CO2氣體保護焊在鋼桁架結構橋梁的現場焊接應用與研究

劉猛

摘 要：結合埃及蘇伊士運河鋼桁架橋梁的施工實踐，在耐候鋼性桁架鋼橋梁中采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊，解決了埋弧焊、電弧焊等焊接類型焊接效率低，焊道不易清理，焊接變形大等問題。CO2氣體保護焊具有高效、優質、節能、節材、自動化等特點，在鋼結構橋梁焊接中將逐步取代電弧焊、埋弧焊、氬弧焊成為主要的焊接方法之一。

關鍵詞：耐候鋼;CO2氣體保護焊;現場焊接;桁架橋梁

中圖分類號：U445.583 文獻標識碼：A

1 工程概念

本項目工程為埃及蘇伊士運河新建鐵路橋項目，本橋的結構形式為鋼桁架開啟橋，新建橋梁分東、西兩跨，跨徑組合為150 m+340 m+150 m，高63.1 m，橋面凈寬10.2 m，桁架中心軸寬12.6 m，總鋼量約為1.4萬噸，地處亞非大陸，靠近蘇伊士運河，為亞熱帶地中海氣候，鋼桁架所有桿件材質采用Q355NHD耐候鋼，圓管支撐材質采用Q355B。全橋連接節點形式均為焊接節點，現場焊接主要以低空拼裝+高空組裝相結合的焊接方式，現場焊接采用CO2氣體保護焊。

2 結構描述

在施焊前根據項目結構材質、成本、工期等情況，編寫焊接工藝流程，根據焊接工藝規程及焊接工藝評定報告，確定項目本工程的根據模擬現場的焊接形式、焊接材質、焊接方法等焊接試驗板，焊接完成后進行力學性能和超聲波測試，測試合格后，方可按焊接工藝流程實施，接頭形式主要以對接、T接為主。

3 CO2氣體保護焊施焊重難點分析及應對方案

本工程現場焊接工程量極大，焊接技術要求高，焊接難度大，焊接區域廣，工期緊迫，針對現場施工的困難作出應對方案：

（1）根據本工程的結構特點制定合理的焊接工藝，工藝技術得到合理有力的執行是產品質量的保證，對焊接工人進行焊接考試，合格才能上崗，同時加強對工人進行技術培訓和技術交底，提高工人素質，在項目實施過程中質檢進行有力的監督。

（2）根據本工程焊接特點，進行焊接工藝評定試驗，試驗結果合格后根據焊接工藝評定報告編制各種接頭的焊接作業指導書，用以指導本工程的焊接生產。

（3）現場合理安排工期，進行工期倒排，加強現場施工管控及質檢措施，保證焊縫質量。

4 CO2氣體保護焊施工工藝（見圖1）

5 CO2氣體保護焊現場質量控制措施

5.1 焊接材料及設備控制

（1）焊材和輔材必須根據本工程焊接工藝試驗合格結果及原材料復檢合格報告。

（2）焊接材料必須滿足該產品《焊接材料進貨檢驗規程》的要求，焊材庫房除具備必要的貯存、烘干、清理設施外，還要嚴格按照相應焊接材料的管理制度執行。

（3）焊接材料登記入庫后要建立檔案，檔案登記的內容有：生產廠家、名稱、型號或牌號、規格、爐號或批號、重量或數量、生產日期、入庫日期、有效期等，現場焊絲規格型號：

（4）焊接設備的技術條件應符合現行國家標準。清渣、加熱、氣刨、打磨、溫度測量及防風設備應齊全有效，現場采用松下YD-500KR2HVE型電焊機，滿足現場各項施工要求。

（5）使用的CO2氣體不低于HG/T 2537標準中合格品的指標，純度不小于99.5%。使用前必要時可倒置一定的時間（30分鐘），排除瓶內可能存在的水分后方可用于焊接。

