四川长江大桥钢管拱肋高空焊接质量控制

合江长江一桥钢管拱肋高空焊接质量控制杨占峰王东霞覃碧（广西壮族自治区公路桥梁工程总公司二分公司）摘要：本文以合江长江一桥为例，介绍了其钢管拱肋安装过程中，拱肋空中接头的焊接工艺及质量控制方法，供其它钢管混凝土拱桥施工参考。关键词：钢管高空焊接质量控制引言：钢结构的厂内加工一般有较好的条件和设备，焊接质量易于保证，但在桥位现场的装配焊接，由于受各种条件限制，焊接质量较难控制。尤其的大跨径钢管混凝土拱桥，其拱肋矢高较高，施工难度大，影响焊接质量的因素多，必须灵活采取各种措施和方法，以保证现场焊接质量。1、工程概况合江长江一桥地处四川省泸州市合江县，是跨越长江的1座特大型桥梁，其为泸渝高速公路的控制性工程。桥宽30.6m，全桥长841m，主桥为跨径530m的特大型钢管砼中承式拱桥。拱肋净矢跨比为1/4.5，净矢高达111.11m，拱轴系数为1.45。主桥拱肋截面高度在拱脚处为16m，在拱顶处为8m。全桥分上下游2条拱肋，上下游拱肋间为横撑，拱肋共分成36节段制作，单肋18段。拱肋上弦管为φ1320×22mm的钢管，下弦管为φ1320钢管，壁厚从拱脚到拱顶由34mm渐变到22mm。图1、合江长江一桥桥型布置图（单位：m）拱肋在制造厂内分段制作好后，用轮船运输到桥址，再用缆索吊装系统吊起，分两岸逐段对称进行安装，最后在跨中合龙，形成整个拱圈。拱肋节段与节段间的接头采用CO2气体保护焊进行焊接，使用5mm厚的钢带作为衬垫，焊丝采用CHT-711φ1.2药芯焊丝。桥址处常年多雾，空气湿度大，且处于峡口，高度达到20m以上后，风速较大。2、焊接及焊缝缺陷分析拱肋节段安装就位后，先调整接头两端管壁的错边量，使错边量小于1mm。然后安装接头嵌补段半瓦板，修磨焊缝坡口，再安装钢衬垫。焊缝坡口角度为45°，采用单面坡口，焊缝间隙为5mm。钢衬垫厚5mm，宽50mm。图2管对接环焊缝形式（单位：mm）焊接前，采用砂轮机对焊缝区域50mm范围进行表面清理，其清洁度达到GB/T8923-1998St3级的要求。焊缝采用多层多道焊方式，用CO2气体保护焊焊接，单面焊双面成形，焊接完成后采用超声波进行检测，检测合格后再将焊缝打磨匀顺。所有焊接工作均在高空完成。合江长江一桥首节段拱肋安装好，接头焊缝焊接完成后，经超声波检测，发现有少量缺陷，按250mm长为1个超声波检测片位进行统计，从8条焊缝的缺陷类型上看，主要的缺陷为气孔和根部未熔合，与以往已施工的钢管混凝土拱桥上调查统计得到的缺陷类型相符。拱肋高空焊缝缺陷质量频数统计表序号缺陷频数（点）累计频数（点）频数百分比累计百分比1气孔242442.942.92未熔合204435.778.63咬边3475.484.04凹陷3505.489.45夹渣2523.693.06焊缝尺寸不符合要要求2543.696.67焊穿1551.898.48裂纹1561.8100合计5656100%100%气孔主要是指熔池中的气泡凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴，根据气孔产生的部位不同，可分为内部气孔和外部气孔。焊缝气孔产生的原因主要为以下几个方面：①空气湿度太大，超过90%，水分分解，氢气、氧气侵入；②CO2气体纯度不够或供气不足，保护不良；③焊条药皮中含有水和气体：焊条烘干温度太低、保温时间太短；④母材上有油、锈、水、漆等污物，分解产生气体；⑤操作原因引起的气孔：运条速度太快，气泡来不及逸出；⑥风大，保护不完全；⑦电弧过长，电弧电压过高。未熔合是指熔焊时，焊道与母材之间、焊道与焊道之间、点焊时焊点与母材之间，未完全熔化结合的部分。