鋼結構箱型橋梁焊接質量控制技術

文正輝　王茂欣

摘 要：鋼箱梁橋以其跨越能力大、強度高、施工靈活、建設速度快等優點，在我國城市橋梁建設工程中受到了廣泛重視，其應用和發展逐步成熟，其發揮的作用也越來越大。文章以鄭州市京廣快速路（北三環～連霍高速）項目橋梁施工為依托，主要探討了鋼結構箱型橋梁的焊接技術及質量控制方法，為類似工程的制造安裝施工提供一些參考和建議。

關鍵詞：鋼箱梁；焊接工藝；變形控制

1 工程概況

鄭州市京廣快速路（北三環～連霍高速）項目主線高架橋梁在與連霍高速公路相交處，其結構形式為鋼結構箱型連續梁，該箱型梁上跨連霍高速。連霍高速主干寬55m（雙向8車道），有一匝道出口寬3m，高速公路中分帶寬3.0m，為減少橋梁跨徑，高速公路中央設置橋墩。鋼箱梁分為50+50m兩跨，上面板總寬25m，梁高2500mm。

工程難點分析：（1）該鋼箱梁外形大、焊縫多、制造安裝精度要求高，必須制定好合理的施焊順序，整個焊接工程的焊縫檢測和返工要有相應的預案，確保鋼箱梁成品符合設計和規范要求。（2）鋼箱梁跨過連霍高速公路，安裝過程中不允許封路，必須要組織好交通疏導，確保施工安全和道路通行順暢。

2 焊縫質量控制

2.1 焊接方法及焊接材料選擇

鋼箱梁構件母材材質為Q345qD，鋼板厚度為δ10～δ35mm。根據母材特點以及施工現場條件，定位焊采用焊條電弧焊，填充焊選擇藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊，蓋面焊選用自動埋弧焊。對比了我國幾家主要焊材生產廠家，根據施工條件以及焊接材料工藝性能，藥芯焊絲選用天津金橋公司提供的JQ-YJ501Ni-1焊絲，直徑1.2mm，二氧化碳保護氣體純度≥99.5%；埋弧焊選用焊絲H08MnA，焊劑H431；定位焊選用焊條為J507。

2.2 焊接工藝參數

在鋼箱梁焊接作業中，合適的焊接工藝參數，直接決定著焊接接頭質量。目前，埋弧焊、手工焊條焊的技術已經運用成熟，因此本工程重點是把握藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊工藝參數。焊接電流、電弧電壓是二氧化碳氣體保護焊的主要參數之一。如果焊接電流較小，則送絲速度慢、熔深較淺，影響焊接質量及工作效率；如果焊接電流較大，容易出現咬邊、燒穿等缺陷。電弧電壓偏低時，易造成飛濺增大、焊道變窄及焊縫余高增大；電壓偏高時，弧長拉長，焊道變寬，熔深變淺，且易產生氣孔。因此，為了保證焊接接頭質量和工作效率，我們通過反復的工藝試驗及焊接工藝評定，確定了合適的焊接電流、電弧電壓。

2.3 焊接操作要求

第一，打底層焊接，在焊縫起點前方50mm處的引弧板上引燃電弧，然后運弧施焊。熄弧時，不允許在接頭處熄滅，而是應將電弧引帶至超越接頭處50mm的熄弧板熄弧。運弧采用往復式運弧手法，在兩側稍加停留，以達到焊縫與母材平緩過渡的要求。

第二，填充層焊接，在進行填充焊接前應清理首層焊道，檢查坡口邊緣有無未熔合及凹陷夾角，如有必須用角磨機除去。二氧化碳氣體保護焊時，焊絲伸出長20～25mm，焊接速度30～40mm/min，氣體流量20L/min，運弧手法采用斜劃圓方法。

第三，蓋面層焊接，該焊縫直接關系到外觀質量是否符合質量檢驗標準，開始焊接前應對前道焊縫進行仔細打磨清理，施焊時確保焊縫連續均勻成形。蓋面層焊縫，應防止出現咬邊缺陷，在焊縫十字交叉處尤其要注意操作。

