李坤鵬

上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司 上海 200125

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

海南鋪前大橋跨海主橋橋長(zhǎng)460m，采用（230m+230m）米獨(dú)塔斜拉橋，主橋采用等截面鋼箱梁（如圖1所示）。頂板16mm厚、底板14mm厚，均采用U型加勁肋加勁，邊腹板板厚均為30mm，縱隔板在不同位置設(shè)置了實(shí)腹式和斜撐桿的空腹式構(gòu)造兩種隔板形式，橫隔板采用整體式結(jié)構(gòu)，除節(jié)段間頂板加勁肋采用栓接，其余結(jié)構(gòu)全部焊接[1]。

圖1 跨海主橋標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段構(gòu)造圖

2 鋼箱梁焊接技術(shù)

鋼箱梁焊接一般分為工廠內(nèi)節(jié)段制造焊接和橋位現(xiàn)場(chǎng)環(huán)縫焊接，目前鋼箱梁的工廠焊接已經(jīng)發(fā)展到機(jī)械自動(dòng)化程度，但橋位環(huán)縫連接主要還是由人工焊接和半自動(dòng)焊接相結(jié)合的作業(yè)形式。焊接工藝的貫徹執(zhí)行是決定著鋼箱梁的總體焊接質(zhì)量。

2.1 一般工藝要求

鋼箱梁在開工制造前首先要完成所有類型焊接接頭焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，并組織專家會(huì)對(duì)焊評(píng)報(bào)告進(jìn)行評(píng)審總結(jié)。焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)盡可能模擬該項(xiàng)目批量焊接作業(yè)時(shí)實(shí)際工況。焊接工藝（WPS）必須按照評(píng)定通過的焊接工藝評(píng)定報(bào)告編制。施焊應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝卡的規(guī)定。焊接參數(shù)只能在工藝卡規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)整，不得隨意變更。

鋼構(gòu)件組焊場(chǎng)地的平臺(tái)處均應(yīng)設(shè)置腹板及加勁肋的定位裝置，以保證鋼箱梁節(jié)段之間的現(xiàn)場(chǎng)連接準(zhǔn)確度。

焊接前所有焊接坡口的切割面、待焊區(qū)域內(nèi)的車間底漆及其他有害物，應(yīng)清除打磨干凈，要求露出金屬光澤（如圖2所示）。

圖2 接頭部位清理范圍

所有拼接的對(duì)接焊縫，以及鋼箱梁的⊥型角焊縫，必須按照規(guī)定在焊縫端部組裝引、熄弧板。在起熄弧處分別設(shè)置一對(duì)引、熄弧板，其材質(zhì)、厚度、坡口與所焊件相同。

多層多道焊的每道焊完后必須將藥皮、熔渣和飛濺打磨干凈，清除焊接缺陷后再焊下一道。焊接熔透角接焊縫時(shí)，必須為多道施焊并盡可能減少每一道的熔敷金屬填充量[2]。

2.2 焊接材料及焊前預(yù)熱

焊接材料必須是焊接工藝評(píng)定確定，經(jīng)檢驗(yàn)合格的材料，方可投入使用。焊材表面的油、銹必須清除干凈，焊劑中不允許混入熔渣和雜物。焊劑、焊條必須按表1的要求或產(chǎn)品說明書烘干使用，烘干的焊接材料隨用隨取。當(dāng)從烘干箱取出的焊接材料超過4小時(shí)，將重新烘干后使用，焊條的重復(fù)烘干次數(shù)不能超過2次。

表1 焊條、焊劑烘干溫度

二氧化碳?xì)怏w純度大于99.5%，焊接時(shí)氣路中應(yīng)接入保護(hù)氣體流量計(jì)（采用瓶裝二氧化碳?xì)怏w時(shí)，流量計(jì)應(yīng)能夠加熱）。

焊前預(yù)熱原則上盡量采用電加熱預(yù)熱，在焊縫很短，位置較小，及定位焊等不宜采用電加熱預(yù)熱時(shí)，擬采用氧乙炔火焰預(yù)熱。

兩塊不同厚度板對(duì)接或角接時(shí)，預(yù)熱溫度根據(jù)較厚板的預(yù)熱溫度進(jìn)行，預(yù)熱范圍為焊縫兩側(cè)各100mm以上,距焊縫30-50mm范圍內(nèi)側(cè)。定位焊的焊前預(yù)熱溫度，要比正式施焊的預(yù)熱溫度高50℃，預(yù)熱長(zhǎng)度為定位焊縫長(zhǎng)度的2至4倍。在施焊過程中，層間溫度應(yīng)控制在預(yù)熱溫度至200℃之間。為防止T型接頭出現(xiàn)層狀撕裂，必須特別注意厚板一側(cè)的預(yù)熱效果。