产生未熔合的根本原因是焊接热量不够，被焊件没有充分熔化造成的。主要原因有：①电流太小；②焊速太快；③电弧偏吹；④操作歪斜；⑤起焊时温度太低；⑥焊丝太细；⑦极性接反，焊条熔化太快，母材没有充分熔化；⑧坡口及先焊的焊缝表面上有锈、熔渣及污物。经分析，焊丝用塑料袋密封包装，不存在潮湿问题，未用完的焊丝也收回放入烘箱内烘干才使用；工人焊接速度较平稳，不属于速度过快；这些都不是造成焊缝产生气孔的主要原因。拱肋接头高空焊接处的风速较大，超出了焊接许可的要求，造成空气侵入焊缝，是导致焊缝产生气孔的原因；四川合江当地的空气湿度较大，早晚潮湿，焊口上有水、锈迹等，也是导致焊缝产生气孔的主要原因。其次，焊缝所用钢衬垫厚度较大，空中安装衬垫操作不方便，钢衬垫不能很好的跟焊口根部密贴，熔池内铁水流失，则是造成焊缝存在未熔合的原因。大桥所用供电线路与居民用电同一高压线，较容易受居民用电影响，电流、电压不稳，也是造成焊缝存在未熔合的原因之一。3、焊缝缺陷控制方法由于客观条件的影响，拱肋高空对接接头焊缝极易出现气孔和未熔合质量缺陷。对此，大桥施工技术人员经过认真研究，采取了以下几种措施改善焊接条件：eq\o\ac(○,1)焊缝施焊前，用砂轮机将焊口进行打磨，将焊口上的毛刺、锈迹、油漆等打磨干净，使其清洁度达到St3.0级的要求。在焊接现场设湿度计，当空气相对湿度≥80%时，将焊缝两侧80～100mm区域内加热烘干，温度为80～100℃，然后再进行焊接。焊接过程中尽量保持施焊的连续性，如焊接中断时间超过20分钟，则在恢复焊接之前，重新用烘枪将焊缝烘干，再进行焊接。如此，可保证焊口上无水汽，避免气孔发生。图3加热烘干焊口eq\o\ac(○,2)为减小风的影响，在空中对接接头处搭设防风棚。防风棚由上平台和下平台组成，下平台用圆钢焊接成吊笼，依靠槽钢悬挂在拱肋横撑上。平台底部紧密铺满木板，既作为脚踏板也防止风从底部向上吹。在平台四周，在栏杆上挂彩条布，将整个焊接区域围护起来，使风的影响降低到允许范围。上平台用槽钢支撑在拱肋主弦管上，框架为槽钢，四周焊接钢管与圆钢作为栏杆，然后在栏杆上挂彩条布。上平台高度为1.5m，高过焊缝位置约1m。为防止风灌入上平台，在靠近焊缝的来风方向，顶部也包裹彩条布。平台搭设完成后，采用风速计实测防风棚内风速小于2m/s后，再进行焊缝焊接，否则，进行整改，直至满足规范要求。图4防风平台（单位：cm）eq\o\ac(○,3)钢衬垫与钢管坡口底部的贴合度很重要，为使其贴合良好，将钢衬垫按照现场焊口的形状热弯成圆形。拱肋节段安装就位后，将接头两侧错边量调整好，然后打磨好坡口，再将钢衬垫点焊固定在两端钢管上，使其紧贴管壁底部。最后，安装2块半圆形的接头板，与两端钢管对接。由于钢衬垫被弯成圆形，其与焊口根部的贴合度较好。但部分位置由于安装半圆形接头板时碰动，出现较大空隙。对此空隙，用焊条手工电弧焊将空隙封闭。由于焊条较焊丝粗，熔滴大，封闭空隙较容易。用电弧焊将钢衬垫与焊口根部的空隙封闭后，再用CO2气体保护焊焊接焊缝。如此，建立熔池时，铁水不会流失，易于保证焊接质量。图5圆形钢衬垫eq\o\ac(○,4)大桥的施工用电与当地居民用电共用1组高压线路，用电易受居民用电影响。对此，大桥施工技术人员对用电情况进行调查统计，其中，榕山岸的高压线为110KV，电流电压较稳定，而白米岸较不稳定。通过运用统计手段进行分析，技术人员将白米岸居民用电高峰时段统计了出来。施工人员经过研究，将拱肋的高空焊接施工尽量避开居民用电高峰期，确保在现有条件下，电流电压稳定的情况下再进行焊接。当拱肋合龙后，通过在拱上布置电缆，将榕山岸的电接到白米岸拱该岸使用，使其可使用稳定的高压线路。