高原季風氣候對超寬幅鋼箱梁焊接的影響

李 洋 昊，張 宏，劉 正

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

在低環境溫度下焊接由于焊縫的冷卻速度比常溫條件下快許多,當焊接接頭冷卻到鋼的馬氏體轉變溫度附近時容易產生馬氏體、貝氏體等淬硬組織,焊縫中的擴散氫也來不及釋放，由于淬硬組織、拘束應力和氫的作用三大因素影響易產生冷裂紋。對于低溫條件下焊接施工的技術措施，我國的焊接規定焊接的環境溫度不應低于5 ℃，嚴禁焊件在溫度低于-20℃時施焊；當焊接環境溫度低于-10℃時,需經過相應的環境溫度保護且經過評定合格后方可進行焊接。

由此可見,我國主要對最低焊接溫度進行了規定,同時對低溫環境下的焊接提出了預熱和后熱及保溫的要求,其中對焊接溫度不低于5 ℃的要求最高，最為嚴格。在我國焊接施工規范中,沒有具體的“臨界施焊最低溫度”的定義,只能根據實際情況做出適合于客觀環境的正確決策。

高原季風氣候的特點是風力大，多大風、雷暴和冰雹等天氣，對焊接有低溫和風力因素的影響，在這種低溫環境下，進行超寬鋼箱梁的焊接施工有很大影響。在進行焊接施工時，風力和低溫會造成焊接接頭急速變冷、焊接時的氫不容易向外擴散而造成鋼結構產生裂紋，進而影響到焊接施工的整體質量[1]。鋼箱梁采用的焊接方式有：埋弧自動焊，二氧化碳氣體保護焊，手工電弧焊。在超寬幅鋼箱梁施工中，焊接技術的好壞將直接影響到施工的質量。筆者以西昌某項目為例對其進行了闡述。該項目受高原季風氣候的影響，超寬幅鋼箱梁的焊接受到了很大的影響，項目部結合以往的施工經驗并經過多次試驗結果對比，最終采用了帶有二氧化碳防護罩的焊接技術，有效降低了高原季風氣候對焊接的影響。在進行鋼箱梁焊接時，采取多層焊接的施工方式，既可以實現對焊接施工的有效控制，同時又可以確保焊縫的質量。該焊接施工方法需根據鋼箱梁的結構以及材料等進行確定，同時還需要根據鋼箱梁的施工圖紙對焊接位置進行糾正。

2 鋼箱梁的焊接施工

2.1 焊接工序

鋼箱梁經檢驗合格后進行吊裝，再按照本工程的焊接要求及焊接順序進行鋼箱梁的焊接。焊接時先點焊進行臨時固定，然后再進行全方位的焊接。鋼箱梁焊接時，必須按焊接施工工藝中規定的焊接順序、焊接要求及焊接方向施焊，不得隨意改變焊接施工步驟。在進行鋼箱梁吊裝時，所有的零件和單元都需要利用定位焊進行組裝，然后再將其焊接成整體結構，定位焊的質量將直接影響到產品的質量，因此對其一定要引起十分的重視。在進行定位焊之前，應根據焊接工藝和圖紙對焊件的坡口尺寸、幾何尺寸、焊接縫隙進行設計，且對施工部位根據具體情況進行清理，檢查合格后方可進行鋼箱梁的吊裝及定位焊接，否則不得進行定位焊接。定位焊縫不能出現夾渣、裂紋、焊瘤、焊偏等缺陷，咬邊深度不得大于0.5 mm。定位焊縫應布置在焊道內并應由持合格證的焊工施焊。

為了防止產生過大的內應力而導致鋼箱梁每段的外部結構尺寸發生改變，鋼箱梁段的焊接應分步進行，并且遵循先內后外、先下后上、由中心向兩邊進行施焊的原則，優先選用二氧化碳焊接的方法。焊接的施工順序對焊接變形及焊后殘余應力有很大影響，焊接時，為盡量減少結構焊接后的變形和焊后殘余應力，結構焊接應盡量實行對稱焊接，讓結構受熱點在整個平面內對稱、均勻分布，避免結構因受熱不均勻而產生扭曲和較大的焊后殘余應力[2]。

