大跨度鋼結構焊接的質量控制

余斌

（諸暨技師學院，浙江 諸暨 311800）

南非開普敦橋掛式機械車庫項目位于兩座大廈之間。主梁結構連續鋼桁梁跨度為66+70+66=202m，分為A、B、C三聯部分，寬度為15m，鋼結構橋梁一樣共202m的連續鋼桁架。橋梁采用兩片主桁架結構，承載385+385兩排機械車位，共5層，地面與鋼桁梁總高18m。同時鋼桁梁頂面這一層，還要成為兩幢大廈之間的人行通道與消防通道。底部鋼結構與其他結構件一樣，主要結構采用Q345q鋼材制造。

1 標準的選擇

通過對各主要焊接接頭形式的分析，考慮到跨度太大，沒有參照建筑鋼結構的標準，所以參照《鐵路鋼橋制造規范》和設計文件的相關要求，制定了符合南非地域環境的焊接工藝生產方案并進行測試。試驗結果都符合技術要求，并得到了國家特檢院與業主方的專家的認可。

表1

2 根據前期的工藝要求，制定如下焊接結構工藝

2.1 焊接順序和焊接參數

（1）鋼梁上下翼板、腹板的對接焊縫，采用截面3+2不對稱焊接，用埋弧焊焊接，先焊坡口大的一面再焊接反面，兩面施焊方向相同，防止焊后變形。具體如表1所示。

表2

采用雙面焊接，即便是有氣孔或點狀未焊透，也是在中間部位，不至于短期失效，當單面焊成形使的小細缺陷存在表面時，來自鋼結構自身大跨度的重量會引起附加彎矩的作用，對于鋼結構斷裂是致命的問題，在缺陷率相同的情況下，比埋在焊縫內部深處的危害大得多。所以，必須采用不對稱X坡口。

（2）縱向加筋角焊縫：半坡口，采用CO2機械半自動焊進行焊接，兩面焊接方向保持一致，防止角變形。這樣的好處是可以熔透些，避免有裂紋擴展，提升焊縫的疲勞能力。

（3）翼板與腹板間焊縫：對于截面長方形箱型結構外角焊縫，采用半坡口埋弧焊平位置焊接，左右上下4條焊縫的焊接方向一致，左右同時焊接，速度保持一致，這樣抗扭效果極好；主要是收縮應力同步。H型鋼類似的結構焊縫，采用2個H型鋼疊合反變形點固，這樣剛性固定起到反變形作用，采用機械半自動CO2氣體保護焊焊接，用CO2氣體保護焊角變形最小。

（4）斜結構矩形管結構與上下橫梁之間采用熔透角焊縫，垂直矩形管結構與上下橫梁之間采用熔透角焊縫。采用CO2氣體保護焊接，避免焊后角變形。為了避免焊縫過分密集集中，矩形管的角焊縫已經有兩向與三向的復雜應力狀態。在外加強板，把垂直矩形管、斜矩形管、橫梁3個結構加強在一起。加強板邊緣側與矩形管的角焊縫保持150～200mm。

2.2 焊前預熱及層間溫度的控制

將溫度控制在如下范圍內（見表2）。

采用多層多道焊的方式保證焊縫的韌性，及時把前一道焊縫迅速退火，在層間溫度過低時，采用分段回焊法，保證層間溫度在范圍內。

2.3 焊后吸磁機械錘錘擊

厚板的焊縫應力有縱向、橫向、板厚方向，在熔池冷卻的過程開始時厚度的伸縮應力最大，其次在冷卻下來是橫向應力，最后是縱向應力，所以必須選擇特殊的方式錘擊，在熱脹冷縮的拘束過程中，會產生殘余應力通過錘擊得以釋放，但完全徹底消除應力，只靠錘擊還不夠，對于本工程Q345來說是合理的。

（1）錘擊部位：根據設計文件要求，在垂直矩形管、斜矩形管、橫梁之間的角焊縫與平焊縫的兩側90mm范圍，進行機械錘擊處理。H型鋼類似的結構，錘擊上下翼板外側中間做直線運動。

（2）錘擊方法：錘頭沿著焊縫縱向鋸齒形錘擊，速度約0.2～0.3m，勻速進行，每段往復處理2～3遍。錘擊后錘坑的深度0.05～0.09mm，兩側鋸齒形邊緣總寬約60mm。對于箱體梁與焊接方向一致錘擊。

2.4 焊后

所有焊縫除加強板要蓋住的焊縫打磨平整，其余的都不得打磨，不得有敲渣錘錘擊的凹坑，不得大于0.05mm。

2.5 檢測

考慮到母材特點，在焊接完畢36h后。才能確保無損檢測以后不再有冷裂紋，超聲波100%檢測，若有缺陷等情況，一次性返修合格，返修后，再等36h后進行無損檢測。

2.6 涂裝

是鋼結構的終極質量的保證，以前很多同行焊接工程師都沒有重視，很多露天鋼結構絕大部分都是涂裝，壽命不夠，大大縮短鋼結構的壽命，要么幾年就要再涂裝，這樣后來涂裝的質量與環境要求都達不到規范。

順序與要求：①原材料進廠噴丸處理——底漆；②廠內加工完畢噴丸處理加工部分——底漆；③再中層漆涂裝，包裝待發送現場；④現場安裝所有檢測合格后，焊接部分噴丸處理——底漆；⑤再中層漆涂裝，檢查非焊接部位的涂裝損傷部位的中層加漆；⑥最后全部面漆涂裝。該項目涂裝是3層，總厚度60～70μm；露天防腐施工作業因選擇適當的天氣，大風、遇雨、嚴寒等均不應作業。施工條件：氣溫10～35℃，相對濕度≤60%，在有雨、霧和較大灰塵條件下不暫停施工。

3 結語

南非項目的底部大梁鋼結構，按以上焊接結構工藝及相關措施施工后，焊縫外觀和內部質量均能滿足工程質量要求。工程結束后，客戶方專家驗收全部合格。1年后由南非一家研究所為第三方進行綜合檢測均合格。開始公司高層要求由新加坡一家公司外協，我經過20天的修改與論證。最后決定由本公司自己制做，僅這一項就為公司創造近600萬人民幣的效益。

[1] 鋼結構涂裝技術標準.

[2] 建筑鋼結構焊接技術規程.