鋼結構橋梁焊接施工技術

樊 清 祿

(山西省大同市市政建設發展公司，山西 大同 037000)

1 工程概況

大同市北環橋工程位于大同古城北區主干道沿線上。北環橋為城市景觀橋，采用兩跨連續空間異形拱梁組合體系，其中拱結構采用非常規結構的三角異形拱形式，橋梁結構新穎、獨特，為國內首創。

主橋采用四跨連續拱梁協作體系，主橋跨徑布置28 m+70 m+130 m+28 m。其中主跨采用兩跨連續三角拱，副拱位于70 m邊跨，主拱位于130 m主跨，邊跨單側鋼箱梁采用6根平行鋼絲吊桿，集中錨固于副拱拱頂。主跨單側鋼箱梁采用10根平行鋼絲吊桿，集中錨固于主拱拱頂。本工程主體結構采用Q345qE及Q345E鋼材，輔助設施鋼材采用Q235C鋼材，最大板厚為100 mm。工程總用鋼量約8 300 t，其中主梁5 800 t，拱肋2 500 t。

2 焊接方法的選擇

在進行焊接方法的選擇工作時，首先考慮等強原則，另一方面考慮高空焊接時風速大、工作量大，要求焊接時有抗風性能同時也需要保證焊接方法的高效性。通常情況下，在進行主要焊縫的焊接工作時，可以選擇的焊接方法包括焊條電弧焊、CO2氣體保護自動焊以及埋弧焊等焊接方式；同時為提高焊接效率，保證焊縫外觀成形，制作橋面板對接焊縫采用手工焊填充、埋弧焊焊接及蓋面。一般的焊接工藝有仰焊、立焊、平焊。

2.1 焊接設備

1)采用的焊接設備;

a.ZXE1-400/500手工直流反接焊；

b.KRⅡ-500二氧化碳氣體保護焊；

c.ZD5-1250埋弧焊。

2)現場用電設備及用電計算見表1。

表1 用電計算表

用電計算：

Pjs=1.05(K1∑P1/cosφ+K2∑P2+K3∑P3+K4∑P4)=

1.05(0.5×33/0.75+0.6×1 020+0+1.0×16)=683 kVA。

其中，1.05為現場功率損失系數；Pjs為總的計算容量；Kx為需要系數，根據總裝容量計算值選取(x=1取0.5，x=2取0.6，x=3取0.8，x=4取1.0);Px為電動機額定功率(x=1為電動機，x=2為電焊機，x=3為室內照明，x=4為室外照明);cosφ為功率因數，取0.75。

2.2 焊接材料

根據本工程結構特點，選取相應的焊接接頭進行焊接工藝評定試驗，評定項目應覆蓋不同材料、不同焊接方法、不同焊接位置、不同鋼板材質、不同焊接接頭形式以及不同焊接板厚等。焊接材料采用與Q345qE強度、化學成分、力學性能相適應，并且還需要準備與母材相匹配的其他相關材料，包括焊絲、焊劑以及手工焊條等，同時還需要保證這些材料的性能可以達到相應的國標要求。

在進行焊接工作前，需要對這些焊接材料進行復驗，確保獲得進廠復驗合格單方可使用。需要注意的是，企業需要做好這些入場材料的烘干處理，之后必須要做好入場登記，并且交由現場專用倉庫進行規范的儲存，在施工開展的過程中需要領用材料時，也同樣必須要做好登記領用工作，并對所領用的焊條、焊劑進行檢查，確保其已經按照規定烘干，并根據行業規范和施工要求放置在專用的保溫筒內。在使用前對焊接材料檢查是非常有必要的，只有確保焊接材料都按照施工要求進行妥善的處理，才能保證后續的焊接工作可以順利的開展。焊條藥皮脫落、焊絲生銹以及焊劑受潮結塊等情況都是會對焊接質量產生重要影響的，施工工作人員必須要進行謹慎的對待。

2.3 預熱溫度

預熱溫度的確定與鋼材材質、板厚、接頭形式、環境溫度、焊接材料的含氫量以及拘束度都有關系。當由于下雨等因素造成構件表面潮濕，需采用氧—乙炔火焰加熱方法加熱除濕，母材焊前的最小預熱溫度見表2。

