摘要：随着科学技术的不断发展进步，各类新型材料不断出现，并应用到各类工程之中，而如何保证新型材料在加工制作中的质量，从而保证产品实体质量，是我们需要解决的重中之重。本文以南京大胜关长江大桥钢梁（钢梁采用Q420qE新型材料）加工制作这一工程实例，叙述了大桥钢梁在制作过程中的焊接质量控制。
关键词：新型材料（Q420qE）；焊接质量；控制
1、工程概况
南京大胜关长江大桥是当今世界上唯一一座6线高速铁路桥，为6跨连续钢桁拱桥，大桥全长约9270m，主跨2×336m，其结构新颖、复杂，跨度大，钢梁自重达3.5×104t，钢梁焊缝既要承受静荷载、动荷载，还要承受冲击荷载，故钢梁焊接质量尤为重要。南京大胜关长江大桥主钢梁采用新型材料—Q420qE，为新型桥梁钢。在实践中，施工人员通过不断试验和总结，摸索出在加工制作中如何进行焊接控制，确保产品实体质量的方法。
2、焊接质量控制
2.1焊接主要通病控制
2.1.1裂纹
Q420qE材料力学性能强，但韧性较差。南方空气潮湿，特别是冬季，焊缝很容易产生冷裂纹。主要原因为：冷却速度过快、预热温度不足。所以，焊前必须根据板厚确定预热温度（控制在60℃～200℃），焊接时用测温仪随时监控焊接区温度，温度过低必须重新加热；焊接方法选用热输入量少、线能量小的气体保护焊。通过采取上述技术措施，防止了焊缝裂纹产生。
2.1.2气孔
在试验时，气孔出现几率较高，占了焊接缺陷较大比例。分析得出主要原因有：预热温度不够、回收利用细粉焊剂掺合比例超标、防风措施不当。在钢梁的实际焊接中，通过如下措施减少了气孔的出现。
（1）适当加大预热温度。焊接前，用烤枪对焊接区域除潮，并根据板厚不同而加热到60℃～200℃，焊接时用测温仪监控焊接区域温度变化情况，过低的重新预热。
（2）增加焊剂透气性。对回收利用焊剂中细焊剂过多的，用60目筛筛选，增加焊剂透气性，利于熔池内气体溢出。
2.1.3夹渣
夹渣缺陷主要存在于板厚方向中部，即坡口根部第一道焊缝处，分析原因有：气刨清根不彻底、反面焊接区域打磨不彻底。通过对反面气刨清根时，清根深度超过第一道焊缝，清根深度、宽度一致，清根完打磨彻底的措施，杜绝了缺陷。
2.2焊接环境控制
（1）焊接区域必须具有防风、防雨设施，否则停止施焊。
（2）焊接施工环境温度不得低于5℃，环境相对湿度不得高于80%，否则采用火焰烘烤或其它必要的工艺措施除湿。
2.3焊缝返修控制
（1）返修焊的焊缝应修磨匀顺，并按原质量要求进行复检。返修次数不宜超过两次，超过两次时应报总工程师批准，并做好记录。
（2）返修焊时采用碳弧气刨清除缺陷，两端刨成1∶5斜坡，并将坡口打磨见金属光泽。
（3）焊缝缺陷较长（L>400mm）时，采用埋弧自动焊或气体保护半自动焊按原工艺参数进行焊接。焊缝缺陷较短（L≤400mm）时，采用手工电弧焊焊接之后用砂轮打磨匀顺。
（4）对焊缝返修及切伤处修补前的预热温度比前面提到的正式焊接提高50℃。
2.4焊接变形控制
南京大胜关长江大桥拱桁弦杆箱体均采用中厚板制作，焊接填充量增大，焊接热输入量也随之增大，使得焊接收缩和变形较为严重；杆件结构复杂，部分焊缝的坡口加工及焊接操作困难，如深浅坡口过渡、上弦杆锚固吊耳处坡口变换等处焊接难度大。如何控制焊接变形，是制作过程中的关键。
（1）采用线能量输入较小的焊接方法及工艺参数，多层多道快速焊，减小焊接热输入，从而减小焊接收缩变形。
（2）采用合理的焊接顺序和施焊方向，控制焊接变形。箱形杆件四条棱角焊缝施焊方向一致，水平板两棱角焊缝尽可能同时对称施焊，防止箱梁扭曲等变形；对接焊缝反面清根后的施焊方向与正面相反，控制焊缝成型后板件的旁弯。
（3）熔透焊缝反面清根采用小电流气刨，减小热输入，减小收缩量。
（4）采用自动焊代替手工焊，减小人工操作不稳定等因素的影响，控制焊缝质量的稳定性，减小焊接缺陷，防止再次焊接引起的不规则变形。