2.2 焊接控制要點

在進行焊接時，一定要特別注意現場的環境，當焊接環境出現下列任一情況時，必需采取有效的防范措施，否則禁止施焊。①風速大于 2 m/s 時，必須采用防風棚、防風罩等措施。②相對濕度大于 80% 時，采用火焰加熱法將工件表面的水分去除。③雨天采用搭建防雨棚的方式以保證施焊時不受風雨的影響，否則應停工。④焊件溫度低于5℃時，縫口兩側100 mm范圍內按照要求烘烤加溫。基于以上要求，項目部技術人員根據工程的地理位置特點以及現場焊接的經驗研發出了一種提高焊接質量的措施：選擇合適的焊接工藝參數和正確的操作方法并在正式施焊前進行焊接工藝評定，根據合格的評定報告進行焊接。焊接過程采用工裝對箱梁加以固定，防止焊接過程中產生角變形，同時減少撓曲變形和扭曲變形。

2.3 高強度水平軸向風力環境中的鋼箱梁焊接技術

在現場進行鋼箱梁焊接施工時，水平軸向風力會將焊接時的二氧化碳吹走，從而導致二氧化碳的濃度不足，進而對焊接的質量產生影響。

在西昌某項目施工中，總承包部技術人員通過對二氧化碳濃度進行調整的實驗方法確定出二氧化碳氣體保護焊所用的二氧化碳濃度不得低于99.5%，二氧化碳氣體保護焊用的二氧化碳氣體的含水量及含氮量不應超過 0.1%。采用在焊接機械設備頂部安裝風速傳感器的方法，連續實時監測施工位置的風速以及風量的大小，在焊機上設置智能化程序，當焊接現場的風速大于2 m/s時，二氧化碳保護焊機就會自動切斷焊接設備保護電源，開啟焊機防風罩以滿足二氧化碳保護焊的施工要求，確保高強度水平軸向風力作業環境下二氧化碳的濃度，保障鋼箱梁的焊接質量，確保施工進度。

2.4 晝夜高溫差應力變化狀況下的鋼箱梁焊接

鋼箱梁鋼板的焊接對環境的溫度要求較高，溫度過低會導致焊接時接頭迅速變冷，溫度過高會使焊接的接頭不能在合理的時間范圍進行冷卻，這兩者都會導致焊接質量的降低，進而影響到后續的工程質量[3]。

本工程通過恒溫通風設備，采用阻燃風帶輸送通風，使鋼箱梁接觸面基本保持在恒溫狀態，采用代替常規陶瓷加熱片的做法解決了晝夜高溫差作業環境的問題。一般情況下，可將層間溫度維持在20℃～150℃，應盡量一次性完成接頭的焊接工作，然后再重新加熱焊縫，此時的加熱溫度應比焊接前的溫度提高20℃～30℃左右，直至完成焊接作業。

3 與傳統焊接方式進行對比

傳統二氧化碳焊接技術：在之前的現場施工中，一般都采用傳統的二氧化碳焊接技術，但這種焊接技術存在很多局限性：在進行小直徑、大長度撐管焊接作業時，之前所用的傳統焊接技術就變得很受限制，很難有效的完成焊接作業；有時，雖然完成了焊接工作，但往往實際的焊接質量很難得到保障。在焊接過程中，不但焊接者工作強度大，而且焊接工作效率也不高， 這種現狀已很難滿足現代工業鋼箱梁的安裝施工。鑒于現場發現高原季風氣候嚴重影響二氧化碳焊接的質量，項目部技術人員根據現場的實際情況并經試驗證實采用在二氧化碳焊機外加風罩的方式解決了焊接質量問題[4]。