3 焊接變形控制

結構件焊接完成冷卻后，因在其焊縫位置及焊接熱影響區存在較大的殘余應力，所以焊接構件會產生變形，焊接變形對結構件的質量和性能會產生不利影響。變形的種類有：平面內的縱橫向收縮變形、焊縫回轉變形和平面外的橫向彎曲變形（角變形）、縱向彎曲變形、波浪變形、扭曲變形等。為了控制焊接變形，本工程制定如下技術措施：

3.1 優化焊縫設計

盡量減少焊縫數量，在鋼箱梁面板單元劃分時采用大尺寸單元，最大寬度達4m，減少了鋼板單元之間的對接焊縫。合理選擇焊縫形狀及坡口尺寸，盡可能減少熔敷金屬總量以減小焊接變形。合理布置焊縫的位置，盡量做到對稱布置、分散布置，便于施焊，且避開最大應力處。

3.2 采取工藝措施

第一，預留焊接收縮量。對于板單元平面內縱橫向的收縮變形，制作時長度方向預留二次切割余量，鋼箱梁梁段焊接完成后進行劃線切割，確保梁段焊接收縮后長度滿足結構要求；寬度方向在板單元下料時采用正公差，板單元對接焊時，在焊縫間隙上加入一定量的焊接收縮量，確保焊接后的整體尺寸。

第二，設置反變形。對于板單元焊接產生的平面外橫向的彎曲變形，一般采用反變形的方法。板單元焊接時在反變形胎架上進行；板單元拼接焊時預留反變形，以減少焊后變形量；總拼時，胎架橫橋向焊接時預留反變形，以保證鋼箱梁在橫橋向的線性符合要求。

第三，剛性固定。將板單元焊縫處加以固定來限制焊接變形。總拼時，通過底板與胎架馬板焊接來限制底板的焊后變形，在板單元對接焊和T型焊接時，通常使用馬板固定，也可以使用壓重的方法。

第四，選擇合理的焊接順序和焊接方向。鋼箱梁焊接時遵循先內后外、先下后上、由中心向兩邊對稱施焊的原則。梁段高度達2.5m，為減小板單元平面內的旋轉變形，對于隔板之間的對接焊縫、隔板與中腹板之間的角焊縫分兩次進行。場內焊接具體順序如下：在胎架上定位中間底板單元，然后向兩邊依次組裝其余底板，對稱焊接底板單元間縱向對接焊縫；從梁段一側依次組裝橫隔板、中腹板，對稱焊接橫隔板與底板焊縫、中腹板與底板焊縫、中腹板與橫肋板焊縫、橫隔板與中腹板焊縫。現場焊接具體順序如下：在墩柱上先定位鋼箱梁，然后吊裝調整聯接梁段，全部用馬板固定后，先焊接橫梁，再焊接橋面板，最大程度控制焊接變形。

4 結語

鋼箱梁的制作過程中，對焊接變形、殘余應力以及板單元尺寸的精準控制是保證現場施工精度的基礎；鋼箱梁的安裝過程中，制定嚴密的吊裝方案、焊接方案和檢測方案，有利于保證施工質量、加快施工速度及減少對交通的影響。

采用文章介紹的焊接工藝和質量管理措施，最終焊縫UT一檢合格率達到了97%，RT一檢合格率達到了95%，取得良好效果。本工程在鋼結構橋梁中具有一定代表性，其技術措施值得借鑒和推廣。

參考文獻

[1] 黃文哲.焊工手冊[M].機械工業出版社，1988.

[2] 葉曉志.鋼結構橋梁加工安裝技術的研究與應用[D].山東大學碩士論文，2012.

作者簡介：文正輝（1985- ），男，湖南衡陽人，本科，新蒲建設集團有限公司，工程師，研究方向：橋梁工程、鋼結構工程；王茂欣（1986- ），男，河南新鄉人，本科，南水北調中線干線工程建設管理局河南分局，經濟師，研究方向：技術經濟。