1、合江長(zhǎng)江一橋鋼管拱肋高空焊接質(zhì)量控制楊占峰 王東霞 覃碧（廣西壯族自治區(qū)公路橋梁工程總公司二分公司）摘要：本文以合江長(zhǎng)江一橋?yàn)槔?，介紹了其鋼管拱肋安裝過(guò)程中，拱肋空中接頭的焊接工藝及質(zhì)量控制方法，供其它鋼管混凝土拱橋施工參考。關(guān)鍵詞：鋼管 高空焊接 質(zhì)量控制引言：鋼結(jié)構(gòu)的廠內(nèi)加工一般有較好的條件和設(shè)備，焊接質(zhì)量易于保證，但在橋位現(xiàn)場(chǎng)的裝配焊接，由于受各種條件限制，焊接質(zhì)量較難控制。尤其的大跨徑鋼管混凝土拱橋，其拱肋矢高較高，施工難度大，影響焊接質(zhì)量的因素多，必須靈活采取各種措施和方法，以保證現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量。1、工程概況合江長(zhǎng)江一橋地處四川省瀘州市合江縣，是跨越長(zhǎng)江的1座特大型橋梁，其為瀘渝高速公

2、路的控制性工程。橋?qū)?0.6m，全橋長(zhǎng)841m，主橋?yàn)榭鐝?30m的特大型鋼管砼中承式拱橋。拱肋凈矢跨比為1/4.5，凈矢高達(dá)111.11m，拱軸系數(shù)為1.45。主橋拱肋截面高度在拱腳處為16m，在拱頂處為8m。全橋分上下游2條拱肋，上下游拱肋間為橫撐，拱肋共分成36節(jié)段制作，單肋18段。拱肋上弦管為132022mm的鋼管，下弦管為1320鋼管，壁厚從拱腳到拱頂由34mm漸變到22mm。圖1、合江長(zhǎng)江一橋橋型布置圖（單位：m）拱肋在制造廠內(nèi)分段制作好后，用輪船運(yùn)輸?shù)綐蛑?，再用纜索吊裝系統(tǒng)吊起，分兩岸逐段對(duì)稱進(jìn)行安裝，最后在跨中合龍，形成整個(gè)拱圈。拱肋節(jié)段與節(jié)段間的接頭采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊

3、接，使用5mm厚的鋼帶作為襯墊，焊絲采用CHT-711 1.2藥芯焊絲。橋址處常年多霧，空氣濕度大，且處于峽口，高度達(dá)到20m以上后，風(fēng)速較大。2、焊接及焊縫缺陷分析拱肋節(jié)段安裝就位后，先調(diào)整接頭兩端管壁的錯(cuò)邊量，使錯(cuò)邊量小于1mm。然后安裝接頭嵌補(bǔ)段半瓦板，修磨焊縫坡口，再安裝鋼襯墊。焊縫坡口角度為45，采用單面坡口，焊縫間隙為5mm。鋼襯墊厚5mm，寬50mm。圖2 管對(duì)接環(huán)焊縫形式（單位：mm）焊接前，采用砂輪機(jī)對(duì)焊縫區(qū)域50mm范圍進(jìn)行表面清理，其清潔度達(dá)到GB/T8923-1998 St3級(jí)的要求。焊縫采用多層多道焊方式，用CO2氣體保護(hù)焊焊接，單面焊雙面成形，焊接完成后采用超聲波進(jìn)

4、行檢測(cè)，檢測(cè)合格后再將焊縫打磨勻順。所有焊接工作均在高空完成。合江長(zhǎng)江一橋首節(jié)段拱肋安裝好，接頭焊縫焊接完成后，經(jīng)超聲波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有少量缺陷，按250mm長(zhǎng)為1個(gè)超聲波檢測(cè)片位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從8條焊縫的缺陷類型上看，主要的缺陷為氣孔和根部未熔合，與以往已施工的鋼管混凝土拱橋上調(diào)查統(tǒng)計(jì)得到的缺陷類型相符。拱肋高空焊縫缺陷質(zhì)量頻數(shù)統(tǒng)計(jì)表序號(hào)缺陷頻數(shù)（點(diǎn)）累計(jì)頻數(shù)（點(diǎn)）頻數(shù)百分比累計(jì)百分比1氣孔242442.942.92未熔合204435.778.63咬邊3475.484.04凹陷3505.489.45夾渣2523.693.06焊縫尺寸不符合要求2543.696.67焊穿1551.898.48裂紋156

