某钢梁桥预制场焊缝和现场焊缝施工质量控制
2019-07-25李浩
李 浩
（湖南省勘测设计院，湖南 长沙 410014）
1 工程概况
湘府路高架桥全长11.85 km，西起湘府路大桥引桥段，东至红旗路东侧，是第一座湖南地区预制装配式桥梁。钢箱梁采用单箱四室断面，钢箱梁全宽24.8 m，钢箱部分宽19.092 m，两侧各悬臂3.354 m。钢梁与第一层10 cm混凝土桥面板在预制厂内结合，钢梁与钢梁采用焊接连接，厂内焊缝采用半自动埋弧焊和手工电弧焊；现场焊缝均采用手工电弧焊。半自动埋弧焊和手工焊均采用V型坡口，坡口全熔透焊接，母材材料Q345qD，母材厚度由14、16、20、25、32、36、40 mm组成，均采用全熔透对接焊缝。
2 焊缝影响因素
湘府路高架桥上部结构主梁采用等高变宽梁，钢梁采用工厂分节段制造和工地现场焊接节段缝。工厂内制造好之后，在现场吊装焊接成桥，焊缝多，焊接质量是工程施工质量的最关键环节。影响焊缝质量的因素很多，针对湘府路高架桥，在施工过程中主要的问题可分为工厂内焊缝和现场焊缝中出现的问题。
2.1 工厂内焊缝质量情况
厂内焊缝多数采用半自动埋弧焊，半自动埋弧焊外观检测与超声检测合格率100%。手工焊缝外观质量合格率为60%，外观缺陷主要是错位、飞溅、焊瘤、弧坑缩孔和焊缝余高不一致 （见图1）。手工焊缝母材厚度在14～40 mm，超声检测合格率95%以上，内部缺陷主要有气孔、夹渣、未焊透、未融合、裂纹，对有缺陷焊缝进行返修处理，返修后合格率100%。
2.2 现场焊缝质量情况
现场焊缝全部采用手工焊接，焊缝外观质量合格率约为50%，外观缺陷主要有错位、飞溅、焊瘤、弧坑缩孔和焊缝余高不一致 （见图2）。对于薄板 （14～16 mm） 超声检测合格率约为80%，厚板 （25～40 mm） 超声检测合格率约为60%。内部缺陷主要有裂纹、气孔、夹渣、未焊透，对有缺陷焊缝进行返修处理，返修后合格率100%。
图1 工厂内焊缝质量情况
图2 现场焊缝质量情况
2.3 影响焊缝质量的主要影响因素
影响焊缝质量的主要影响因素包括：焊接残余应力、焊条潮湿和环境湿度大、二氧化碳气体保护效果差、电流电压和焊接速度控制不当、灭弧时间短、坡口设计不合理和间隙过小、工人操作不熟练、焊丝短路等。在湘府路高架桥钢结构焊接中，主要的因素见表1。
表1 场内焊缝和现场焊缝影响因素对比
3 提高焊缝质量的技术措施
3.1 飞溅
对于不同厚度的钢板，选择合适的焊接电流、电压和速度。焊枪尽量垂直，前倾或后倾最好不超过20度。
3.2 焊瘤
厂内焊缝应控制熔池温度不要过高，选择适当的焊接电流，都熔池向外喷射小火星较多时，应立即灭弧。现场焊缝还要注意钢板间隙不过大，严格控制熔池温度，控制熔池形状，焊接电流比厂内焊接电流略小10%左右。
3.3 弧坑缩孔
延长收弧时间，填满弧坑或电流衰减灭弧，对已经形成的弧坑进行打磨清理并重新焊接。收弧位置焊丝不立即灭弧，在熔池稍做停留。全熔透对接坡口焊缝连接中，在引弧处和引出处设置引弧板和引出板。引弧板和引出板的长度控制在40～60 mm，厚度与母材钢板一致，坡口尺寸与对接钢板一样。
3.4 气孔
控制焊丝伸出长度，焊丝伸出长度控制在10 mm左右，根据母材厚度、焊缝位置、焊丝直径、焊机功率选择合适的焊接电流和焊接电压。现场焊缝还应尽量避免风的干扰，现场对接材料妥善保管，焊条使用前烘焙处理，钢板焊接铅预热处理，焊渣、药皮等清理干净。
3.5 夹渣
针对不同板厚选择合理的焊接规范参数和坡口尺寸，尽量减少焊缝错位，保持坡口干燥清洁。对于多层多道焊，必须将层间焊渣清理干净后再进行下一层焊缝的施工。
3.6 未焊透
未焊透会较大的减小焊缝截面积，降低焊缝承载力，同时加重应力集中现场，降低钢梁疲劳强度，影响结构安全。湘府路高架桥厂内焊缝主要为坡口未焊透，现场焊缝主要为坡口未焊透和根部未焊透。
根据不同的母材厚度，选用合适的坡口尺寸和坡口间隙，保证焊丝能伸入到坡口根部。间隙小时采用大坡口尺寸，间隙大时采用小坡口尺寸。
现场焊缝还应注意钢板错缝和根部未焊透。条件允许时尽量采用双面焊，无法双面焊时采用陶瓷垫的形式，避免根部未焊透。为避免钢板错缝，控制钢板的不平整度在2 mm范围内，现场定位时采用机械辅助，同时点焊固定时需焊接牢固。
3.7 十字形焊缝
十字形焊缝在焊缝交叉位置会出现三向应力，导致应力集中，从而影响焊缝强度。
组成板件的焊缝应避免十字形焊缝，采用T型焊缝。相邻两条T型焊缝间距不少于200 mm。施工时先将T型焊缝中一条焊缝焊接完成，待焊缝冷却后，将交叉部位焊缝采用碳弧气刨处理并清理干净，再焊接另一条焊缝。
4 结语
本工程钢结构焊接工作量大，施工难度大，质量要求高。在全熔透对接焊缝施工过程中，严格控制焊接原材、作业环境、坡口角度和间隙、钢材定位和焊接工艺，保证钢梁焊缝的外观和内在质量满足要求。