（5）对水平连接板等焊缝采用对称施焊，控制焊接角变形量。
（6）采用反变形法，焊前采用机械或火焰预设一定的变形量，焊后变形正好与之抵消；拱桁弦杆节点处棱角焊缝，采用火焰热弯一定角度，保证焊后箱梁尺寸。
（7）加强施焊过程检查和监督，尤其是对熔透焊缝反面清根处理及清根后的第一道焊，以确保焊接质量，减少焊后返修。
（8）减少单面焊，尽量采用双面坡口焊接，减小焊接填充量，减小变形量，并使两边热输入量大致相等，有效控制焊后的角变形。
（9）采用刚性固定法，先焊箱梁内部焊缝，增加箱体刚度，再焊接箱体外围焊缝，减小箱梁整体变形量。
2.5其它关键点控制
2.5.1人员、工艺
焊工上岗前，必须进行“新型材料-Q420qE”专业焊接技术培训，经考核合格后方能上岗。由专业焊接技师对试验获得的各类参数进行分析，制定焊接工艺流程，编制出焊接工艺卡。焊工施焊前，由专业焊接技师根据焊接工艺卡，对焊工进行技术工艺交底，使其熟悉并掌握焊接工艺及要求。
2.5.2焊材
建立焊材库，严格按照国家现行《焊材管理制度》进行管理。焊条、焊剂须烘焙后使用。焊剂中不允许混入熔渣和杂物，重复使用的焊剂小于60目的细粉粒量不得超过总量的5%。采用气体保护焊时，CO2气体纯度应不低于99.5%，富Ar气体为80%Ar+20%CO2的混合气体，使用前均需将气罐倒置放水。
2.5.3施焊要点
Q420qE材质钢梁制造，采用埋弧自动焊和气体保护焊两种焊接方法，手工电弧焊只能用于点焊或备用焊接方法。焊前预热温度及层间温度（角焊缝竖板侧预热温度比水平板高50℃）见表1。
表 1 焊前预热及层间温度
埋弧自动焊必须在距设计焊缝端部80mm以外的引熄弧板上起、熄弧，回收焊剂的距离不小于1m，焊后焊缝稍冷却后再清除焊熔渣。严禁焊缝在红热状态，甚至液态时敲除焊渣。
对于存在坡口深浅过渡的埋弧自动焊，不可在坡口内起弧、熄弧，应将深坡口端的盖面焊在已填满的浅坡口端搭接50mm施焊，焊后搭接处修磨匀顺。采用气体保护焊应及时清理焊嘴上的飞溅物，气体流量为20～25L/min，气体流量计接上电源保持加热状态。埋弧自动焊焊接过程中不应断弧，如有断弧则必须将停弧处刨成1：5的斜坡，并搭接50mm再引弧施焊，焊后搭接处修磨匀顺。
对引、熄弧板必须采用火焰切除或机械切除的方法，火焰切除必须留3～5mm，多余部分采用磨光机修磨光顺，不允许伤及母材，严禁锤击敲落引熄弧板。对接焊前对板件组装错边应认真检查：板厚小于25mm时，错边不得大于0.5mm；板厚大于或等于25mm时，错边不得大于1.0mm。在杆件组拼时，除需单面焊双面成型的部分焊缝外，其余焊缝对组装间隙要严格控制，对接焊不应大于1.0mm，各类角焊缝，如棱角焊，U肋坡口角焊缝等不应大于0.5mm。定位焊焊缝长度视钢板厚度可为50～100mm，间距400～600mm，板厚大于50mm的长大杆件间距为300～500mm，定位焊应距焊缝端部30mm以上，焊脚尺寸应4mm≤K≤8mm。板厚大于40mm的结构定位焊两端不小于150mm焊长，并及时打磨起熄弧处。
3、结束语
通过对传统焊接工艺的改良和新型材料的特点研究，克服了新型材料在焊接过程中出现的一系列问题。精细化的管理手段，不但让我们认识了新型材料的特性，而且在新型材料焊接过程中，逐步摸索出了一条新材料焊接的质量控制方法与思路，从而保障了钢梁在加工制作中，焊接质量得到了整体控制和保证。
参考文献：
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[2]尚林义，王东红.钢结构工程焊接质量管理[C]//全国焊接工程创优活动经验交流会.2011.
论文作者:王星炜
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/14
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