5、1.8100合計(jì)5656100%100% 氣孔主要是指熔池中的氣泡凝固時(shí)未能逸出而殘留下來(lái)所形成的空穴，根據(jù)氣孔產(chǎn)生的部位不同，可分為內(nèi)部氣孔和外部氣孔。焊縫氣孔產(chǎn)生的原因主要為以下幾個(gè)方面： 空氣濕度太大，超過(guò)90%，水分分解，氫氣、氧氣侵入； CO2氣體純度不夠或供氣不足，保護(hù)不良；焊條藥皮中含有水和氣體：焊條烘干溫度太低、保溫時(shí)間太短； 母材上有油、銹、水、漆等污物，分解產(chǎn)生氣體；操作原因引起的氣孔：運(yùn)條速度太快，氣泡來(lái)不及逸出；風(fēng)大，保護(hù)不完全；電弧過(guò)長(zhǎng)，電弧電壓過(guò)高。未熔合是指熔焊時(shí)，焊道與母材之間、焊道與焊道之間、點(diǎn)焊時(shí)焊點(diǎn)與母材之間，未完全熔化結(jié)合的部分。產(chǎn)生未熔合的根本原因是焊

6、接熱量不夠，被焊件沒(méi)有充分熔化造成的。主要原因有：電流太??；焊速太快；電弧偏吹；操作歪斜；起焊時(shí)溫度太低；焊絲太細(xì)；極性接反，焊條熔化太快，母材沒(méi)有充分熔化；坡口及先焊的焊縫表面上有銹、熔渣及污物。經(jīng)分析，焊絲用塑料袋密封包裝，不存在潮濕問(wèn)題，未用完的焊絲也收回放入烘箱內(nèi)烘干才使用；工人焊接速度較平穩(wěn)，不屬于速度過(guò)快；這些都不是造成焊縫產(chǎn)生氣孔的主要原因。拱肋接頭高空焊接處的風(fēng)速較大，超出了焊接許可的要求，造成空氣侵入焊縫，是導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生氣孔的原因；四川合江當(dāng)?shù)氐目諝鉂穸容^大，早晚潮濕，焊口上有水、銹跡等，也是導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生氣孔的主要原因。其次，焊縫所用鋼襯墊厚度較大，空中安裝襯墊操作不方便，鋼

7、襯墊不能很好的跟焊口根部密貼，熔池內(nèi)鐵水流失，則是造成焊縫存在未熔合的原因。大橋所用供電線路與居民用電同一高壓線，較容易受居民用電影響，電流、電壓不穩(wěn)，也是造成焊縫存在未熔合的原因之一。3、焊縫缺陷控制方法由于客觀條件的影響，拱肋高空對(duì)接接頭焊縫極易出現(xiàn)氣孔和未熔合質(zhì)量缺陷。對(duì)此，大橋施工技術(shù)人員經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究，采取了以下幾種措施改善焊接條件： eq oac(,1)焊縫施焊前，用砂輪機(jī)將焊口進(jìn)行打磨，將焊口上的毛刺、銹跡、油漆等打磨干凈，使其清潔度達(dá)到St3.0級(jí)的要求。在焊接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)濕度計(jì)，當(dāng)空氣相對(duì)濕度80%時(shí)，將焊縫兩側(cè)80100mm區(qū)域內(nèi)加熱烘干，溫度為80100，然后再進(jìn)行焊接。焊接過(guò)程

