大跨度钢结构焊接的质量控制

余斌

（诸暨技师学院，浙江 诸暨 311800）

南非开普敦桥挂式机械车库项目位于两座大厦之间。主梁结构连续钢桁梁跨度为66+70+66=202m，分为A、B、C三联部分，宽度为15m，钢结构桥梁一样共202m的连续钢桁架。桥梁采用两片主桁架结构，承载385+385两排机械车位，共5层，地面与钢桁梁总高18m。同时钢桁梁顶面这一层，还要成为两幢大厦之间的人行通道与消防通道。底部钢结构与其他结构件一样，主要结构采用Q345q钢材制造。

1 标准的选择

通过对各主要焊接接头形式的分析，考虑到跨度太大，没有参照建筑钢结构的标准，所以参照《铁路钢桥制造规范》和设计文件的相关要求，制定了符合南非地域环境的焊接工艺生产方案并进行测试。试验结果都符合技术要求，并得到了国家特检院与业主方的专家的认可。

表1

2 根据前期的工艺要求，制定如下焊接结构工艺

2.1 焊接顺序和焊接参数

（1）钢梁上下翼板、腹板的对接焊缝，采用截面3+2不对称焊接，用埋弧焊焊接，先焊坡口大的一面再焊接反面，两面施焊方向相同，防止焊后变形。具体如表1所示。

表2

采用双面焊接，即便是有气孔或点状未焊透，也是在中间部位，不至于短期失效，当单面焊成形使的小细缺陷存在表面时，来自钢结构自身大跨度的重量会引起附加弯矩的作用，对于钢结构断裂是致命的问题，在缺陷率相同的情况下，比埋在焊缝内部深处的危害大得多。所以，必须采用不对称X坡口。

（2）纵向加筋角焊缝：半坡口，采用CO2机械半自动焊进行焊接，两面焊接方向保持一致，防止角变形。这样的好处是可以熔透些，避免有裂纹扩展，提升焊缝的疲劳能力。

（3）翼板与腹板间焊缝：对于截面长方形箱型结构外角焊缝，采用半坡口埋弧焊平位置焊接，左右上下4条焊缝的焊接方向一致，左右同时焊接，速度保持一致，这样抗扭效果极好；主要是收缩应力同步。H型钢类似的结构焊缝，采用2个H型钢叠合反变形点固，这样刚性固定起到反变形作用，采用机械半自动CO2气体保护焊焊接，用CO2气体保护焊角变形最小。

（4）斜结构矩形管结构与上下横梁之间采用熔透角焊缝，垂直矩形管结构与上下横梁之间采用熔透角焊缝。采用CO2气体保护焊接，避免焊后角变形。为了避免焊缝过分密集集中，矩形管的角焊缝已经有两向与三向的复杂应力状态。在外加强板，把垂直矩形管、斜矩形管、横梁3个结构加强在一起。加强板边缘侧与矩形管的角焊缝保持150～200mm。

2.2 焊前预热及层间温度的控制

将温度控制在如下范围内（见表2）。

采用多层多道焊的方式保证焊缝的韧性，及时把前一道焊缝迅速退火，在层间温度过低时，采用分段回焊法，保证层间温度在范围内。

2.3 焊后吸磁机械锤锤击

厚板的焊缝应力有纵向、横向、板厚方向，在熔池冷却的过程开始时厚度的伸缩应力最大，其次在冷却下来是横向应力，最后是纵向应力，所以必须选择特殊的方式锤击，在热胀冷缩的拘束过程中，会产生残余应力通过锤击得以释放，但完全彻底消除应力，只靠锤击还不够，对于本工程Q345来说是合理的。

（1）锤击部位：根据设计文件要求，在垂直矩形管、斜矩形管、横梁之间的角焊缝与平焊缝的两侧90mm范围，进行机械锤击处理。H型钢类似的结构，锤击上下翼板外侧中间做直线运动。

（2）锤击方法：锤头沿着焊缝纵向锯齿形锤击，速度约0.2～0.3m，匀速进行，每段往复处理2～3遍。锤击后锤坑的深度0.05～0.09mm，两侧锯齿形边缘总宽约60mm。对于箱体梁与焊接方向一致锤击。

2.4 焊后

所有焊缝除加强板要盖住的焊缝打磨平整，其余的都不得打磨，不得有敲渣锤锤击的凹坑，不得大于0.05mm。

2.5 检测

考虑到母材特点，在焊接完毕36h后。才能确保无损检测以后不再有冷裂纹，超声波100%检测，若有缺陷等情况，一次性返修合格，返修后，再等36h后进行无损检测。

2.6 涂装

是钢结构的终极质量的保证，以前很多同行焊接工程师都没有重视，很多露天钢结构绝大部分都是涂装，寿命不够，大大缩短钢结构的寿命，要么几年就要再涂装，这样后来涂装的质量与环境要求都达不到规范。

顺序与要求：①原材料进厂喷丸处理——底漆；②厂内加工完毕喷丸处理加工部分——底漆；③再中层漆涂装，包装待发送现场；④现场安装所有检测合格后，焊接部分喷丸处理——底漆；⑤再中层漆涂装，检查非焊接部位的涂装损伤部位的中层加漆；⑥最后全部面漆涂装。该项目涂装是3层，总厚度60～70μm；露天防腐施工作业因选择适当的天气，大风、遇雨、严寒等均不应作业。施工条件：气温10～35℃，相对湿度≤60%，在有雨、雾和较大灰尘条件下不暂停施工。

3 结语

南非项目的底部大梁钢结构，按以上焊接结构工艺及相关措施施工后，焊缝外观和内部质量均能满足工程质量要求。工程结束后，客户方专家验收全部合格。1年后由南非一家研究所为第三方进行综合检测均合格。开始公司高层要求由新加坡一家公司外协，我经过20天的修改与论证。最后决定由本公司自己制做，仅这一项就为公司创造近600万人民币的效益。

[1] 钢结构涂装技术标准.

[2] 建筑钢结构焊接技术规程.