5.2 焊接環境及預熱處理

（1）在工地放風速儀，定時測量及記錄施工期間的風速;焊接作業區風速當手工電弧焊超過8 m/s，氣體保護焊超過2 m/s時，必須設置防風棚。

（2）應對稱預熱。預熱范圍一般為焊縫100 mm以上，焊接電弧前方100 mm。測量位置為焊縫兩側約50 mm處，用測溫槍測量表面溫度。

（3）采用手工火焰加熱時，應根據構件、板厚、材質及環境溫度等條件通過試驗確定最短預熱時間，并制定作業細則?；鹧骖A熱時火焰不得直接烘烤坡口。

（4）焊縫必須一次連續焊完，中途遇不可抗力停焊時，應采取后熱或保溫措施，使之緩冷，再焊時應按焊前預熱要求進行預熱。

（5）預熱溫度的確定：預熱溫度根據相關規范要求進行，并根據抗裂性試驗的結果再作相應的調整。

5.3 焊前處理及焊接變形控制

（1）焊前檢查接頭坡口角度、鈍邊、間隙和錯口等，均應符合要求，坡口內及兩側10 mm～20 mm內銹斑、油污、水分、氧化皮等均應打磨清理至呈現出金屬光澤，且坡口表面平整。

（2）焊接墊板及引（收）弧板的表面清潔要求與坡口相同。墊板與母材應貼緊，引（收）弧板與母材材質相同并應焊接牢固。

（3）采用多層多道焊，嚴禁擺寬道，焊接過程中嚴格控制層間溫度不低于預熱溫度且不超過250℃，每道焊縫焊接應連續焊接，以保證穩定的熱輸入。

（4）采用合理的焊接順序：對截面形狀、焊縫布置均勻對稱的鋼結構件，應采用對稱焊接施工。不對稱焊縫先焊焊縫少的一側，后焊焊縫多的一側。這樣可使后焊的變形足以抵消先焊一側的變形，以減少結構總體變形。

（5）采用合理的焊接方法和焊接工藝參數：一般來說，不同的焊接方法，將產生不同的溫度場，形成的熱變形也不同。CO2氣體保護焊焊絲細，電流密度大，加熱集中，焊接變形小。選用熱影響區較窄的CO2氣體保護焊焊接方法代替手弧焊、埋弧焊，可減少鋼結構焊接變形。

6 CO2氣體保護焊現場質量驗收標準

6.1 外觀檢驗

（1）焊縫外觀檢驗要按照自檢、互檢、專檢的三檢制度執行，只有通過自檢、專檢合格的焊縫才能進行無損檢驗。

（2）外觀檢驗合格標準見下表：

6.2 無損檢測

（1）經焊縫外觀檢驗合格的焊接件，應在焊接24 h后進行無損檢驗。

（2）進行局部超聲波探傷的焊縫，當發現裂紋或較多其他缺陷時，應擴大該條焊縫探傷范圍，延至全長。進行射線探傷或磁粉探傷的焊縫，當發現超標缺陷時應加倍檢驗。

（3）采用超聲波、射線、磁粉等多種方法檢驗的焊縫，應達到各自的質量要求，該焊縫方可認為合格。焊縫的射線探傷應符合現行國家標準《金屬熔化焊焊接接頭射線照相》（GB/T 3323）的規定，射線透照技術等級采用B級（優化級），焊縫內部質量應達到Ⅱ級;磁粉探傷應符合標準《焊縫無損檢測 磁粉檢測》（GB/T 26951）和《焊縫無損檢測 焊縫磁粉檢測驗收等級》（GB/T 26952）的規定。

7 結語

實踐證明，在耐候鋼性桁架鋼橋梁施工中運用藥芯焊絲CO2氣體保護焊提高了焊接效率，按照焊接工藝規程施工保證了焊縫施工質量，在完成的906條焊縫中，經過外觀檢測、磁粉檢測、超聲波檢測，焊縫合格率100%，使用此工藝及措施保證了現場焊接質量，節約了焊材，滿足規范要求，在鋼桁架結構橋使用藥芯焊絲CO2氣體保護焊優于其他焊接方式，埃及蘇伊士運河平轉鋼橋成功運用此焊接方式，為以后同類型項目提供了借鑒。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房與城鄉建設部.GB 50661-2011.鋼結構焊接規范[S].2012-08-01實施.

[2]中國鐵路總公司企業標準.Q/CR 9211-2015.鐵路鋼橋制造規范[S].北京.中國鐵路出版社，2015-06-01實施.

[3]埃及蘇伊士運河EL-FERDAN新橋設計文件.