基于桥梁钢结构复合钢板焊接技术分析

叶华

（江西交投咨询集团有限公司，江西 南昌 330199）

0 引言

Q370qD+316L 复合钢板是由奥氏体不锈钢316L与桥梁用结构钢Q370qD 采用热轧复合而成的，是一种全新的钢材材料，性能较为突出。该材料有桥梁钢的塑性、韧性、强度以及焊接性，同时还有不锈钢材料的耐腐蚀性，所以可以满足桥梁的使用要求。

1 工程概况

此次工程项目轨道桥顶板应用Q370qD+316L 不锈钢复合钢板进行建设，是项目施工的重点和难点。经过分析发现，复合钢板的优势是耐磨性好、耐腐蚀性强，同时还具备钢材的韧性与强度，且价格相对较低，经济效益、社会效益都非常好。某高速公路改建项目中，把不锈钢复合板用于桥梁钢结构施工，突出不锈钢和桥梁钢的优势，延长桥面板的寿命，对桥梁总体效果提升产生积极的意义。

2 施工要求

2.1 施焊焊工

焊接技术人员必须取得相应焊接资质，获得国家颁布的证书才能从事焊接工作。对于复合钢板的焊接来说，应取得承压镍合金复合板的Ⅱ类钢板材对接资格和Ⅱ类钢堆焊镍资格。由具备相应焊接资质的焊接工作人员开展工作，才能完成焊接作业，从而确保焊接效果合格，不会给复合钢板产生不利影响。

2.2 焊接要求

为了使焊接接头部位的性能与母材性能接近，或者性能基本相同，在焊接时应做好如下工作：第一，焊接开始前进行焊接部位的清理工作，范围以20mm 为宜，确保没有任何油污、杂质、锈蚀等，并根据实际情况选择使用丙酮或者酒精清洗处理。第二，在焊接施工前确定焊接工艺，严格执行焊接工艺技术标准进行焊接施工。加强基层、过渡层结构焊接厚度控制，避免出现焊接质量问题。第三，预防出现再热裂纹的问题，并且根据基层、过渡层、复层的顺序开始焊接施工。第四，镍复合板的坡口制作结束后，应对100mm范围内喷洒防飞溅涂料，做好飞溅物的控制，避免给整个焊接施工带来不利影响。第五，焊接过渡层、复层时选择使用直径较小的焊条，以防止发生严重的复层稀释问题。焊接采取直流反接的方式，多层多道焊施工，保持一定的焊接速度，减小焊接线能量，确保焊接部位的性能合格，焊接金属的耐腐蚀性、力学性能完全符合工程的要求。第六，过渡层、复层焊接开始前，应及时进行坡口、边缘部位的清洗处理，达到洁净度的标准要求。第七，焊接施工选择熟练焊接作业人员进行，焊接性能和质量符合要求，尽量减少返修次数。每个焊接部分都必须采取措施控制，消除焊接不合格的因素，提高焊接性能和质量水平。

2.3 预热和热处理

复合板焊接开始前应进行预热处理，焊接完成后进行热处理，以消除应力的影响，执行焊接工艺规程的各项标准。第一，焊接开始前进行预热，一般需要根据复合钢板厚度来进行，做好预热温度的控制。通常来说，过渡层的焊缝预热温度应控制在150C 左右。第二，焊接工作结束后，按照设计方案的要求进行焊后热处理，消除焊接过程中产生的应力，预防发生裂纹的问题。镍基合金通常来说，不需要焊后热处理依然可以达到应有的性能，符合工程的使用标准。

2.4 焊接检验

镍复合板在焊接工作结束后，需要及时进行基层、过渡层、复层方面的检验确定。通常来说，基层选择使用射线探伤检测方法，一般都需要在过渡层、复层焊接前进行检验工作。如果发现缺陷超出规定标准，就应及时返修处理。返修工作结束后，再次进行射线检测，达到标准才能继续焊接施工，并进行焊缝表面打磨处理。对于过渡层来说，焊接的前、后应进行渗透检测，确保没有任何影响工程质量的缺陷问题。复层焊接施工全部完成后，再次进行渗透检测，达标后才能继续施工。

3 焊接工艺制订

3.1 焊接方法

因为该项目施工中，复合钢板主要是安装到桥面板的顶板部位上，结合现场的焊接位置、接头形式、结构形式、母材特性等，所以为了切实提升焊接的特性，满足施工要求，该项目采用二氧化碳气体保护焊进行焊接施工，以达到整体施工效果的要求。

3.2 焊接材料

为了提高焊接效果和质量，确保焊接接头和热影响区都能够达到力学性能的标准，焊接接头部位应加强控制，选择合适的焊接材料尤为重要。复合钢板基层材料在选择使用焊接效率高的T492T1-1C1A 药芯焊丝CO气体保护焊，过渡层应用E309LT1-1 药芯焊丝CO气体保护焊，不锈钢层采用E316LT1-1 药芯焊丝CO气体保护焊。