表2 母材預熱溫度

1)主材焊接接頭的預熱溫度應不小于表2規定的溫度，其溫度不得大于230 ℃。

2)當焊縫長度小于1.2 m，被焊部位板厚大于20 mm時可采用火焰加熱器進行加溫。用火焰加熱器進行預熱時，應預熱充分，正面測溫應在加熱停止后進行，預熱溫度應高于上述溫度10 ℃～15 ℃。

3)預熱溫度應采用測溫槍進行測溫。測溫距離應不小于焊接點各方向75 mm。

4)當環境溫度(或母材表面溫度)低于5 ℃，板厚小于20 mm的母材焊前應預熱至大于20 ℃。

2.4 焊接環境

根據現場實際操作要求，在焊接區域設置焊接防護棚，特殊情況下設置三防布包裹。防護棚要求能夠防風防雨且能夠覆蓋整個施工區域，如果焊縫較長或焊接區域較大可設置移動式防護棚。

1)焊接環境溫度低于0 ℃但不低于-10 ℃時應采用加熱措施進行施焊。

2)焊接面處于潮濕狀態，或暴露在雨、雪條件下，應進行烘干預熱施焊。

3)采取二氧化碳氣體保護焊作業風力大于2 m/s時。

4)焊縫區域的清潔、干燥，保證30 mm的范圍內不可存在腐蝕性液體、固體污染物以及其他雜物。

3 裝焊工藝要求

在鋼結構橋梁焊接項目施工時，選擇何種焊接方法和焊接規范，是由焊接工藝評定來確定的。通常情況下，鋼結構橋梁焊接施工會優先選擇的焊接方法包括CO2氣體保護自動焊、埋弧焊以及半自動焊，在焊接工作進行的過程中也是優先選用單面焊雙面成型工藝。焊接使用中需要選擇坡口型式，充分的發揮其焊縫金屬少、變形量小的優勢。嚴格的按照施工設計的要求進行規范施工，注意焊接順序和方向，采用有效的手段降低焊接變形情況出現的概率。如果施工中出現與焊接要求相悖的變化，需要暫停當前施工，并進行進一步的工藝評定工作，切不可盲目施工。

采用自動焊焊接工藝處理的接縫，必須要在接縫的兩端妥善的安裝上尺寸大于80 mm×80 mm的同質引弧板以及引出板，并確保其厚度能夠滿足焊接時的需求，不至于在焊接工作時被焊穿。需要注意的是，在使用埋弧自動焊進行鋼結構橋梁的焊接工作時，需要保證在當天完成，施工的過程中還需要做好裝配間隙的控制工作，原則上不可超過1 mm～1.5 mm。

3.1 定位焊

在對鋼結構橋梁進行定位焊施工時，需要嚴格的遵循與焊縫同等的質量要求。表現在具體的工作中，需要確保開展定位焊施工前，由專人對施工圖相關文件進行分析，確保焊件的各項數值符合施工要求，如果存在與設計圖不符的內容，就不能進行后續的定位焊施工。

1)開展定位焊前，需要對焊縫進行檢查，看其是否存在裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，確認無誤后施焊。

2)定位焊焊縫嚴禁在焊接區以外的母材上引弧和熄弧。

3)定位焊長度應大于40 mm,定位焊間距應控制在300 mm～600 mm。

4)定位焊的厚度不應大于焊縫設計尺寸的1/2，一般為4 mm～6 mm。

3.2 焊縫清理及處理

通常情況下，焊縫的清理范圍包括端面以及接縫兩側的寬度25 mm的表面。當鋼結構橋梁選擇單面連續焊時，就可以僅對焊接的那一面進行清理。封底焊一面的焊縫清理工作可以在封底焊開展前進行，但是接縫端面的清理工作一定要保證在主接縫焊接工作前進行。