8、中盡量保持施焊的連續(xù)性，如焊接中斷時(shí)間超過(guò)20分鐘，則在恢復(fù)焊接之前，重新用烘槍將焊縫烘干，再進(jìn)行焊接。如此，可保證焊口上無(wú)水汽，避免氣孔發(fā)生。圖3 加熱烘干焊口 eq oac(,2)為減小風(fēng)的影響，在空中對(duì)接接頭處搭設(shè)防風(fēng)棚。防風(fēng)棚由上平臺(tái)和下平臺(tái)組成，下平臺(tái)用圓鋼焊接成吊籠，依靠槽鋼懸掛在拱肋橫撐上。平臺(tái)底部緊密鋪滿木板，既作為腳踏板也防止風(fēng)從底部向上吹。在平臺(tái)四周，在欄桿上掛彩條布，將整個(gè)焊接區(qū)域圍護(hù)起來(lái)，使風(fēng)的影響降低到允許范圍。上平臺(tái)用槽鋼支撐在拱肋主弦管上，框架為槽鋼，四周焊接鋼管與圓鋼作為欄桿，然后在欄桿上掛彩條布。上平臺(tái)高度為1.5m，高過(guò)焊縫位置約1m。為防止風(fēng)灌入上平臺(tái)，在

9、靠近焊縫的來(lái)風(fēng)方向，頂部也包裹彩條布。平臺(tái)搭設(shè)完成后，采用風(fēng)速計(jì)實(shí)測(cè)防風(fēng)棚內(nèi)風(fēng)速小于2m/s后，再進(jìn)行焊縫焊接，否則，進(jìn)行整改，直至滿足規(guī)范要求。圖4 防風(fēng)平臺(tái)（單位：cm） eq oac(,3)鋼襯墊與鋼管坡口底部的貼合度很重要，為使其貼合良好，將鋼襯墊按照現(xiàn)場(chǎng)焊口的形狀熱彎成圓形。拱肋節(jié)段安裝就位后，將接頭兩側(cè)錯(cuò)邊量調(diào)整好，然后打磨好坡口，再將鋼襯墊點(diǎn)焊固定在兩端鋼管上，使其緊貼管壁底部。最后，安裝2塊半圓形的接頭板，與兩端鋼管對(duì)接。由于鋼襯墊被彎成圓形，其與焊口根部的貼合度較好。但部分位置由于安裝半圓形接頭板時(shí)碰動(dòng)，出現(xiàn)較大空隙。對(duì)此空隙，用焊條手工電弧焊將空隙封閉。由于焊條較焊絲粗，熔

10、滴大，封閉空隙較容易。用電弧焊將鋼襯墊與焊口根部的空隙封閉后，再用CO2氣體保護(hù)焊焊接焊縫。如此，建立熔池時(shí)，鐵水不會(huì)流失，易于保證焊接質(zhì)量。圖5 圓形鋼襯墊 eq oac(,4)大橋的施工用電與當(dāng)?shù)鼐用裼秒姽灿?組高壓線路，用電易受居民用電影響。對(duì)此，大橋施工技術(shù)人員對(duì)用電情況進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，其中，榕山岸的高壓線為110KV，電流電壓較穩(wěn)定，而白米岸較不穩(wěn)定。通過(guò)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)手段進(jìn)行分析，技術(shù)人員將白米岸居民用電高峰時(shí)段統(tǒng)計(jì)了出來(lái)。施工人員經(jīng)過(guò)研究，將拱肋的高空焊接施工盡量避開(kāi)居民用電高峰期，確保在現(xiàn)有條件下，電流電壓穩(wěn)定的情況下再進(jìn)行焊接。當(dāng)拱肋合龍后，通過(guò)在拱上布置電纜，將榕山岸的電接到白米岸

