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钢结构产品焊接工序的质量控制

发表时间：2021/6/8 来源：《基层建设》2021年第2期作者：韦曲浩

[导读] 摘要：钢结构在现代建筑中的应用范围非常广泛，它具有跨度大、造型丰富和工期短等特点。

        广西中信恒泰工程顾问有限公司广西南宁 530000
        摘要：钢结构在现代建筑中的应用范围非常广泛，它具有跨度大、造型丰富和工期短等特点。在钢结构中，焊接是非常重要的，尤其是关键部位的焊接。可以说，焊接质量的好坏直接影响到整个工程的质量。可是在现场施工时，受人为和外界等因素的影响，焊接工艺施工人员在进行桥梁钢结构焊接时，其工艺质量是无法得到有效的保障，这不仅影响了钢结构的安全坚固性，甚至会影响整个桥梁的安全可靠性。因此，为了有效地保证桥梁钢结构的坚固牢靠性和桥梁整体的安全可靠性，须提高钢结构焊接质量及焊后检测水平。所以，加强对钢结构焊接及焊后检测问题研究具有非常重要的现实意义。
        关键词：钢箱梁；焊接；检测；质量
        1 钢结构焊接技术工序要求
        1.1 钢箱梁焊接
        某项目在钢箱梁制造过程中，焊接工艺的选择是焊接质量保障的基础和关键。该工程项目要求所有类型的焊接在实施之前都要先进行工艺评定，结合评定结果选择合适的焊接工艺。在焊接工艺评定时注意评定试验条件要与项目工程的构造链接对应，焊缝技术力学性能必须高于母材料标准值。除此之外，钢箱梁焊接技术还要满足工程项目招标文件中所要求的技术标准，符合国家相关要求和规定。在选择焊接材料时要使用和母材料相适应的焊条、焊剂与焊丝，符合电弧焊相关技术要求，CO2气体保护焊的气体纯度不小于99.5%。在该项目中，钢箱梁梁段采用全焊结构，所以结构焊缝量大，造成的焊接变形与残余应力不可忽略。在钢箱梁梁段制作时，应在保障焊缝质量的基础上使用焊接变形小的焊接工艺，尽可能地使用CO2气体保护焊。顶板、底板与腹板对接焊缝都是I级熔透焊缝，在焊接工艺选择时注意焊接变形的控制，尽可能地采用变形小的坡口。
        顶板板单元在制作加工时，下料前采用钢板矫正机矫正，去除钢板内残余应力，U肋建议采用热轧制造，U肋必须达到设计规定的角度，直线度、扭曲度要求。"U”形加劲肋需要先进行工艺试验，然后在进行冷加工制作。在制作时圆角边缘要完好，不能出现裂纹。在进行焊接前需要先对内侧进行涂装，同时手工自由切割处也要做好打磨，确保表面平整。边缘焊缝和对接焊缝需要打磨平整。另外，对于一些临时使用螺栓孔洞的，施工完成以后还要用螺栓进行封堵。横隔板和顶板、"U”形加劲肋之间的组装间隙要小于1.0mm，两者之间使用角焊缝焊接方式，从顶板到U肋使用连续焊到弧形缺口端部。在U肋和顶板交接处80mm内不能起息弧。横隔板和U肋之间的焊缝在和弧形缺口50mm范围内在横隔板上久5mm的双面坡，按1：8进行平顺过渡。同时弧形缺口端部围焊时需要进行打磨，确保匀顺。
        1.2 钢箱梁梁段组拼焊接
        钢箱梁加工单位应该学习和吸收国外类似桥梁加工的经验，针对该项目提出切实可靠的钢箱梁组拼方案。该项目组拼方案内横隔板和顶板、U肋都不能使用仰角焊接。钢箱梁段之间的焊接需要在边跨合龙完成后进行，并对先行端钢砼结合段和后行端钢砼结合段悬臂端口的位移和断面倾角进行实测，并在拼装现场对梁段进行称重，并重新计算吊装后线形，以方便根据实测数据在梁段之间的焊接时对线性进行调整，以保证合适的吊装线形。整体组焊完成后，按精度要求检测梁段几何尺寸，然后进行涂装等后续作业。在进行吊装梁拼装时，应将考虑钢梁自重问题以及焊接收缩等所造成的问题，提高拼装精度。在进行钢砼结合段焊接操作时，应在钢梁确定位置后，先把高强螺栓拧紧，然后再进行两端接口顶、底、腹板、嵌补段的焊接。A梁段和钢砼结合段在工地连接之后，顶板、底板和腹板都使用焊接连接；横隔板使用实腹式构造，板厚为12mm，和纵隔板、底板、腹板、上横肋之间均以焊接方式进行连接。
        1.3 箱梁普通钢筋焊接