1)采用砂輪以及鋼絲刷等工具，對主要構件的接縫處進行清理，要求清理的范圍內不能出現液體及固體雜物，并保證清理結束后可以呈現出金屬光澤。

2)受氣候因素以及其他因素的影響，焊縫可能會出現積水或是生銹的情況，工作人員也必須要進行及時的清理。

3)角焊縫的起落弧處應回焊10 mm以上，應連續施焊直至完成；不能一次性完成的焊縫應注意焊后的預熱，應重新焊接。

3.3 焊縫質量要求

3.3.1焊縫外觀質量

1)氣孔：橫向對接焊縫、縱向對接焊縫、主要角焊縫、棱角焊縫每米不多于3個,間距不小于20，焊縫端部10 mm內不允許有氣孔。

2)咬邊：受壓構件橫向對接焊縫、熔透角焊縫，腹板側受壓區域豎加勁角焊縫，Δ≤0.3 mm；縱向對接焊縫、棱角焊縫等主要角焊縫Δ≤0.5 mm，見圖1。

4)焊波：角焊縫h≤2(任意25 mm范圍內)，見圖3。

5)余高：對接焊縫b≤12時h≤2.0；1225時h≤3.0，見圖4。

6)余高去除后的表面：橫向對接焊縫(修磨紋垂直于焊道方向)Δ2≤|-0.3|mm，Δ1≤+0.5 mm，Δ表面粗糙度Ra50μm，如圖5所示。

3.3.2焊縫無損檢測要求

焊縫超聲波探傷范圍和檢查等級按TB 10212—2009鐵路鋼橋制造規范的“焊縫超聲波探傷范圍和檢驗等級”的規定執行。應根據構件結構焊縫形式、工作環境以及應力狀態等情況選用不同的質量等級。一級焊縫應進行100%的檢驗，二級焊縫應進行抽檢，抽檢比例應不小于20%，全焊透的三級焊縫可不進行無損檢測。

鋼箱梁及拱肋熔透焊縫為一級，拱腳及拱梁結合端焊縫為二級。

1)進行局部超聲波探傷，焊縫如發現裂紋或較多缺陷時，應進行射線探傷，當缺陷超標時應加倍檢測。

2)當對焊縫進行超聲波探傷不能正確判斷時應果斷的繼續采用射線探傷來進行焊縫的無損檢測，待到這兩種方法都使用后，確定滿足焊接施工的質量要求方才能認定為合格。

3)距離—波幅曲線靈敏度及缺陷等級的評定分別按TB 10212—2009鐵路鋼橋制造規范的規定執行。如出現裂紋、未熔合、未焊透(對接焊縫)等危害性缺陷等時，為不合格。

4)返修焊縫應按原焊縫質量要求檢驗。

3.4 焊接缺陷修復

當采用埋弧自動焊以及半自動焊對焊縫進行返修工作時，需要首先將清除部位的焊縫進行處理，之后才能進行接下來的焊接操作。需要注意的是，在對板厚不小于25 mm的Q345qE鋼板焊縫進行返修處理時，還需要進行事先的預熱處理。返修操作完成后應該對焊縫進行打磨處理，并進行嚴格的質量檢測，確保返修的焊縫能夠達到焊接質量要求。通常情況下，返修焊的次數不應該低于二次。

1)缺陷修補方法基本采用原焊接方法，對于焊接內部缺陷修補主要確定預熱溫度，施焊參數等。

2)焊縫出現夾渣、氣孔、未焊透等缺陷，用碳弧氣刨清除缺陷，用手工焊返修，預熱溫度50 ℃～100 ℃，焊后磨順。

3)因焊接而產生變形的構件，應采用機械方法(千斤頂)進行矯正。

4)清除缺陷的刨槽斜面角應大于10°的坡口，并修整表面、磨除氣刨滲碳層。

5)補焊時接頭應錯開，長度應不小于100 mm，當焊縫長度超過500 mm時，應采用分段施焊。

6)焊縫修復時的預熱溫度應比相同條件下焊接的預熱溫度稍高。

7)橫向對接焊縫必須去除余高，并順應力方向磨平。

4 結語

增強管理人員的焊接質量管控意識，加強員工培訓機制，提高人員素質、專業水平及知識掌握，不斷吸取新型技術人才，隨時的掌握施工人員的實際能力水平，對各個施工材料及環節進行驗收，從而提高鋼結構焊接施工技術水平。