2.3 定位焊

定位焊前，必須按要求檢查所焊構(gòu)件坡口尺寸、根部間隙等，符合要求時(shí)，方準(zhǔn)許進(jìn)行定位焊。定位焊在構(gòu)件的起始端時(shí)，需離開焊縫端部30mm以上，避免交叉焊縫處的應(yīng)力集中。定位焊縫長(zhǎng)度大于50mm小于100mm，間距控制在400至600mm之間，焊腳尺寸一般小于0.5倍設(shè)計(jì)焊腳尺寸，定位焊的焊腳不小于4mm。定位焊焊后應(yīng)徹底清除熔渣，進(jìn)行多道定位焊時(shí)，應(yīng)在端部過渡處做出臺(tái)階，成漸變形緩慢過渡[3]。

2.4 關(guān)鍵部位焊接

（1）頂、底板單元焊接。U肋端部有鋼襯墊或端封板的，先焊U肋端部鋼襯墊或端封板。頂、底板單元U肋角焊縫焊接時(shí)，先將板單元固定在預(yù)制好縱、橫向反變形的馬鞍形胎架上，周邊用絲杠壓緊后焊接，焊接優(yōu)先選用自動(dòng)化程度較高的焊接機(jī)器人、龍門焊機(jī)或二氧化碳自動(dòng)焊小車施焊。焊接時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整焊槍的偏轉(zhuǎn)角度以保證最大熔深。在二氧化碳?xì)怏w保護(hù)自動(dòng)焊過程中，操作者必須實(shí)時(shí)跟蹤觀察電弧狀態(tài)、位置和機(jī)器人焊槍的行進(jìn)，以確保焊接質(zhì)量。板單元焊接結(jié)束，待所有焊縫冷卻后再松開反變形胎架上的絲杠。

（2）橫隔板與頂板角焊縫的焊接。橫隔板與頂板的平角焊縫，在U肋與隔板接板相交處80mm范圍內(nèi)不得進(jìn)行起、熄弧。焊縫在弧形切口處端部應(yīng)圍焊并打磨圓順，包角焊縫處半徑大于U肋板厚。

（3）板單元加勁角焊縫的焊接。優(yōu)先采用二氧化碳自動(dòng)焊焊接板單元加勁，對(duì)于自動(dòng)焊小車無法焊接的板單元加勁角焊縫可以采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊半自動(dòng)焊。按照從中間向兩側(cè)對(duì)稱并同向的原則施焊，為減小焊接變形，先焊長(zhǎng)焊縫后焊短焊縫。

（4）橫隔板、縱隔板單元的焊接。板單元上的板肋角焊縫、人孔圈角焊縫采用焊接機(jī)器人或二氧化碳焊接小車平位施焊。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)半自動(dòng)焊焊接板肋與板肋件立位角焊縫和自動(dòng)化焊接不到的位置。節(jié)段組裝時(shí)，縱隔板及橫隔板對(duì)接立焊縫均采用自動(dòng)焊小車進(jìn)行施焊。

（5）焊接變形控制。接頭組裝要求：坡口角度和根部組裝間隙過大會(huì)造成熱輸入引起焊接變形，在滿足設(shè)計(jì)要求及焊工可操作的情況下，盡量減小開坡口的角度和根部間隙，有利于減小焊接角變形和收縮變形。

焊接方法及工藝參數(shù)：盡量選用熱輸入較小的焊接方法，采用多層多道施焊。頂、底板單元在節(jié)段組裝時(shí)縱向拼縫焊接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊打底，埋弧焊蓋面。其余部位焊接接頭均采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊絲直徑選用1.2mm，打底焊電流不能過大。

反變形法：對(duì)于頂、底板單元平面外的縱橫向彎曲變形和焊接腳變形，一般采用在板單元焊接胎架上預(yù)設(shè)反變形用以抵消焊接帶來的變形。鋼箱梁節(jié)段拼裝制造時(shí)，在拼裝胎架上先設(shè)置橫向預(yù)拱度（橫向反變形），用以抵消梁段焊接成型后的橫向上翹變形。實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)估反變形量，在反變形胎架上預(yù)設(shè)反變形。

預(yù)留收縮量：預(yù)留收縮量是解決橫向收縮和縱向收縮的主要方法，該方法與焊接方法、坡口形式、組裝間隙、焊接熱輸入、構(gòu)件的約束狀態(tài)等都有關(guān)系，因此預(yù)留收縮量的大小要有大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來支持。一般預(yù)留的收縮量，在零件套料時(shí)已經(jīng)考慮在內(nèi)。

剛性固定：現(xiàn)場(chǎng)節(jié)段拼裝利用夾具、胎具等強(qiáng)制手段，以外力固定被焊件來減小焊接變形，具體方法有胎具固定法和局部增加剛性法。對(duì)于一些大型構(gòu)件或結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的焊件，也可以先組裝后焊接，即先將焊件點(diǎn)焊或分段定位后，再進(jìn)行焊接。此種做法可以利用焊件整體結(jié)構(gòu)之間的相互約束來減小焊接變形，。采用“馬板”進(jìn)行定位時(shí)，“馬板”只能單側(cè)定位焊。馬板的長(zhǎng)度不小于300mm，寬度不小于120mm。焊腳大小6-8mm為宜，端部避開10mm不焊?？R安裝間距控制500-1000mm，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要增加或減少，卡馬距焊縫兩端＞100mm。打底焊時(shí)，采用跳弧焊越過卡馬板，實(shí)現(xiàn)連弧焊接?？R板預(yù)熱、后熱與正式焊縫要求一致，打底焊完成后，解除卡馬板預(yù)留2-3mm根茬，采用磨平方式處理，但不能傷及母材，馬板拆除位置需進(jìn)行磁粉檢測(cè)。

