跳開100mm左右再焊另一段的間隔方法施焊。

2.6 合龍段焊接

合龍段接頭施焊包括拱肋及拱腳間接縫焊接。合龍段焊接時，應(yīng)從拱腳向拱頂對稱進(jìn)行，避免拱肋移位或變形，焊接采用CO2手工電弧焊。合龍段焊接采用雙面坡口，焊縫坡口角度為45°，焊縫間隙為5mm。鋼襯墊厚5mm、寬50mm。焊接前，采用砂輪機(jī)對焊縫區(qū)域50mm范圍進(jìn)行表面清理。按四等分對稱施焊，不允許沿同一方向連續(xù)施焊，4條對接環(huán)縫同時施工。

2.7 現(xiàn)場焊接工藝評定

鋼管拱肋現(xiàn)場焊接必須確保焊接結(jié)構(gòu)具有足夠的韌性和塑性以防止脆斷。為進(jìn)一步保證焊接質(zhì)量，需先進(jìn)行焊接工藝性試驗(yàn)及評定。主橋鋼材均為Q355D鋼，鋼結(jié)構(gòu)焊縫應(yīng)確保與母材等強(qiáng)度。主拱鋼管的所有對接焊縫質(zhì)量等級應(yīng)達(dá)到I級，角焊縫質(zhì)量等級為Ⅱ級。對接接頭焊縫及角焊縫應(yīng)100%進(jìn)行超聲波探傷。現(xiàn)場焊接工藝評定流程如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場焊接工藝評定流程

3 焊縫檢測標(biāo)準(zhǔn)

3.1 焊縫外觀質(zhì)量檢測

焊縫外觀質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 焊縫外觀質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) mm

3.2 焊縫無損檢測

焊縫質(zhì)量等級及探傷范圍如表2所示。

表2 焊逢質(zhì)量等級及探傷范圍

4 現(xiàn)場焊接質(zhì)量保證措施

4.1 一般要求

1)只有持有合格焊工資格證書并經(jīng)監(jiān)理認(rèn)可的焊工才能參加焊接任務(wù)。

2)焊接設(shè)備及相應(yīng)儀器檢查無誤后，才能開始施焊作業(yè)。

3)焊工必須熟悉施焊施工圖和相關(guān)工藝規(guī)定，并且對自己所焊接的焊縫質(zhì)量負(fù)責(zé)。

4)必須在>5℃的環(huán)境溫度下才能進(jìn)行施焊作業(yè)；另外，施焊作業(yè)的環(huán)境濕度應(yīng)≤80%。

5)施焊作業(yè)完畢，焊工必須對焊接情況做好相應(yīng)記錄，如焊縫名稱、焊接規(guī)范參數(shù)、質(zhì)量及日期等。

6)施焊作業(yè)前，待焊區(qū)域及兩側(cè)20～30mm范圍的污物、鐵銹等務(wù)必打磨干凈。

7)不允許在母材的非焊接部位引弧，另外，施焊作業(yè)完畢后，務(wù)必將焊縫表面熔渣等清理干凈。

8)進(jìn)行多層多道施焊作業(yè)時，應(yīng)清理干凈前道焊縫熔渣等。

9)對于焊縫的無損檢驗(yàn)，可以在施焊作業(yè)完畢后24h內(nèi)進(jìn)行。

4.2 焊縫修磨及返修

1)對于超出規(guī)范規(guī)定上限值的一些焊縫，如焊腳尺寸、焊波或余高等，必須打磨均勻；而對于焊縫存在咬邊或焊腳尺寸不足的一些焊縫，可以用焊條電弧焊進(jìn)行返修施焊。

2)在進(jìn)行返修施焊時，首先利用碳弧氣刨或其他方法將焊接處的缺陷清除干凈，刨出適合于返修施焊的坡口，然后打磨掉坡口表面氧化鐵皮?？刹捎迷诹鸭y端部各外延50mm的標(biāo)準(zhǔn)清除焊接裂縫。

3)返修焊可采用原焊接方法。

4)對于在焊接前需預(yù)熱的焊縫，在返修施焊前必須按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱范圍和溫度要按規(guī)范規(guī)定的上限執(zhí)行。

