合江长江一桥拱肋高空焊接质量控制方法（详细）

1、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

2、 型桥梁,其为泸渝高速公路的 控制性工程.桥宽30.6米,全桥长841米,主桥为跨径530米的 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111.11米,拱轴系数为1.45.主桥拱肋截面高度 在拱脚处为16米,在拱顶处为8米.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132022米米的 钢管,下弦管为1320钢管,壁厚从拱脚到拱顶由34米米渐变到22米米.图1、合江长江一桥桥型布置图(单位：米)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

3、间的 接头采用CO2气体保护焊进行焊接,使用5米米厚的 钢带作为衬垫,焊丝采用CHT-711 1.2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20米以上后,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1米米.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5米米.钢衬垫厚5米米,宽50米米.图2 管对接环焊缝形式(单位：米米)焊接前,采用砂轮机对焊缝区域50米米范围进行表面清理,其清洁度 达到GB/T8923-1998 St3级的 要求.焊缝采用多层多道焊方式,用CO

4、2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250米米长为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

5、合要求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： 空气湿度 太大 ,超过90%,水分分解,氢气、氧气侵入; CO2气体纯度 不够或供气不足,保护不良;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; 母材上有油、锈、水、漆等污物,分解产生气体;操作原因引起的 气孔：运条速度 太快,气泡来不及逸出;风大 ,保护不完全;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

6、、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：电流太小 ;焊速太快;电弧偏吹;操作歪斜;起焊时温度 太低;焊丝太细;极性接反,焊条熔化太快,母材没有充分熔化;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

7、 ,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：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.

8、在焊接现场设湿度 计,当空气相对湿度 80%时,将焊缝两侧80100米米区域内加热烘干,温度 为80100,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

9、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1.5米,高过焊缝位置约1米.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2米/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：厘米)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

10、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

11、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(米米)超声波探测缺陷长度 (米米)一次性检测合格率(%)备注重庆岸上游第一段52800125097.6重庆岸上游第二段3840092097.6重庆岸上游第三段384001

12、0099.7重庆岸上游第四段3840096097.5重庆岸上游第五段384000100.0重庆岸上游第六段384000100.0重庆岸上游第七段384000100.0重庆岸上游第八段384000100.0重庆岸上游第九段3840074098.1上游合龙口重庆侧1920019099.0宜宾岸上游第一段52800149097.2宜宾岸上游第二段38400131096.6宜宾岸上游第三段3840091097.6宜宾岸上游第四段3840084097.8宜宾岸上游第五段3840030099.2宜宾岸上游第六段3840020099.5宜宾岸上游第七段3840045098.8宜宾岸上游第八段38400420

13、98.9宜宾岸上游第九段3840051098.7上游合龙口宜宾侧1920012099.4重庆岸下游第一段52800154097.1重庆岸下游第二段38400110097.1重庆岸下游第三段3840056098.5重庆岸下游第四段3840087097.7重庆岸下游第五段3840044098.9重庆岸下游第六段384000100.0重庆岸下游第七段3840010099.7重庆岸下游第八段3840026099.3重庆岸下游第九段3840038099.0下游合龙口重庆侧192000100.0宜宾岸下游第一段52800102098.1宜宾岸下游第二段3840090097.7宜宾岸下游第三段3840011

14、3097.1宜宾岸下游第四段3840044098.9宜宾岸下游第五段3840034099.1宜宾岸下游第六段3840032099.2宜宾岸下游第七段3840030099.2宜宾岸下游第八段384000100.0宜宾岸下游第九段3840020099.5下游合龙口宜宾侧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

15、145614564凹陷147014705夹渣128212826焊缝尺寸不符合要求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