焊接順序：海南鋪前大橋主橋鋼箱梁節(jié)段組裝焊接順序：對(duì)稱焊接底板縱向焊縫→對(duì)稱焊接橫隔板與底板單元焊縫（與斜底板的暫不焊）→焊接縱向腹板與底板焊縫→自下而上焊接縱腹板與橫隔板焊縫→橫隔板與斜底板間的焊縫→對(duì)稱焊接頂板縱向焊縫→焊接頂板下口橫隔板接板件的立對(duì)接焊縫→由下而上焊接橫隔板的對(duì)接焊縫→焊接橫隔板與橫隔板接板之間的橫向?qū)雍缚p→兩側(cè)對(duì)稱焊接風(fēng)嘴單元[4]。

調(diào)整焊接方向：對(duì)于同一焊接接頭，不同的焊接方向造成接頭位置產(chǎn)生的焊接應(yīng)力方向不同，在40-65mm的厚板多層焊接時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整焊接方向，使焊接應(yīng)力在接頭位置相互抵消，最大程度的減小焊接應(yīng)力，從而減小焊接變形。

（6）焊縫磨修。焊接后，必須用氣割切掉兩端的引、熄弧板或產(chǎn)品試板，并磨平切口，不得損傷母材。焊接尺寸、焊波或余高等超出制造驗(yàn)收規(guī)則中對(duì)焊縫的外觀要求上限值時(shí)應(yīng)修磨勻順，焊縫咬邊超過1mm或焊腳尺寸不足時(shí)，可采用手工電弧焊或二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作返修處理。

3 焊縫檢驗(yàn)及返修

3.1 外觀檢驗(yàn)

焊縫外觀的檢測(cè)可以輔以放大鏡、焊縫量規(guī)和鋼尺。焊縫外觀質(zhì)量必須滿足項(xiàng)目《制造驗(yàn)收規(guī)則》相關(guān)規(guī)定。

3.2 無損檢測(cè)

焊縫先要經(jīng)過外觀檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量無損檢驗(yàn)；焊縫焊接處理結(jié)束不能立即做無損檢測(cè)，須間隔24小后以后進(jìn)行檢測(cè)；鋼板厚度大于30mm以上的焊接件，在焊接完畢48小時(shí)后進(jìn)行無損檢測(cè)。

所有全熔透焊縫必須100%做超聲波檢測(cè)，其中頂、底板對(duì)接熔透焊縫除了進(jìn)行100%的超聲波探傷同時(shí)須按合同及規(guī)范要求的比例做射線拍片檢測(cè)。海南鋪前大橋頂板U肋角焊縫除了磁粉檢測(cè)外，合同要求增加了相控陣檢測(cè)。同一條焊縫要求用兩種以上方法檢測(cè)時(shí)，要各自滿足檢測(cè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，才能判定合格。當(dāng)發(fā)現(xiàn)焊縫中有裂紋或未熔合缺陷時(shí)，缺陷附近的探傷范圍應(yīng)擴(kuò)大一倍，甚至延至全長(zhǎng)。

3.3 焊縫返修

以400mm長(zhǎng)度為分界限，焊縫缺陷在此之上的，用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊或埋弧自動(dòng)焊焊接,反之用手工電弧焊。焊縫返修的焊接工藝嚴(yán)格按照WPS的規(guī)定執(zhí)行。修補(bǔ)焊縫一邊的開槽深度，不超出設(shè)計(jì)圖紙焊縫有效焊喉的65%，缺陷深度超過以上范圍時(shí)，需進(jìn)行反面修補(bǔ)（仰位返修時(shí)除外）。

在修補(bǔ)焊縫需要捶擊時(shí)，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)焊道或焊層的中間凸出表面，不允許對(duì)著母材或焊縫與母材的熔合處。凡需捶擊焊縫，錘頭應(yīng)做成半圓形R≥5mm，防止尖角造成應(yīng)力集中。

同一位置的焊縫返修次數(shù)必須控制在兩次內(nèi)。修補(bǔ)后的焊縫表面采用砂輪打磨勻順，打磨要求按照前面的規(guī)定，所有重大修補(bǔ)及返修焊縫，做好原始記錄交質(zhì)保部門備查。

4 結(jié)語

海南鋪前大橋鋼箱梁工程通過上述焊接質(zhì)量控制技術(shù)，焊縫超聲波探傷一次合格率在98%以上，磁粉探傷100%通過，工程順利通過交工驗(yàn)收。本文以該工程為例對(duì)鋼箱梁焊接質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行了介紹，希望對(duì)今后相同結(jié)構(gòu)類型的橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊接帶來一定的指導(dǎo)意義。