        箱梁底板上、下层的定位钢筋下端必须与最下面的钢筋焊接牢固；钢筋与预应力管道冲突时，只能小范围挪动，不得切断或去除钢筋。如果钢筋长度大于设定长度，在施工中可以考虑使用焊接、绑扎等模式进行接长。在进行接长操作时要避开钢筋应力较大的位置，根据施工技术要求进行错接操作。在对受力主钢筋进行接长操作时，要注意错开布置，注意控制长度区域范围内接头受力钢筋面积占比。在该项目中，要求使用绑扎操作时，受力钢筋截面小于总面积的25%；使用焊接、连接器等模式时，受力钢筋截面要小于总面积的一半。另外，使用绑扎操作时，搭接长度必须大于或者等于40倍钢筋植筋；使用焊接操作时必须使用双面焊，且焊缝长度要控制在最少5倍的钢筋直径。该项目在进行柱钢筋接长操作时使用的是电渣压力焊。在焊接前需要对钢筋保护膜与接长位置进行清理，进行钢筋安装时应上下同力，要求接头弯折角度小于或者等于4°，轴线偏移要控制在1/10的钢筋直径范围内，且要控制在0~2mm。在焊接操作完成之后，还要按照规定对弯折、偏心、烧伤等问题进行检查。如果发现焊接不能达到要求时就需要进行切除重焊。
        2 钢结构焊接质量控制
        钢箱梁焊接质量的好坏直接关系到钢箱梁的受力安全与结构稳定性。所以，要提高钢结构项目的整体质量，就必须加强对焊接操作的管理，重视焊接变形控制，采取合理的焊接工艺，制定完善的质量控制措施。
        2.1 尽量采用平焊与单面焊
        在钢结构节段拼装焊接操作中，受重力影响，在进行顶板、底板下部仰焊时焊水不能堆积在一起，所以焊接质量无法保障。尤其是在底部下部空间较小位置操作时，受空间限制人工不能进行下部仰焊，通常采用瓷片做下垫将仰焊变为平焊。平焊与单面焊的焊接质量更高，所造成的焊接变形量和残余应力也更小。因此，在该工程项目中，钢结构焊接时，尽量采用平焊和单面焊，少使用仰焊。
        2.2 焊接过程变形控制
        焊接过程的变形控制包括顶底板对接焊和收缩变形控制、T形肋和顶底板坡口角接焊缝变形控制。
        2.2.1 顶底板对接焊和收缩变形控制
        顶底板对接使用的是CO2气体保护焊和埋弧自动焊结合的方式。在采用CO2气体保护焊时，要注意弧板处的根部缩孔与弧坑裂纹，避免出现反面成型差、间隙不均匀等问题。在焊接操作过程中要严格按照相关规范进行操作，息弧处要加快接头速度，或者回焊要在20mm以上。对于焊接间隙过大或者过小的问题可以使用前推或者拉的运条方式来解决。在焊接第一道埋弧自动焊结束后还需要去除内衬，避免焊缝金属滴下影响焊道厚度。在第一道打底焊道焊接结束且焊缝温度降低之后再去除引弧板，避免焊接变形。
        2.2.2 T形肋和顶底板坡口角接焊缝变形控制
        在本建设项目中，根据顶板和底板的厚度，按照焊缝有效厚度不小于0.8倍T形肋板厚度来操作，同时在焊接时要注意不能出现烧穿的问题，焊接结束后还要对焊缝进行超声波检测。在该项目中采用了如图所示的焊接反变形胎架。

        图1 反变形焊接
        在焊接操作时，工件在上述反变形胎架的支撑下进行焊接，整体板块使用同向焊接模式，通过焊枪角度调整和焊丝推送确保坡口根部熔合性良好，保证焊缝表面成型质量。横隔板使用整体隔板模式，在长度方向使用立位对接模式，宽度方向使用仰横位对接接头模式。立位于仰横位对接横隔板厚度为12mm，使用单面焊双面成型模式。
        结束语：
        焊接工作贯穿于钢箱梁制造和安装的整个过程，对钢箱梁整体工程质量具有直接影响。因此，建设施工单位应重视钢箱梁焊接及焊后检测工作，为整体项目的顺利实施提供保障。
        参考文献：
        [1]王凌波，朱季，宋一凡，等.基于实测温差模式的大节段吊装钢箱梁焊接时机研究[J].中国公路学报，2016，29（12）：85-92.
        [2]王若林，李根森.扁平钢箱梁U肋焊接残余应力数值模拟分析[J].土木建筑与环境工程，2015，37（1）：104-111.
        [3]叶日贵.建筑钢箱梁节段接口环缝焊接变形研究[J].钢结构（中英文），2019，34（7）：95-99，69.