基于橋梁鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合鋼板焊接技術(shù)分析

葉華

（江西交投咨詢集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330199）

0 引言

Q370qD+316L 復(fù)合鋼板是由奧氏體不銹鋼316L與橋梁用結(jié)構(gòu)鋼Q370qD 采用熱軋復(fù)合而成的，是一種全新的鋼材材料，性能較為突出。該材料有橋梁鋼的塑性、韌性、強(qiáng)度以及焊接性，同時還有不銹鋼材料的耐腐蝕性，所以可以滿足橋梁的使用要求。

1 工程概況

此次工程項(xiàng)目軌道橋頂板應(yīng)用Q370qD+316L 不銹鋼復(fù)合鋼板進(jìn)行建設(shè)，是項(xiàng)目施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)合鋼板的優(yōu)勢是耐磨性好、耐腐蝕性強(qiáng)，同時還具備鋼材的韌性與強(qiáng)度，且價格相對較低，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益都非常好。某高速公路改建項(xiàng)目中，把不銹鋼復(fù)合板用于橋梁鋼結(jié)構(gòu)施工，突出不銹鋼和橋梁鋼的優(yōu)勢，延長橋面板的壽命，對橋梁總體效果提升產(chǎn)生積極的意義。

2 施工要求

2.1 施焊焊工

焊接技術(shù)人員必須取得相應(yīng)焊接資質(zhì)，獲得國家頒布的證書才能從事焊接工作。對于復(fù)合鋼板的焊接來說，應(yīng)取得承壓鎳合金復(fù)合板的Ⅱ類鋼板材對接資格和Ⅱ類鋼堆焊鎳資格。由具備相應(yīng)焊接資質(zhì)的焊接工作人員開展工作，才能完成焊接作業(yè)，從而確保焊接效果合格，不會給復(fù)合鋼板產(chǎn)生不利影響。

2.2 焊接要求

為了使焊接接頭部位的性能與母材性能接近，或者性能基本相同，在焊接時應(yīng)做好如下工作：第一，焊接開始前進(jìn)行焊接部位的清理工作，范圍以20mm 為宜，確保沒有任何油污、雜質(zhì)、銹蝕等，并根據(jù)實(shí)際情況選擇使用丙酮或者酒精清洗處理。第二，在焊接施工前確定焊接工藝，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接施工。加強(qiáng)基層、過渡層結(jié)構(gòu)焊接厚度控制，避免出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題。第三，預(yù)防出現(xiàn)再熱裂紋的問題，并且根據(jù)基層、過渡層、復(fù)層的順序開始焊接施工。第四，鎳復(fù)合板的坡口制作結(jié)束后，應(yīng)對100mm范圍內(nèi)噴灑防飛濺涂料，做好飛濺物的控制，避免給整個焊接施工帶來不利影響。第五，焊接過渡層、復(fù)層時選擇使用直徑較小的焊條，以防止發(fā)生嚴(yán)重的復(fù)層稀釋問題。焊接采取直流反接的方式，多層多道焊施工，保持一定的焊接速度，減小焊接線能量，確保焊接部位的性能合格，焊接金屬的耐腐蝕性、力學(xué)性能完全符合工程的要求。第六，過渡層、復(fù)層焊接開始前，應(yīng)及時進(jìn)行坡口、邊緣部位的清洗處理，達(dá)到潔凈度的標(biāo)準(zhǔn)要求。第七，焊接施工選擇熟練焊接作業(yè)人員進(jìn)行，焊接性能和質(zhì)量符合要求，盡量減少返修次數(shù)。每個焊接部分都必須采取措施控制，消除焊接不合格的因素，提高焊接性能和質(zhì)量水平。

2.3 預(yù)熱和熱處理

復(fù)合板焊接開始前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱處理，焊接完成后進(jìn)行熱處理，以消除應(yīng)力的影響，執(zhí)行焊接工藝規(guī)程的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。第一，焊接開始前進(jìn)行預(yù)熱，一般需要根據(jù)復(fù)合鋼板厚度來進(jìn)行，做好預(yù)熱溫度的控制。通常來說，過渡層的焊縫預(yù)熱溫度應(yīng)控制在150C 左右。第二，焊接工作結(jié)束后，按照設(shè)計方案的要求進(jìn)行焊后熱處理，消除焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，預(yù)防發(fā)生裂紋的問題。鎳基合金通常來說，不需要焊后熱處理依然可以達(dá)到應(yīng)有的性能，符合工程的使用標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 焊接檢驗(yàn)