5)返修施焊后的焊縫應(yīng)打磨均勻，并按原標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

6)對于同一部位的焊縫，返修施焊不宜超過2次。

5 焊接操作平臺設(shè)施及防雨雪措施

5.1 焊接平臺設(shè)置

縱梁安裝時，工人從江中小船通過爬梯到達(dá)安裝部位進(jìn)行安裝，箱梁焊接作業(yè)時使用掛籃作為操作平臺進(jìn)行施焊。爬梯如圖5所示。焊接操作平臺采用吊籃，吊籃由φ20圓鋼筋制作而成，施工吊籃如圖6所示。

圖5 爬梯示意

圖6 吊籃示意

吊籃需反復(fù)使用，應(yīng)注意檢查鋼梁與吊籃接觸點(diǎn)情況及圓鋼節(jié)點(diǎn)的焊接。

5.2 高空作業(yè)防護(hù)措施

1)在周邊臨空狀態(tài)下進(jìn)行高空作業(yè)時，應(yīng)有牢靠的立足處，橋面結(jié)構(gòu)拼裝完成后及時鋪設(shè)路基板，作為工人行走的操作平臺，并視作業(yè)條件設(shè)置防護(hù)欄桿、張掛安全網(wǎng)、佩戴安全帶等安全措施。

2)進(jìn)行高空作業(yè)的人員，必須首先進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)及考試，培訓(xùn)考試合格后持證上崗。

3)高空作業(yè)時，施工人員衣著輕便從事相關(guān)的高空作業(yè)。

4)高空作業(yè)時，需在操作平臺上鋪滿木架并掛設(shè)安全網(wǎng)，腳手架與安全網(wǎng)的連接必須牢固可靠。

5)如果因施工作業(yè)需要，必須將安全防護(hù)設(shè)施臨時拆除或變動時，需經(jīng)施工現(xiàn)場負(fù)責(zé)人同意并采取相應(yīng)措施后方可進(jìn)行，嚴(yán)謹(jǐn)擅自行動。

6)安全帶使用前應(yīng)進(jìn)行檢查。

7)高空作業(yè)時，工具必須放在手提工具箱或工具袋里。

8)遇到6級以上大風(fēng)天氣和雷暴雨天氣不能從事高處作業(yè)。

5.3 臨邊防護(hù)措施

1)欄桿桿件規(guī)格及連接要求 欄桿桿件采用鋼管，鋼管橫桿及欄桿柱均應(yīng)采用φ48×(2.75～3.5)管材，以扣件或電焊固定。以其他鋼材(如角鋼等)作為防護(hù)欄桿時，應(yīng)選用強(qiáng)度相當(dāng)?shù)囊?guī)格，以電焊固定。

2)搭設(shè)臨邊防護(hù)欄 臨邊防護(hù)欄上桿距支架作業(yè)面高度為1.0～1.2m，下桿距支架作業(yè)面高度為0.5～0.6m。防護(hù)欄桿應(yīng)高1.2m，并加掛安全網(wǎng)。防護(hù)欄桿必須自上而下用安全立網(wǎng)封閉，或在欄桿下設(shè)置嚴(yán)密固定的高度≥18cm的擋腳板或40cm高的擋腳笆。擋腳板與擋腳笆上如有孔眼，直徑應(yīng)≤25mm。接料平臺兩側(cè)欄桿必須自上而下加掛安全立網(wǎng)或滿扎竹笆。

6 結(jié)語

在北支江過江通道橋梁鋼箱梁現(xiàn)場焊接施工中，通過采取合適的焊接工藝和相關(guān)安全措施，既成功解決了鋼箱梁橋焊接施工中由于整體長度大和現(xiàn)場焊接量大易產(chǎn)生較大變形及由于焊縫錯綜復(fù)雜易產(chǎn)生焊接應(yīng)力集中點(diǎn)等問題，保證了焊接施工質(zhì)量。通過對本工程焊接施工中的焊接材料、焊接順序與流程、焊縫質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行詳細(xì)總結(jié)，形成了一套成熟可靠的焊接施工方案。