3.3 坡口形式

结合桥梁工程的结构形式，选择应用2 组典型对接接头开展试验分析，其中第一组是现场桥位对接焊缝的形式，第二组是工厂板拼接焊缝施工方式。在现场施工中，桥位对接焊缝因为空间方面有较大的限制，应尽量不要使用仰焊的方式，以达到焊接质量和性能的要求。可以应用背面贴陶瓷衬垫的方法，使用单面焊双面成型，这种焊接方法效率高，焊接成型好，施工也非常简单，在桥梁钢结构焊接优势明显。为了使得现场焊接施工达到要求，进行坡口加工极为重要，应设计为V 型坡口的形式，不需要留钝边。工厂板拼接焊缝采用V 型坡口的形式，钝边量为6mm 即可。基层焊接采用T492T1-1C1A 打底、填充，基层焊接最后一层焊缝不能低于不锈钢层底部1～2mm。在焊接工作开始前，将焊接部位打磨干净，确保焊接效果。

4 焊接工艺参数

Q370qD+316L 复合钢板焊接施工方式采用平焊的方式，为了避免焊缝金相组织粗大，对于接头冲击韧性造成不利影响，采用多层多道焊的方式。该工程焊接工艺参数为焊接电流：240～260A。电弧电压：30～54V。焊接速度为20～25（cm·min）。

4.1 焊接工艺设计

4.1.1 焊接材料选择

分析了解奥氏体不锈钢复合钢板焊接特点，根据实际情况需要，按照基层、过渡层、复层的顺序进行，所以应选择最佳的焊接材料开始焊接施工，以达到焊缝质量标准要求。

4.1.2 基层和复层焊接材料的选择

基层焊接、复层焊接选择合适的材料进行，相邻材料是相同的种类，所以焊接材料、工艺的选择非常容易，只需要达到匹配性要求即可。

4.1.3 过渡层焊接材料的选择

过渡层焊缝主要是为了避免复层焊缝母材稀释，使复层焊缝的化学成分可以达到复层母材要求的关键部位。在不锈钢复合板的焊接施工中，接头质量的控制尤为重要。对于过渡层焊接施工，主要的目的是补偿因为稀释所造成的元素流失，从而确保焊缝部位的材料性能合格，达到规定要求，不会出现热裂纹的问题。在焊接过程中，严格遵循焊接工艺方面的要求，每一项工作都必须落实到位，从而提高焊接效果，达到连接质量和稳定性。

4.2 焊缝坡口设计

焊接坡口形式选择尤为重要，必须综合分析复合钢板焊接特点，了解到填充金属材料特性，确保基层焊接强度合格，还要使复层材料的耐腐蚀效果合格。根据材料的特点以及设计方案的要求，选择合适的焊接坡口形式，以提高焊接质量水平。不同坡口形式的要求不同，但是都必须加强坡口形式、尺寸的控制，才能提升焊接效果水平。在坡口制作结束后，应组织质检人员进行尺寸检测，并进行坡口部位的打磨处理，确保不会有任何杂质因素的影响。在基层结构焊接工作完成后，复测一侧应用碳弧气刨清根处理，全部打磨干净，裸露母材金属光泽后，开始进行基层焊缝的100%UT 检测。检测达到标准要求后再进行过渡层的焊接施工，并100%PT 检测，最后进行复层的焊接施工，结束后应用100%RT 检测。

4.3 试件焊接

在桥位对接焊缝的施工中，首先进行1～2 道的打底焊作业，然后再焊接1～2 道的基层填充焊接，而Q370qD 基层焊接最后一层焊缝表面，应低于不锈钢底层1～2mm 左右。在基层填充工作结束后，进行过渡层焊接，按照1～2 道的要求进行焊接。上述焊接全部完成，且经过检测合格，开始渐进性不锈钢盖面层焊接。Q370qD 打底焊时，应用小电流、摆动焊的方式，从而防止出现烧穿、未熔合等问题。基层填充应选择多道焊的方式，保持层间温度不超过200C，还要预防出现晶粒过大的情况，确保焊接强度、韧性符合要求。过渡层、不锈钢层应用小电流焊接的方法，保持层间温度不超过200C，各个层之间保持良好，不会有基础钢材侵入不锈钢内部，预防发生腐蚀的问题。工厂板拼接焊缝在焊接中，过渡层与不锈钢焊接施工中，应确保现场桥位对接焊缝是相同的；对于基层焊接时，应进行背面清根处理，使用碳弧气刨开展，结束后进行坡口打磨处理，以露出金属光泽为标准，有效预防出现夹渣、渗碳等问题。