鎳復(fù)合板在焊接工作結(jié)束后，需要及時進(jìn)行基層、過渡層、復(fù)層方面的檢驗(yàn)確定。通常來說，基層選擇使用射線探傷檢測方法，一般都需要在過渡層、復(fù)層焊接前進(jìn)行檢驗(yàn)工作。如果發(fā)現(xiàn)缺陷超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，就應(yīng)及時返修處理。返修工作結(jié)束后，再次進(jìn)行射線檢測，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)才能繼續(xù)焊接施工，并進(jìn)行焊縫表面打磨處理。對于過渡層來說，焊接的前、后應(yīng)進(jìn)行滲透檢測，確保沒有任何影響工程質(zhì)量的缺陷問題。復(fù)層焊接施工全部完成后，再次進(jìn)行滲透檢測，達(dá)標(biāo)后才能繼續(xù)施工。

3 焊接工藝制訂

3.1 焊接方法

因?yàn)樵擁?xiàng)目施工中，復(fù)合鋼板主要是安裝到橋面板的頂板部位上，結(jié)合現(xiàn)場的焊接位置、接頭形式、結(jié)構(gòu)形式、母材特性等，所以為了切實(shí)提升焊接的特性，滿足施工要求，該項(xiàng)目采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行焊接施工，以達(dá)到整體施工效果的要求。

3.2 焊接材料

為了提高焊接效果和質(zhì)量，確保焊接接頭和熱影響區(qū)都能夠達(dá)到力學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)，焊接接頭部位應(yīng)加強(qiáng)控制，選擇合適的焊接材料尤為重要。復(fù)合鋼板基層材料在選擇使用焊接效率高的T492T1-1C1A 藥芯焊絲CO氣體保護(hù)焊，過渡層應(yīng)用E309LT1-1 藥芯焊絲CO氣體保護(hù)焊，不銹鋼層采用E316LT1-1 藥芯焊絲CO氣體保護(hù)焊。

3.3 坡口形式

結(jié)合橋梁工程的結(jié)構(gòu)形式，選擇應(yīng)用2 組典型對接接頭開展試驗(yàn)分析，其中第一組是現(xiàn)場橋位對接焊縫的形式，第二組是工廠板拼接焊縫施工方式。在現(xiàn)場施工中，橋位對接焊縫因?yàn)榭臻g方面有較大的限制，應(yīng)盡量不要使用仰焊的方式，以達(dá)到焊接質(zhì)量和性能的要求。可以應(yīng)用背面貼陶瓷襯墊的方法，使用單面焊雙面成型，這種焊接方法效率高，焊接成型好，施工也非常簡單，在橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊接優(yōu)勢明顯。為了使得現(xiàn)場焊接施工達(dá)到要求，進(jìn)行坡口加工極為重要，應(yīng)設(shè)計為V 型坡口的形式，不需要留鈍邊。工廠板拼接焊縫采用V 型坡口的形式，鈍邊量為6mm 即可。基層焊接采用T492T1-1C1A 打底、填充，基層焊接最后一層焊縫不能低于不銹鋼層底部1～2mm。在焊接工作開始前，將焊接部位打磨干凈，確保焊接效果。

4 焊接工藝參數(shù)

Q370qD+316L 復(fù)合鋼板焊接施工方式采用平焊的方式，為了避免焊縫金相組織粗大，對于接頭沖擊韌性造成不利影響，采用多層多道焊的方式。該工程焊接工藝參數(shù)為焊接電流：240～260A。電弧電壓：30～54V。焊接速度為20～25（cm·min）。

4.1 焊接工藝設(shè)計

4.1.1 焊接材料選擇

分析了解奧氏體不銹鋼復(fù)合鋼板焊接特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況需要，按照基層、過渡層、復(fù)層的順序進(jìn)行，所以應(yīng)選擇最佳的焊接材料開始焊接施工，以達(dá)到焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.1.2 基層和復(fù)層焊接材料的選擇

基層焊接、復(fù)層焊接選擇合適的材料進(jìn)行，相鄰材料是相同的種類，所以焊接材料、工藝的選擇非常容易，只需要達(dá)到匹配性要求即可。

4.1.3 過渡層焊接材料的選擇

過渡層焊縫主要是為了避免復(fù)層焊縫母材稀釋，使復(fù)層焊縫的化學(xué)成分可以達(dá)到復(fù)層母材要求的關(guān)鍵部位。在不銹鋼復(fù)合板的焊接施工中，接頭質(zhì)量的控制尤為重要。對于過渡層焊接施工，主要的目的是補(bǔ)償因?yàn)橄♂屗斐傻脑亓魇?，從而確保焊縫部位的材料性能合格，達(dá)到規(guī)定要求，不會出現(xiàn)熱裂紋的問題。在焊接過程中，嚴(yán)格遵循焊接工藝方面的要求，每一項(xiàng)工作都必須落實(shí)到位，從而提高焊接效果，達(dá)到連接質(zhì)量和穩(wěn)定性。