11、拱該岸使用，使其可使用穩(wěn)定的高壓線路。4、焊縫質(zhì)量控制效果經(jīng)過(guò)采取上述措施，拱肋對(duì)接接頭焊縫的質(zhì)量得到了有效保證，大大減少了焊縫氣孔和未熔合的發(fā)生率，拱肋高空對(duì)接接頭全部焊接完后，使用超聲波對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，其平均一次性檢測(cè)合格率達(dá)98.6%。拱肋現(xiàn)場(chǎng)焊接焊縫超聲波檢測(cè)表 表4-1節(jié)段編號(hào)焊縫總長(zhǎng)（mm）超聲波探測(cè)缺陷長(zhǎng)度（mm）一次性檢測(cè)合格率(%)備注重慶岸上游第一段52800125097.6重慶岸上游第二段3840092097.6重慶岸上游第三段3840010099.7重慶岸上游第四段3840096097.5重慶岸上游第五段384000100.0重慶岸上游第六段384000100.0重

12、慶岸上游第七段384000100.0重慶岸上游第八段384000100.0重慶岸上游第九段3840074098.1上游合龍口重慶側(cè)1920019099.0宜賓岸上游第一段52800149097.2宜賓岸上游第二段38400131096.6宜賓岸上游第三段3840091097.6宜賓岸上游第四段3840084097.8宜賓岸上游第五段3840030099.2宜賓岸上游第六段3840020099.5宜賓岸上游第七段3840045098.8宜賓岸上游第八段3840042098.9宜賓岸上游第九段3840051098.7上游合龍口宜賓側(cè)1920012099.4重慶岸下游第一段52800154097.1

13、重慶岸下游第二段38400110097.1重慶岸下游第三段3840056098.5重慶岸下游第四段3840087097.7重慶岸下游第五段3840044098.9重慶岸下游第六段384000100.0重慶岸下游第七段3840010099.7重慶岸下游第八段3840026099.3重慶岸下游第九段3840038099.0下游合龍口重慶側(cè)192000100.0宜賓岸下游第一段52800102098.1宜賓岸下游第二段3840090097.7宜賓岸下游第三段38400113097.1宜賓岸下游第四段3840044098.9宜賓岸下游第五段3840034099.1宜賓岸下游第六段3840032099.

14、2宜賓岸下游第七段3840030099.2宜賓岸下游第八段384000100.0宜賓岸下游第九段3840020099.5下游合龍口宜賓側(cè)192000100.0總 計(jì)15168002061098.6 將焊接完成后各種焊縫缺陷出現(xiàn)的頻數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，焊縫氣孔和未熔合所占的頻數(shù)百分比明顯降低，這2種缺陷情況得到了有效控制。拱肋高空焊接質(zhì)量缺陷頻數(shù)表 表4-2序號(hào)缺陷頻數(shù)（點(diǎn)）累計(jì)頻數(shù)（點(diǎn)）頻數(shù)百分比累計(jì)百分比1氣孔222222222未熔合204220423咬邊145614564凹陷147014705夾渣128212826焊縫尺寸不符合要求109210927焊穿7997998裂紋11001100

15、合計(jì)100100100%100%5、結(jié)語(yǔ)鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)焊接條件不如廠內(nèi)，易使現(xiàn)場(chǎng)焊接的質(zhì)量降低。但通過(guò)靈活的采取各種措施，改善施工條件，也能保證現(xiàn)場(chǎng)焊接的焊縫質(zhì)量。質(zhì)量控制是運(yùn)用質(zhì)量管理的理論和方法，以改進(jìn)質(zhì)量，降低消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平為目的的活動(dòng)。它分為計(jì)劃、執(zhí)行、檢查和處理四個(gè)節(jié)段，在以上四個(gè)階段中，需要調(diào)查、分析大量的數(shù)據(jù)和資料，依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)或系統(tǒng)分析的基本原理，制訂一些方法和措施，來(lái)控制產(chǎn)品的質(zhì)量。QC活動(dòng)近年來(lái)被廣泛運(yùn)用于工程實(shí)踐中，而且方法越來(lái)越多，理論越來(lái)越完善，工程實(shí)體的質(zhì)量水平得到了一定的提高。本文的拱肋高空對(duì)接接頭焊接，受潮濕、風(fēng)大等條件影響，焊縫不免會(huì)出現(xiàn)缺陷，但通過(guò)采取烘干焊口、設(shè)置防風(fēng)棚、使用焊條電弧焊封