淺談鋼桁梁焊縫焊接質(zhì)量通病及預(yù)防控制措施

賈衛(wèi)亮

【摘 要】 本文通過濱海新區(qū)西外環(huán)高速11標(biāo)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(shí)焊縫出現(xiàn)的質(zhì)量通病，并對(duì)問題進(jìn)行分析，制定出相關(guān)的預(yù)防控制措施。

【關(guān)鍵詞】 鋼桁梁 焊縫質(zhì)量通病 預(yù)防控制措施

1 引言

以前，傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)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(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)橋梁也越來越多，除了保證鋼結(jié)構(gòu)橋梁桿件尺寸加工和線型滿足要求外，鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫焊接質(zhì)量成為關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)之一。本文通過對(duì)濱海新區(qū)西外環(huán)高速11標(biāo)海河特大橋主橋鋼桁梁焊接施工時(shí)出現(xiàn)的焊縫質(zhì)量通病進(jìn)行介紹和分析，并制定出相關(guān)問題的預(yù)防措施，確保焊縫焊接質(zhì)量。

2 工程概況

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

海河特大橋設(shè)計(jì)采用〈95m+140m+95m〉鋼桁架連續(xù)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(jié)點(diǎn)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(zhì)為Q345qD，焊接板厚范圍12～30mm。主要焊接接頭有全熔透對(duì)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(jù)設(shè)計(jì)材質(zhì)（Q345qD）及本橋結(jié)構(gòu)焊接接頭型式，現(xiàn)場(chǎng)采用埋弧自動(dòng)焊、焊條電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊完成本結(jié)構(gòu)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(hào) 焊接方法 焊材牌號(hào)及規(guī)格 應(yīng)用范圍

1 埋弧自動(dòng)焊

實(shí)芯焊絲 H08Mn2E+SJ101Q（Φ4.0） 鋼板接長(zhǎng)對(duì)接（長(zhǎng)焊縫>1m）

箱型桿件棱角焊縫填充、蓋面焊接

2 CO2氣體保護(hù)焊

實(shí)芯焊絲 MG50-6

（Φ1.2） 鋼板接長(zhǎng)對(duì)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(hù)焊

藥芯焊絲 YJ501Ni-1

（Φ1.2） 工地現(xiàn)場(chǎng)對(duì)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(bǔ)焊等

選用的焊接材料化學(xué)成份和力學(xué)性能均需與母材匹配，且部分指標(biāo)優(yōu)于母材。

3.2焊前準(zhǔn)備

3.2.1焊接工藝評(píng)定

施工前，對(duì)各種接頭形式，進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，其焊接接頭力學(xué)性能、屈服強(qiáng)度不低于基材的標(biāo)準(zhǔn)值；延伸率、低溫沖擊不低于基材的標(biāo)準(zhǔn)值。

3.2.2原材料及焊接胎架準(zhǔn)備

將原材吊裝至數(shù)控切割機(jī)操作平臺(tái)上，在數(shù)控電腦內(nèi)輸入鋼板設(shè)計(jì)切割尺寸，然后啟動(dòng)數(shù)控切割機(jī)開始切割鋼板；待切割機(jī)將鋼板切割完成后，用銑邊機(jī)將切割好的鋼板四周邊緣加工坡口，等厚鋼板焊接時(shí)坡口按1：1加工，不等厚鋼板焊接時(shí)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(zhǔn)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(nèi)制作鋼桁架梁專用胎架，對(duì)12榀梁進(jìn)行匹配制作。胎架線形根據(jù)鋼桁架梁下弦桿線形確定，根據(jù)監(jiān)控單位要求設(shè)置預(yù)拱值，保證鋼梁制作質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

3.3焊接施工

焊接前，工件應(yīng)在放平的狀況下施焊。防止因焊接應(yīng)力產(chǎn)生桿件的扭曲變形。節(jié)點(diǎn)板由于自由端較長(zhǎng)為控制焊接變形焊接前要設(shè)置工藝支撐。

焊接前先將待焊區(qū)域打磨顯露出金屬光澤。板厚≥28mm需要預(yù)熱，預(yù)熱溫度為80～120℃。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，原不要求預(yù)熱的接頭也應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度80～120℃。層間溫度不低于預(yù)熱溫度，當(dāng)?shù)陀陬A(yù)熱溫度時(shí)，需重新預(yù)熱；控制在150℃～180℃左右，且不超過250℃。

采用CO2氣體保護(hù)焊打底，埋弧自動(dòng)焊或焊條電弧焊填充蓋面進(jìn)行焊接。焊接采用多道焊，手工焊接時(shí)，焊條作適當(dāng)橫向擺動(dòng)。施焊時(shí)，環(huán)境溫度不低于5℃，空氣相對(duì)濕度不高于80%。當(dāng)相對(duì)濕度高于80%時(shí)，焊前應(yīng)用烤槍對(duì)焊區(qū)進(jìn)行烘烤除濕，焊條、焊劑在空氣中暴露時(shí)間盡量避免超過2小時(shí)。

焊接完成后按規(guī)范要求對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢查。探傷合格后對(duì)部件進(jìn)行矯平并順應(yīng)力方向?qū)⒑缚p余高磨平。

4、焊縫常見的通病產(chǎn)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(chǎn)生的原因，并制定出相應(yīng)的控制措施是保證焊縫質(zhì)量合格的關(guān)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(jù)其形成的情況，可以分為點(diǎn)狀?yuàn)A渣和條狀?yuàn)A渣兩種（圖1）。

圖1 焊縫夾渣

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

夾渣產(chǎn)生的原因主要有以下方面：

1、待焊區(qū)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(yè)時(shí)，電焊機(jī)電流過小，電弧不穩(wěn)定，熔深小。

3、焊接時(shí)焊接速度過快，引起焊縫兩側(cè)吹邊，導(dǎo)致產(chǎn)生夾渣。

4、焊接施工過程中，層間焊渣清理不干凈。