4.2 焊縫坡口設(shè)計

焊接坡口形式選擇尤為重要，必須綜合分析復(fù)合鋼板焊接特點(diǎn)，了解到填充金屬材料特性，確?；鶎雍附訌?qiáng)度合格，還要使復(fù)層材料的耐腐蝕效果合格。根據(jù)材料的特點(diǎn)以及設(shè)計方案的要求，選擇合適的焊接坡口形式，以提高焊接質(zhì)量水平。不同坡口形式的要求不同，但是都必須加強(qiáng)坡口形式、尺寸的控制，才能提升焊接效果水平。在坡口制作結(jié)束后，應(yīng)組織質(zhì)檢人員進(jìn)行尺寸檢測，并進(jìn)行坡口部位的打磨處理，確保不會有任何雜質(zhì)因素的影響。在基層結(jié)構(gòu)焊接工作完成后，復(fù)測一側(cè)應(yīng)用碳弧氣刨清根處理，全部打磨干凈，裸露母材金屬光澤后，開始進(jìn)行基層焊縫的100%UT 檢測。檢測達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后再進(jìn)行過渡層的焊接施工，并100%PT 檢測，最后進(jìn)行復(fù)層的焊接施工，結(jié)束后應(yīng)用100%RT 檢測。

4.3 試件焊接

在橋位對接焊縫的施工中，首先進(jìn)行1～2 道的打底焊作業(yè)，然后再焊接1～2 道的基層填充焊接，而Q370qD 基層焊接最后一層焊縫表面，應(yīng)低于不銹鋼底層1～2mm 左右。在基層填充工作結(jié)束后，進(jìn)行過渡層焊接，按照1～2 道的要求進(jìn)行焊接。上述焊接全部完成，且經(jīng)過檢測合格，開始漸進(jìn)性不銹鋼蓋面層焊接。Q370qD 打底焊時，應(yīng)用小電流、擺動焊的方式，從而防止出現(xiàn)燒穿、未熔合等問題?；鶎犹畛鋺?yīng)選擇多道焊的方式，保持層間溫度不超過200C，還要預(yù)防出現(xiàn)晶粒過大的情況，確保焊接強(qiáng)度、韌性符合要求。過渡層、不銹鋼層應(yīng)用小電流焊接的方法，保持層間溫度不超過200C，各個層之間保持良好，不會有基礎(chǔ)鋼材侵入不銹鋼內(nèi)部，預(yù)防發(fā)生腐蝕的問題。工廠板拼接焊縫在焊接中，過渡層與不銹鋼焊接施工中，應(yīng)確?，F(xiàn)場橋位對接焊縫是相同的；對于基層焊接時，應(yīng)進(jìn)行背面清根處理，使用碳弧氣刨開展，結(jié)束后進(jìn)行坡口打磨處理，以露出金屬光澤為標(biāo)準(zhǔn)，有效預(yù)防出現(xiàn)夾渣、滲碳等問題。

4.4 過渡層的焊接要點(diǎn)

在過渡層焊接施工中，確保整個復(fù)層的焊縫都要達(dá)到耐腐蝕的效果，從而提高結(jié)構(gòu)層的性能和標(biāo)準(zhǔn)。過渡層焊接施工的目標(biāo)就是確保不會因?yàn)橄♂屧斐稍亓魇?，確保復(fù)層結(jié)構(gòu)的焊縫性能合格，達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求。經(jīng)過焊接技術(shù)人員全面的研究和分析，可以采取如下幾種處理方法：第一，選擇合適的焊接材料，使用鉻鎳含量比較高的焊條進(jìn)行焊接，即使在焊接時出現(xiàn)基層稀釋的情況，也能夠預(yù)防出現(xiàn)損壞結(jié)構(gòu)性能的問題。第二，為了避免出現(xiàn)基層過渡層稀釋嚴(yán)重的情況，在焊接時應(yīng)盡量減小焊接電流，適當(dāng)增加焊接速度。第三，焊接施工中，應(yīng)用稀釋速度較小的焊接方式。第四，復(fù)合鋼材的性能非常優(yōu)越，尤其是耐腐蝕性、抗裂性，所以在結(jié)合鋼材的性質(zhì)、成分、焊接速度等方面選擇最佳的焊接材料，從而使焊縫的性能合格，達(dá)到工程的標(biāo)準(zhǔn)。第五，要想確保復(fù)合板的性能達(dá)標(biāo)，過渡層的覆蓋范圍以及厚度覆蓋范圍的基層碳鋼結(jié)構(gòu)就應(yīng)采用相互溶解、稀釋等方法進(jìn)行處理。在過渡層的施工中，其厚度應(yīng)控制在1.45～2.5mm，并且復(fù)層的厚度要超過1.8mm。

