基于橋梁鋼結構復合鋼板焊接技術分析

葉華

（江西交投咨詢集團有限公司，江西 南昌 330199）

0 引言

Q370qD+316L 復合鋼板是由奧氏體不銹鋼316L與橋梁用結構鋼Q370qD 采用熱軋復合而成的，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

此次工程項目軌道橋頂板應用Q370qD+316L 不銹鋼復合鋼板進行建設，是項目施工的重點和難點。經過分析發現，復合鋼板的優勢是耐磨性好、耐腐蝕性強，同時還具備鋼材的韌性與強度，且價格相對較低，經濟效益、社會效益都非常好。某高速公路改建項目中，把不銹鋼復合板用于橋梁鋼結構施工，突出不銹鋼和橋梁鋼的優勢，延長橋面板的壽命，對橋梁總體效果提升產生積極的意義。

2 施工要求

2.1 施焊焊工

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

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，在焊接時應做好如下工作：第一，焊接開始前進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、銹蝕等，并根據實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，嚴格執行焊接工藝技術標準進行焊接施工。加強基層、過渡層結構焊接厚度控制，避免出現焊接質量問題。第三，預防出現再熱裂紋的問題，并且根據基層、過渡層、復層的順序開始焊接施工。第四，鎳復合板的坡口制作結束后，應對100mm范圍內噴灑防飛濺涂料，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、復層時選擇使用直徑較小的焊條，以防止發生嚴重的復層稀釋問題。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、力學性能完全符合工程的要求。第六，過渡層、復層焊接開始前，應及時進行坡口、邊緣部位的清洗處理，達到潔凈度的標準要求。第七，焊接施工選擇熟練焊接作業人員進行，焊接性能和質量符合要求，盡量減少返修次數。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，提高焊接性能和質量水平。

2.3 預熱和熱處理

復合板焊接開始前應進行預熱處理，焊接完成后進行熱處理，以消除應力的影響，執行焊接工藝規程的各項標準。第一，焊接開始前進行預熱，一般需要根據復合鋼板厚度來進行，做好預熱溫度的控制。通常來說，過渡層的焊縫預熱溫度應控制在150C 左右。第二，焊接工作結束后，按照設計方案的要求進行焊后熱處理，消除焊接過程中產生的應力，預防發生裂紋的問題。鎳基合金通常來說，不需要焊后熱處理依然可以達到應有的性能，符合工程的使用標準。

2.4 焊接檢驗

鎳復合板在焊接工作結束后，需要及時進行基層、過渡層、復層方面的檢驗確定。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、復層焊接前進行檢驗工作。如果發現缺陷超出規定標準，就應及時返修處理。返修工作結束后，再次進行射線檢測，達到標準才能繼續焊接施工，并進行焊縫表面打磨處理。對于過渡層來說，焊接的前、后應進行滲透檢測，確保沒有任何影響工程質量的缺陷問題。復層焊接施工全部完成后，再次進行滲透檢測，達標后才能繼續施工。

3 焊接工藝制訂

3.1 焊接方法

因為該項目施工中，復合鋼板主要是安裝到橋面板的頂板部位上，結合現場的焊接位置、接頭形式、結構形式、母材特性等，所以為了切實提升焊接的特性，滿足施工要求，該項目采用二氧化碳氣體保護焊進行焊接施工，以達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量，確保焊接接頭和熱影響區都能夠達到力學性能的標準，焊接接頭部位應加強控制，選擇合適的焊接材料尤為重要。復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氣體保護焊，過渡層應用E309LT1-1 藥芯焊絲CO氣體保護焊，不銹鋼層采用E316LT1-1 藥芯焊絲CO氣體保護焊。

3.3 坡口形式

結合橋梁工程的結構形式，選擇應用2 組典型對接接頭開展試驗分析，其中第一組是現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。在現場施工中，橋位對接焊縫因為空間方面有較大的限制，應盡量不要使用仰焊的方式，以達到焊接質量和性能的要求?？梢詰帽趁尜N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，在橋梁鋼結構焊接優勢明顯。為了使得現場焊接施工達到要求，進行坡口加工極為重要，應設計為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?；鶎雍附硬捎肨492T1-1C1A 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

Q370qD+316L 復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 焊接工藝設計

4.1.1 焊接材料選擇

分析了解奧氏體不銹鋼復合鋼板焊接特點，根據實際情況需要，按照基層、過渡層、復層的順序進行，所以應選擇最佳的焊接材料開始焊接施工，以達到焊縫質量標準要求。

4.1.2 基層和復層焊接材料的選擇

基層焊接、復層焊接選擇合適的材料進行，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層焊縫母材稀釋，使復層焊縫的化學成分可以達到復層母材要求的關鍵部位。在不銹鋼復合板的焊接施工中，接頭質量的控制尤為重要。對于過渡層焊接施工，主要的目的是補償因為稀釋所造成的元素流失，從而確保焊縫部位的材料性能合格，達到規定要求，不會出現熱裂紋的問題。在焊接過程中，嚴格遵循焊接工藝方面的要求，每一項工作都必須落實到位，從而提高焊接效果，達到連接質量和穩定性。

4.2 焊縫坡口設計

焊接坡口形式選擇尤為重要，必須綜合分析復合鋼板焊接特點，了解到填充金屬材料特性，確?；鶎雍附訌姸群细?，還要使復層材料的耐腐蝕效果合格。根據材料的特點以及設計方案的要求，選擇合適的焊接坡口形式，以提高焊接質量水平。不同坡口形式的要求不同，但是都必須加強坡口形式、尺寸的控制，才能提升焊接效果水平。在坡口制作結束后，應組織質檢人員進行尺寸檢測，并進行坡口部位的打磨處理，確保不會有任何雜質因素的影響。在基層結構焊接工作完成后，復測一側應用碳弧氣刨清根處理，全部打磨干凈，裸露母材金屬光澤后，開始進行基層焊縫的100%UT 檢測。檢測達到標準要求后再進行過渡層的焊接施工，并100%PT 檢測，最后進行復層的焊接施工，結束后應用100%RT 檢測。

