淺談鋼桁梁焊縫焊接質量通病及預防控制措施

賈衛亮

【摘 要】 本文通過濱海新區西外環高速11標的海河特大橋主橋鋼桁梁施工為例，敘述鋼桁梁加工制作焊縫焊接施工時焊縫出現的質量通病，并對問題進行分析，制定出相關的預防控制措施。

【關鍵詞】 鋼桁梁 焊縫質量通病 預防控制措施

1 引言

以前，傳統的鋼結構橋梁大部分采用螺栓連接和鉚釘連接方式。近幾年，伴隨著國內鋼結構焊接工藝水平的日益成熟，逐漸采用全焊接方式連接的鋼結構橋梁也越來越多，除了保證鋼結構橋梁桿件尺寸加工和線型滿足要求外，鋼結構橋梁焊縫焊接質量成為關鍵質量控制點之一。本文通過對濱海新區西外環高速11標海河特大橋主橋鋼桁梁焊接施工時出現的焊縫質量通病進行介紹和分析，并制定出相關問題的預防措施，確保焊縫焊接質量。

2 工程概況

本工程為濱海新區西外環高速公路（津漢高速—海景大道）工程第11標段，起訖樁號K24+339，終點樁號K25+979，標段全長1640m，為跨海河特大橋的主橋及南側高架橋部分施工，橋梁面積68060m2。

海河特大橋設計采用〈95m+140m+95m〉鋼桁架連續梁跨海河主河槽，主橋分為上下兩幅，每幅橫向由6榀桁架組成，每榀桁架由上弦桿、下弦桿和腹桿組成，上弦桿線形隨道路縱斷線型，下弦桿線型為懸鏈線，腹桿分為豎桿和斜桿，腹桿節點之間的間距隨梁高變化。上弦桿、下弦桿為箱型截面，上弦桿為等高度箱型截面，下弦桿為變高度箱型截面。主材材質為Q345qD，焊接板厚范圍12～30mm。主要焊接接頭有全熔透對接、全熔透角接、T型角接（不開坡口）接頭等。

3、鋼桁片焊接施工

3.1焊接方法及選用焊接材料

根據設計材質（Q345qD）及本橋結構焊接接頭型式，現場采用埋弧自動焊、焊條電弧焊、CO2氣體保護焊完成本結構的焊接工作。焊接方法及采用的焊接材料見下表1。

表1 焊接方法及擬采用的焊接材料

序號 焊接方法 焊材牌號及規格 應用范圍

1 埋弧自動焊

實芯焊絲 H08Mn2E+SJ101Q（Φ4.0） 鋼板接長對接（長焊縫>1m）

箱型桿件棱角焊縫填充、蓋面焊接

2 CO2氣體保護焊

實芯焊絲 MG50-6

（Φ1.2） 鋼板接長對接（短焊縫<1m）

箱型桿件棱角焊縫打底、填充焊接

3 CO2氣體保護焊

藥芯焊絲 YJ501Ni-1

（Φ1.2） 工地現場對接焊縫、角焊縫等

4 焊條電弧焊

焊條 J507Ni

（Φ4.0） 工件的定位焊，其它氣保焊難以施焊位置的焊縫及焊縫的修補焊等

選用的焊接材料化學成份和力學性能均需與母材匹配，且部分指標優于母材。

3.2焊前準備

3.2.1焊接工藝評定

施工前，對各種接頭形式，進行焊接工藝評定試驗，其焊接接頭力學性能、屈服強度不低于基材的標準值；延伸率、低溫沖擊不低于基材的標準值。

3.2.2原材料及焊接胎架準備

將原材吊裝至數控切割機操作平臺上，在數控電腦內輸入鋼板設計切割尺寸，然后啟動數控切割機開始切割鋼板；待切割機將鋼板切割完成后，用銑邊機將切割好的鋼板四周邊緣加工坡口，等厚鋼板焊接時坡口按1：1加工，不等厚鋼板焊接時按1：8比例加工。最后將加工好的鋼板吊裝至焊接組拼胎架上準備焊接。海河特大橋縱向12榀梁為主要受力桿件，為保證12榀梁制造精度，廠內制作鋼桁架梁專用胎架，對12榀梁進行匹配制作。胎架線形根據鋼桁架梁下弦桿線形確定，根據監控單位要求設置預拱值，保證鋼梁制作質量符合設計要求。

3.3焊接施工

焊接前，工件應在放平的狀況下施焊。防止因焊接應力產生桿件的扭曲變形。節點板由于自由端較長為控制焊接變形焊接前要設置工藝支撐。

焊接前先將待焊區域打磨顯露出金屬光澤。板厚≥28mm需要預熱，預熱溫度為80～120℃。當環境溫度低于5℃時，原不要求預熱的接頭也應進行預熱處理，預熱溫度80～120℃。層間溫度不低于預熱溫度，當低于預熱溫度時，需重新預熱；控制在150℃～180℃左右，且不超過250℃。

采用CO2氣體保護焊打底，埋弧自動焊或焊條電弧焊填充蓋面進行焊接。焊接采用多道焊，手工焊接時，焊條作適當橫向擺動。施焊時，環境溫度不低于5℃，空氣相對濕度不高于80%。當相對濕度高于80%時，焊前應用烤槍對焊區進行烘烤除濕，焊條、焊劑在空氣中暴露時間盡量避免超過2小時。

焊接完成后按規范要求對焊縫進行超聲波探傷檢查。探傷合格后對部件進行矯平并順應力方向將焊縫余高磨平。

4、焊縫常見的通病產生原因及控制措施

在海河特大橋主橋桿件焊接組拼施工中，常見的焊縫通病有：夾渣、焊縫氣孔、裂紋、咬邊、弧坑、焊瘤以及未焊透等七種情況，分析這些通病產生的原因，并制定出相應的控制措施是保證焊縫質量合格的關鍵。

4.1夾渣

夾渣是殘留在焊縫中的熔渣，屬于固體夾雜缺陷的一種，根據其形成的情況，可以分為點狀夾渣和條狀夾渣兩種（圖1）。

圖1 焊縫夾渣

夾渣會降低焊縫的塑形和韌性，其夾角往往造成應力集中，特別是在空悴傾向大的焊縫，尖角頂點常形成裂紋。

夾渣產生的原因主要有以下方面：

1、待焊區焊前雜物未清理干凈，有銹皮、氧化物或碎渣等雜物。

2、焊接作業時，電焊機電流過小，電弧不穩定，熔深小。

3、焊接時焊接速度過快，引起焊縫兩側吹邊，導致產生夾渣。

4、焊接施工過程中，層間焊渣清理不干凈。