4.5 焊接工藝評定試驗(yàn)結(jié)果

在焊接施工開始前，應(yīng)進(jìn)行兩組試件的焊接性能檢測，質(zhì)檢人員進(jìn)行焊縫質(zhì)量的檢測，并且使用超聲波檢測方式確定焊縫性能是否合格。外觀、超聲檢測全都合格后，為正式焊接施工提供基礎(chǔ)條件。對于此次工程的試件來說，性能檢測完全符合要求，各項(xiàng)性能參數(shù)全都合格，具體結(jié)論可為：焊接金屬拉伸561Red/MPa；焊接接頭拉伸570Rm/MPa；側(cè)彎直徑10mm，相關(guān)結(jié)構(gòu)均滿足工程標(biāo)準(zhǔn)。

4.6 基層與不銹鋼層硬度對比

兩組焊接試件都要按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行檢測分析確定。經(jīng)過維氏硬度分析，發(fā)現(xiàn)316L 的硬度性能明顯超過Q370qD；不銹鋼一側(cè)的熱影響區(qū)、焊縫部位的硬度都要超過Q370qD 結(jié)構(gòu)。

5 注意事項(xiàng)

第一，裝配環(huán)節(jié)。需要在基礎(chǔ)層表面開展作業(yè)，無論是焊接，還是點(diǎn)焊施工，都要做好基層結(jié)構(gòu)的保護(hù)，預(yù)防存在碳鋼污染復(fù)層結(jié)構(gòu)的情況。尤其是要注意，打磨碳鋼結(jié)構(gòu)的砂輪不能直接用于復(fù)層的打磨施工，預(yù)防發(fā)生侵染的情況。

第二，如果過渡層、復(fù)層焊接部位存在問題需要返修處理，只能應(yīng)用砂輪進(jìn)行打磨，將缺陷部位清理干凈，所以要防止出現(xiàn)不銹鋼和碳鋼侵入的情況，消除不利影響。

第三，對焊接質(zhì)量存在直接影響的是不銹鋼復(fù)合板結(jié)構(gòu)，所以在裝配環(huán)節(jié)應(yīng)加強(qiáng)控制，確保坡口尺寸與形式合格，達(dá)到焊接標(biāo)準(zhǔn)要求。

第四，不銹鋼復(fù)合板焊接工作中，關(guān)鍵性的工作就是避免碳鋼進(jìn)入不銹鋼焊縫或者不銹鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)，所以在基層焊接的施工中，不能出現(xiàn)復(fù)層熔化的情況，因此要加強(qiáng)自動埋弧焊的控制，確保焊接施工的順利進(jìn)行。過渡層的焊接工作實(shí)施中，應(yīng)加強(qiáng)管理和控制，基層與復(fù)層的結(jié)合部位熔合情況應(yīng)符合要求。過渡層開展復(fù)層焊工作實(shí)施前，首先需要做好鐵離子檢測的工作，如果發(fā)現(xiàn)有不合格的情況，應(yīng)及時進(jìn)行砂輪打磨檢測。焊接作業(yè)中，還要加強(qiáng)飛濺物的控制，避免雜物進(jìn)入不銹鋼焊縫內(nèi)。

第五，禁止使用低合金焊材以及碳鋼焊材進(jìn)行復(fù)層、過渡層的焊接施工，否則將會造成焊縫的性能不合格，影響正常使用。過渡層的焊接過程中，需要加強(qiáng)基層母材、基層焊縫、復(fù)層母材的控制，還要確保填充效果合格，達(dá)到焊縫效果和性能要求。

第六，根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合面的復(fù)層過渡層厚度設(shè)定為1.7mm；焊條電弧焊焊接一層，不能超過兩層結(jié)構(gòu)。在過渡層焊接的過程中，應(yīng)保證其厚度控制在3～5mm 左右，從而使厚度合格，符合防腐蝕性能的標(biāo)準(zhǔn)要求。

第七，復(fù)層、過渡層的焊接環(huán)節(jié)，根據(jù)需要先進(jìn)行兩側(cè)焊接，然后再焊接中間焊道。焊接環(huán)節(jié)，加強(qiáng)擺動幅度的控制，一般控制在焊條直徑的0.6～1.1 倍左右，相鄰焊道應(yīng)重疊1/3、1/2 的寬度。復(fù)層焊道的表面要達(dá)到平滑性的要求，且下凹的深度控制在1.5m以內(nèi)，母材與焊縫金屬物應(yīng)采取平滑過渡的方式。

6 結(jié)語

綜合以上分析，在橋梁鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合鋼板焊接工程開展階段，想要切實(shí)提高鋼板焊接的質(zhì)量，就需要做好材料的科學(xué)選擇以及對焊接過程的整體控制。因此，在今后的工作階段中，要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接的施工標(biāo)準(zhǔn)，對施工方案以及施工現(xiàn)場進(jìn)行科學(xué)控制，同時還需要加大對焊接技術(shù)的更新，引進(jìn)自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動化焊接，這樣才能夠推動各項(xiàng)工作有序開展。