钢梁桥预制场焊缝和现场焊缝施工质量控制措施

蒋光伟

（广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530002）

交通基础建设规模持续扩大，高速公路建设领域钢梁桥成为主要的桥梁结构形式，工程实践中含大量焊接作业，但受到现场环境、工程技术等方面的影响，焊接缺陷较为普遍[1]。对此，应明确焊缝缺陷的基本成因，对其采取科学的质量控制措施，全面确保钢梁桥建设质量。

1 工程概况

某钢梁桥项目中，板利1号桥匝道为5连跨（跨径布置：24m+32m+45m+32m+24m）钢混箱形组合连续梁桥，上部结构宽12.75m，梁高2.1m，钢主梁上翼板宽0.8m，梁底宽2.10m；2号桥匝道为4连跨（跨径布置：32m+45m+32m+24m）钢混箱形组合连续梁桥，上部结构宽18～18.1694m，钢主梁上翼板宽0.8m，梁底宽1.75m。

两桥都处于曲线上，各项施工要素中以钢主梁较为关键，此部分采取分节段预制成型的方式，转移至工地现场通过焊接手段将各部分形成稳定整体。桥面板结构类型一致，均采取现浇钢筋混凝土形式。

2 焊缝质量情况及影响因素分析

桥梁上部结构组成中以主梁较为关键，此部分设置为等高变宽梁，以设计图纸为准，在工厂完成预制，然后转移至施工现场经焊接的手段连接，将各节段构成稳定、完整的结构体。由于该桥含大量焊接作业，焊缝数量较多，故应从实际影响因素出发，以合理的方式控制焊缝质量。各类焊缝影响因素具体如图1所示。

2.1 预制场焊缝质量情况

此环节以半自动埋弧焊的方式为主，其特点在于作业精度高，各项检测合格率可达100%。相比之下，部分结构采取手工焊方式，其焊缝质量大打折扣，外观方面合格率为60%，较典型的问题有错位、弧坑缩孔等；基于超声检测的方式掌握焊缝内部情况，主要以气孔、夹渣、裂纹居多[2]。针对此类问题加以处治，最终合格率达100%，完全满足焊接质量要求。

图1 焊缝质量影响因素鱼骨分析图

2.2 现场焊缝质量情况

此环节均选择的是手工焊接的方式，经外观检测得知成品的合格率仅为50%，如错位、飞溅等质量问题尤为常见；基于超声检测的方式明确其合格率，约60%，较典型的问题有裂纹、气孔、未焊透。针对此类问题，经返修后再次检测，最终合格率达100%，完全满足焊接质量要求。

2.3 焊缝质量的影响因素

综合施工中的各项因素，得知造成焊缝质量欠佳的原因较多，具体如表1所示。

3 焊缝常见缺陷及质量控制措施

3.1 行车梁裂纹

（1）成因分析。母材质量、现场作业环境、技术水平等方面的不合理均容易出现裂纹，具体如下：①缺乏合理的焊接组装工艺，现场作业普遍存在随意焊接的情况，在焊接顺序、焊缝位置等多个方面都具有差异，各自形成的约束力存在差异，不利于焊接接头质量，会伴随不同程度的裂纹。②焊接工艺不合理，在缺乏预热的情况下直接焊接，或是焊后未采取保温措施，导致焊缝金属在较短时间内冷却，伴随明显的淬硬现象，焊后未将应力热的消除工作落实到位，焊缝内存在极为明显的残余应力，加大了裂纹发生概率。③结构的设计缺乏可行性，伴随明显的应力集中现象，并直接作用于焊接缺陷处，导致该处较明显开裂。裂纹所在区域分布有大量的焊缝，随之出现部分区域焊缝密度过大的情况，导致该处约束应力超出合理范围，随之产生裂纹。④焊接前未做好清理也是主要的原因，残留的铁锈等杂质被夹杂在焊缝中，导致氢气难以逸出而大规模聚集，此情况下易产生冷裂纹。

表1 场内焊缝和现场焊缝影响因素对比

（2）解决措施。对于行车梁裂纹缺陷，应交给厂家返修处理，首先将存在裂纹的部分处理干净，然后完成焊接作业。①确定合适的施焊工艺，各工序有序推进，从而缓解焊接残余应力，最大程度上降低约束力。②注重焊接前后的各项细节，焊前加热温度达100～150℃；结束焊接作业后，可通过石棉达到保温效果，避免焊缝温度急速下降。在冷却时间足够长的条件下，焊缝内的氢气可有效逸出，并且此举还有助于减少焊接残余应力。③结束坡口加工作业后，将该处的杂质清理干净，使其裸露出金属光泽。④根据结构特点选择合适的组装流程，依据正确的流程高效组装，避免强力组装现象，否则在外加应力的作用下也将破坏焊缝质量。