4、焊缝质量控制效果经过采取上述措施，拱肋对接接头焊缝的质量得到了有效保证，大大减少了焊缝气孔和未熔合的发生率，拱肋高空对接接头全部焊接完后，使用超声波对焊缝进行无损检测，其平均一次性检测合格率达98.6%。拱肋现场焊接焊缝超声波检测表表4-1节段编号焊缝总长（mm）超声波探测缺陷长长度（mm）一次性检测合格率率(%)备注重庆岸上游第一段段52800125097.6重庆岸上游第二段段3840092097.6重庆岸上游第三段段3840010099.7重庆岸上游第四段段3840096097.5重庆岸上游第五段段384000100.0重庆岸上游第六段段384000100.0重庆岸上游第七段段384000100.0重庆岸上游第八段段384000100.0重庆岸上游第九段段3840074098.1上游合龙口重庆侧侧1920019099.0宜宾岸上游第一段段52800149097.2宜宾岸上游第二段段38400131096.6宜宾岸上游第三段段3840091097.6宜宾岸上游第四段段3840084097.8宜宾岸上游第五段段3840030099.2宜宾岸上游第六段段3840020099.5宜宾岸上游第七段段3840045098.8宜宾岸上游第八段段3840042098.9宜宾岸上游第九段段3840051098.7上游合龙口宜宾侧侧1920012099.4重庆岸下游第一段段52800154097.1重庆岸下游第二段段38400110097.1重庆岸下游第三段段3840056098.5重庆岸下游第四段段3840087097.7重庆岸下游第五段段3840044098.9重庆岸下游第六段段384000100.0重庆岸下游第七段段3840010099.7重庆岸下游第八段段3840026099.3重庆岸下游第九段段3840038099.0下游合龙口重庆侧侧192000100.0宜宾岸下游第一段段52800102098.1宜宾岸下游第二段段3840090097.7宜宾岸下游第三段段38400113097.1宜宾岸下游第四段段3840044098.9宜宾岸下游第五段段3840034099.1宜宾岸下游第六段段3840032099.2宜宾岸下游第七段段3840030099.2宜宾岸下游第八段段384000100.0宜宾岸下游第九段段3840020099.5下游合龙口宜宾侧侧192000100.0总计15168002061098.6将焊接完成后各种焊缝缺陷出现的频数进行统计，结果发现，焊缝气孔和未熔合所占的频数百分比明显降低，这2种缺陷情况得到了有效控制。拱肋高空焊接质量缺陷频数表表4-2序号缺陷频数（点）累计频数（点）频数百分比累计百分比1气孔222222222未熔合204220423咬边145614564凹陷147014705夹渣128212826焊缝尺寸不符合要要求109210927焊穿7997998裂纹11001100合计100100100%100%5、结语钢结构的现场焊接条件不如厂内，易使现场焊接的质量降低。但通过灵活的采取各种措施，改善施工条件，也能保证现场焊接的焊缝质量。质量控制是运用质量管理的理论和方法，以改进质量，降低消耗、提高经济效益和管理水平为目的的活动。它分为计划、执行、检查和处理四个节段，在以上四个阶段中，需要调查、分析大量的数据和资料，依据数理统计或系统分析的基本原理，制订一些方法和措施，来控制产品的质量。QC活动近年来被广泛运用于工程实践中，而且方法越来越多，理论越来越完善，工程实体的质量水平得到了一定的提高。本文的拱肋高空对接接头焊接，受潮湿、风大等条件影响，焊缝不免会出现缺陷，但通过采取烘干焊口、设置防风棚、使用焊条电弧焊封闭衬垫空隙、稳定电压电流等措施，使焊缝缺陷的发