4.3 試件焊接

在橋位對接焊縫的施工中，首先進行1～2 道的打底焊作業，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，應低于不銹鋼底層1～2mm 左右。在基層填充工作結束后，進行過渡層焊接，按照1～2 道的要求進行焊接。上述焊接全部完成，且經過檢測合格，開始漸進性不銹鋼蓋面層焊接。Q370qD 打底焊時，應用小電流、擺動焊的方式，從而防止出現燒穿、未熔合等問題。基層填充應選擇多道焊的方式，保持層間溫度不超過200C，還要預防出現晶粒過大的情況，確保焊接強度、韌性符合要求。過渡層、不銹鋼層應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，不會有基礎鋼材侵入不銹鋼內部，預防發生腐蝕的問題。工廠板拼接焊縫在焊接中，過渡層與不銹鋼焊接施工中，應確?，F場橋位對接焊縫是相同的；對于基層焊接時，應進行背面清根處理，使用碳弧氣刨開展，結束后進行坡口打磨處理，以露出金屬光澤為標準，有效預防出現夾渣、滲碳等問題。

4.4 過渡層的焊接要點

在過渡層焊接施工中，確保整個復層的焊縫都要達到耐腐蝕的效果，從而提高結構層的性能和標準。過渡層焊接施工的目標就是確保不會因為稀釋造成元素流失，確保復層結構的焊縫性能合格，達到規定的標準和要求。經過焊接技術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行焊接，即使在焊接時出現基層稀釋的情況，也能夠預防出現損壞結構性能的問題。第二，為了避免出現基層過渡層稀釋嚴重的情況，在焊接時應盡量減小焊接電流，適當增加焊接速度。第三，焊接施工中，應用稀釋速度較小的焊接方式。第四，復合鋼材的性能非常優越，尤其是耐腐蝕性、抗裂性，所以在結合鋼材的性質、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，達到工程的標準。第五，要想確保復合板的性能達標，過渡層的覆蓋范圍以及厚度覆蓋范圍的基層碳鋼結構就應采用相互溶解、稀釋等方法進行處理。在過渡層的施工中，其厚度應控制在1.45～2.5mm，并且復層的厚度要超過1.8mm。

4.5 焊接工藝評定試驗結果

在焊接施工開始前，應進行兩組試件的焊接性能檢測，質檢人員進行焊縫質量的檢測，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，各項性能參數全都合格，具體結論可為：焊接金屬拉伸561Red/MPa；焊接接頭拉伸570Rm/MPa；側彎直徑10mm，相關結構均滿足工程標準。

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準要求進行檢測分析確定。經過維氏硬度分析，發現316L 的硬度性能明顯超過Q370qD；不銹鋼一側的熱影響區、焊縫部位的硬度都要超過Q370qD 結構。

5 注意事項

第一，裝配環節。需要在基礎層表面開展作業，無論是焊接，還是點焊施工，都要做好基層結構的保護，預防存在碳鋼污染復層結構的情況。尤其是要注意，打磨碳鋼結構的砂輪不能直接用于復層的打磨施工，預防發生侵染的情況。

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

第三，對焊接質量存在直接影響的是不銹鋼復合板結構，所以在裝配環節應加強控制，確保坡口尺寸與形式合格，達到焊接標準要求。

第四，不銹鋼復合板焊接工作中，關鍵性的工作就是避免碳鋼進入不銹鋼焊縫或者不銹鋼結構內，所以在基層焊接的施工中，不能出現復層熔化的情況，因此要加強自動埋弧焊的控制，確保焊接施工的順利進行。過渡層的焊接工作實施中，應加強管理和控制，基層與復層的結合部位熔合情況應符合要求。過渡層開展復層焊工作實施前，首先需要做好鐵離子檢測的工作，如果發現有不合格的情況，應及時進行砂輪打磨檢測。焊接作業中，還要加強飛濺物的控制，避免雜物進入不銹鋼焊縫內。

第五，禁止使用低合金焊材以及碳鋼焊材進行復層、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，需要加強基層母材、基層焊縫、復層母材的控制，還要確保填充效果合格，達到焊縫效果和性能要求。

第六，根據技術標準要求，結合面的復層過渡層厚度設定為1.7mm；焊條電弧焊焊接一層，不能超過兩層結構。在過渡層焊接的過程中，應保證其厚度控制在3～5mm 左右，從而使厚度合格，符合防腐蝕性能的標準要求。

第七，復層、過渡層的焊接環節，根據需要先進行兩側焊接，然后再焊接中間焊道。焊接環節，加強擺動幅度的控制，一般控制在焊條直徑的0.6～1.1 倍左右，相鄰焊道應重疊1/3、1/2 的寬度。復層焊道的表面要達到平滑性的要求，且下凹的深度控制在1.5m以內，母材與焊縫金屬物應采取平滑過渡的方式。

6 結語

綜合以上分析，在橋梁鋼結構復合鋼板焊接工程開展階段，想要切實提高鋼板焊接的質量，就需要做好材料的科學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，要根據鋼結構橋梁焊接的施工標準，對施工方案以及施工現場進行科學控制，同時還需要加大對焊接技術的更新，引進自動化技術實現自動化焊接，這樣才能夠推動各項工作有序開展。