4.4 过渡层的焊接要点

在过渡层焊接施工中，确保整个复层的焊缝都要达到耐腐蚀的效果，从而提高结构层的性能和标准。过渡层焊接施工的目标就是确保不会因为稀释造成元素流失，确保复层结构的焊缝性能合格，达到规定的标准和要求。经过焊接技术人员全面的研究和分析，可以采取如下几种处理方法：第一，选择合适的焊接材料，使用铬镍含量比较高的焊条进行焊接，即使在焊接时出现基层稀释的情况，也能够预防出现损坏结构性能的问题。第二，为了避免出现基层过渡层稀释严重的情况，在焊接时应尽量减小焊接电流，适当增加焊接速度。第三，焊接施工中，应用稀释速度较小的焊接方式。第四，复合钢材的性能非常优越，尤其是耐腐蚀性、抗裂性，所以在结合钢材的性质、成分、焊接速度等方面选择最佳的焊接材料，从而使焊缝的性能合格，达到工程的标准。第五，要想确保复合板的性能达标，过渡层的覆盖范围以及厚度覆盖范围的基层碳钢结构就应采用相互溶解、稀释等方法进行处理。在过渡层的施工中，其厚度应控制在1.45～2.5mm，并且复层的厚度要超过1.8mm。

4.5 焊接工艺评定试验结果

在焊接施工开始前，应进行两组试件的焊接性能检测，质检人员进行焊缝质量的检测，并且使用超声波检测方式确定焊缝性能是否合格。外观、超声检测全都合格后，为正式焊接施工提供基础条件。对于此次工程的试件来说，性能检测完全符合要求，各项性能参数全都合格，具体结论可为：焊接金属拉伸561Red/MPa；焊接接头拉伸570Rm/MPa；侧弯直径10mm，相关结构均满足工程标准。

4.6 基层与不锈钢层硬度对比

两组焊接试件都要按照国家标准要求进行检测分析确定。经过维氏硬度分析，发现316L 的硬度性能明显超过Q370qD；不锈钢一侧的热影响区、焊缝部位的硬度都要超过Q370qD 结构。

5 注意事项

第一，装配环节。需要在基础层表面开展作业，无论是焊接，还是点焊施工，都要做好基层结构的保护，预防存在碳钢污染复层结构的情况。尤其是要注意，打磨碳钢结构的砂轮不能直接用于复层的打磨施工，预防发生侵染的情况。

第二，如果过渡层、复层焊接部位存在问题需要返修处理，只能应用砂轮进行打磨，将缺陷部位清理干净，所以要防止出现不锈钢和碳钢侵入的情况，消除不利影响。

第三，对焊接质量存在直接影响的是不锈钢复合板结构，所以在装配环节应加强控制，确保坡口尺寸与形式合格，达到焊接标准要求。

第四，不锈钢复合板焊接工作中，关键性的工作就是避免碳钢进入不锈钢焊缝或者不锈钢结构内，所以在基层焊接的施工中，不能出现复层熔化的情况，因此要加强自动埋弧焊的控制，确保焊接施工的顺利进行。过渡层的焊接工作实施中，应加强管理和控制，基层与复层的结合部位熔合情况应符合要求。过渡层开展复层焊工作实施前，首先需要做好铁离子检测的工作，如果发现有不合格的情况，应及时进行砂轮打磨检测。焊接作业中，还要加强飞溅物的控制，避免杂物进入不锈钢焊缝内。

第五，禁止使用低合金焊材以及碳钢焊材进行复层、过渡层的焊接施工，否则将会造成焊缝的性能不合格，影响正常使用。过渡层的焊接过程中，需要加强基层母材、基层焊缝、复层母材的控制，还要确保填充效果合格，达到焊缝效果和性能要求。

第六，根据技术标准要求，结合面的复层过渡层厚度设定为1.7mm；焊条电弧焊焊接一层，不能超过两层结构。在过渡层焊接的过程中，应保证其厚度控制在3～5mm 左右，从而使厚度合格，符合防腐蚀性能的标准要求。

第七，复层、过渡层的焊接环节，根据需要先进行两侧焊接，然后再焊接中间焊道。焊接环节，加强摆动幅度的控制，一般控制在焊条直径的0.6～1.1 倍左右，相邻焊道应重叠1/3、1/2 的宽度。复层焊道的表面要达到平滑性的要求，且下凹的深度控制在1.5m以内，母材与焊缝金属物应采取平滑过渡的方式。

6 结语

综合以上分析，在桥梁钢结构复合钢板焊接工程开展阶段，想要切实提高钢板焊接的质量，就需要做好材料的科学选择以及对焊接过程的整体控制。因此，在今后的工作阶段中，要根据钢结构桥梁焊接的施工标准，对施工方案以及施工现场进行科学控制，同时还需要加大对焊接技术的更新，引进自动化技术实现自动化焊接，这样才能够推动各项工作有序开展。