3.2 焊缝表面气孔

（1）成因分析。焊件在施工前未得到全面的清理，残留的杂质在高温环境下生成气体并直接汇聚至熔池内；氩弧焊过程中缺乏对气体流量的合理调整，难以发挥出保护效果；焊丝不够洁净，焊接时因高温的作用产生气体并大量转移到熔池内；焊接现场的环境欠佳，如防风措施不到位、熔池温度未达到要求等。

（2）解决措施。严格控制好焊丝伸出部分的长度，以10mm较为合适；结合母材厚度、焊丝直径等方面的情况，合理调整焊接电流及电压；加强现场环境保护，消除风对于焊接的不良影响；合理保管材料，如焊丝等都要维持洁净的状态、焊接速度适中等。

3.3 焊缝表面夹渣

（1）成因分析。此问题主要发生在多层多道焊接环节，如层间药皮未得到全面的清理，焊接速度明显超出合理范围、未采取科学的焊接工艺等。

（2）解决措施。以板厚为基本依据，确定与之相适应的焊接规范参数，合理调整坡口尺寸，以免出现焊缝错位现象；多层多道焊过程中，加强对各层的清理，不可形成焊渣；合理打磨焊件表面；根据实际情况在合理的区间内调整焊接电流及速度等。

3.4 焊缝接头收弧时弧坑、缩孔

（1）成因分析。所采取的收弧方式不当，具体指的是此项工作在熔池未达到填满状态时便执行，焊材在高温环境中发生融化时仅在弧坑处维持相对较短的一段时间，难以有效填满弧坑。具体表现在两个方面。缩孔：伤波波底相对较宽，主波周边分布有大量的小伤波，伴随有底波消失的问题，圆周处的伤波并无过大差异，缩孔的发生区域主要集中在冒口端。缩孔残余：伤波幅度较强，主要集中在工件心部，通过沿轴向探伤的方式可以得知其伤波表现出较明显的连续性，受缩孔锻造变形的影响，圆周处的伤波表现出较明显的差异，其幅度各不相同，底波出现极为明显的衰减现象。

（2）解决措施。适当延长收弧时间，操作中选择合适的收弧方法。考虑收弧处的特殊性，其焊丝不应立即灭弧，较合适的方式是在熔池内稍作停留。对于坡口焊缝处，应分别在引弧处和引出处2个部分增设对应的引弧板和引出板，各自长度均为40～60mm，以模板钢板厚度为依据，确定合适的坡口厚度，且尺寸应与对接钢板相同。

3.5 焊缝咬边

（1）成因分析。焊接过程中缺乏对电流的控制导致其明显偏大，焊条角度不合理，未灵活调整焊条送进速度等。

（2）解决措施。调整好电流值，选择合适的方法送进焊条并确保其速度的合理性，避免焊接速度过快的情况，焊机轨道应满足平顺性要求。针对出现焊缝咬边的情况，需将该处打磨并清理干净，再以合理的工艺补焊。

3.6 焊缝成型差

（1）成因分析。焊缝宽度不均匀、高度也存在偏差，焊缝表面的质量欠佳，如焊瘤等问题，总体上与操作者技术水平不足有密切关联。

（2）解决措施。厂家要挑选具有资质的电焊工完成相关操作，安排技术人员加强质量检验，确保各道环节所用工艺的可行性。针对厚度各异的钢板，应灵活调整其焊接工艺参数，如电流、电压和速度。焊接过程中维持焊枪姿态，使其保持垂直的状态，倾斜角度不宜超过20°。熔池温度应稳定在合理范围内，避免该处温度过高的情况，加强对熔池状态的检验，若出现大量小火星外喷的情况，则必须在最短的时间内灭弧[3]。此外，现场焊缝还要合理控制好钢板间隙，熔池的温度和形状都要足够合理，相较于厂内焊接方式的电流值而言，现场焊接时应在该基础上减小10%，具体视实际情况灵活调整[4]。

4 结束语

该桥梁工程中含大量的钢结构焊接作业，对于焊接工艺提出较高的要求，应注重对工艺方法的选择以及质量的控制。全熔透对接焊缝施工中，则要从焊接原材料质量、现场作业环境、钢材定位等多个方面入手，形成的焊缝在外观及内在两方面的质量都要符合预期。