二氧化碳氣體保護焊焊接技術的主要特點：(1)二氧化碳氣體保護焊在焊接的過程中會集中產生電弧熱量，同時，由于焊接的加熱面積較小，焊接液體的熔池就小，有利于焊接過程中的雙面成型，便于對焊接池進行有效控制。(2)二氧化碳氣體保護焊在焊接過程中焊接的電流較大，可以有效保障焊接的熔深。由于焊接用的熔池較小，焊接的速度較快，會使焊接效果更加深入，更有利于焊接過程中的焊透。(3)二氧化碳氣體保護焊在焊接過程中相較于其他的焊接方式焊渣較少，有利于焊接的可見度，亦 有利于在焊接過程中對焊接的外觀形狀進行控制，同時還可以實現對焊接質量的控制， 從而可以在保障焊接工人工作效率的同時縮短焊接的時間，為焊接工作人員減輕了負擔，并且還節約了焊接中的材料損耗[5]。

4 關鍵技術

二氧化碳保護焊機的關鍵即通過風速傳感器、可視化防風罩、溫度傳感器、恒溫通風設備解決了高原季風氣候超寬幅鋼箱梁受風速、溫度應力影響產生的焊接質量問題。風速傳感器能夠精確的傳感外界風速，采用可視化風罩可以對施工中的操作進行可觀控制，采用溫度傳感器和恒溫通風設備可以對施工中的溫度進行實時控制，保持溫度恒定在焊接的最佳溫度范圍。通過這四個關鍵點，達到了提升焊接質量的目的。二氧化碳保護焊機不僅適用于高原季風氣候地區，而且對各種低溫、多風天氣都適用；在二氧化碳保護焊機底部安裝的滑輪，使二氧化碳保護焊機在轉移過程中變得輕易簡便。

5 焊接質量檢查及注意事項

焊接質量檢查：包括外觀檢查和無損檢驗。外觀檢查是指焊縫外表不得有裂紋、未融合、夾渣、咬邊、燒穿、弧坑等缺陷，焊接區無飛濺殘留物；焊縫無損檢驗是利用超聲波探傷儀和 X 射線對焊縫進行檢驗，要求超聲波探傷 100%，X 射線不少于10%拍片檢查。

注意事項：(1)每道焊縫施焊完成后應清除焊縫表面的焊渣及兩側的飛濺物，打磨光滑后方可繼續施焊。(2)焊接過程中不允許在焊縫以外的母材上隨意引弧，焊接時必須使用引、熄弧板。(3)對拼裝時所用的碼板必須采用火焰切除或機械切除的方法，火焰切除留3～5 mm碼板，多余部分采用磨光機修磨光滑，不能對主要材料造成損害[6]。

鋼箱梁焊接施工時，一定要嚴格工序檢查：從下料工序開始，嚴格控制箱梁板料及單件的直線度、平面度誤差，即用于整體拼裝的單件誤差一定要控制在圖紙或規范允許的范圍內。

6 結 語

雖然中國的鋼箱梁橋發展較晚，且前幾年在實際應用中的規模也不是很大，但其在近幾年的發展速度加快了，應用也多了，設計、制作與架設等的經驗也得到了不斷積累，研究工作不斷有新的進展。中國目前仍處于大規模的交通基礎設施建設時期，特別是對于市政橋梁工程的建設，鋼箱梁橋還具有廣闊的應用前景。在鋼箱梁安裝過程中，焊接技術尤為重要，筆者針對高原季風氣候對二氧化碳焊接的影響進行分析后得出二氧化碳保護焊可以在高原季風氣候下在超寬幅鋼箱梁焊接施工中應用的結論。有效使用二氧化碳保護技術，可以使鋼箱梁焊接施工的質量得到提升，其不僅外觀優質，而且力學性能能夠達到標準要求。可以預見，結合超寬幅鋼箱梁的施工技術、工藝流程、質量控制措施等進行進一步的研究和探索并不斷完善和創新，能夠為今后從事高原季風氣候區鋼箱梁焊接作業的人員提供很大的幫助，并且能在超寬幅鋼箱梁施工中發揮出更大的作用，進一步保證橋梁工程的質量。