摘要：京杭运河改线工程常州邹区大桥主桥为71+110+71m钢砼叠合梁，钢箱梁用钢采用Q345qD，针对邹区大桥钢箱梁的结构特点和钢材材质，进行了焊接工艺评定试验，制定了科学合理的焊接工艺，成功地指导了京杭运河常州邹区大桥钢箱梁制造施工。
关键词：钢箱梁 焊接工艺评定 质量 控制
焊接作为一种实用技术，具有节省金属材料、减轻结构重量、节省人力、提高效率、容易实现机械自动化等特点。在现代科学技术和生产中得到了广泛应用，已能在很大程度上保证了产品质量，但由于焊接接头为一性能不均匀体，应力分布复杂，制造过程中要获得绝对无缺陷的焊接接头，在技术上是相当困难的，也是不经济的。实践中常常根据焊件的使用场合及使用要求，将缺陷限制在一定的范围之内，把不符合标准要求的缺陷称为焊接缺陷。
焊接缺陷的存在将影响焊接接头的质量，而接头的质量又直接影响到焊接结构(件)的安全使用，因焊接质量缺陷而产生的工程事故不胜枚举，因此要减少焊接缺陷、提高焊接质量。焊接质量的优劣，主要由材质、焊接工艺和焊接检验等方面决定，影响焊接质量这些环节相互关联，无论哪一个因素有问题都会使焊接质量得不到保证。因此，应对影响焊接质量的这些环节做到“事前控制，过程监督，事后复查”。
钢箱梁焊接质量是钢箱梁施工质量控制的重要环节，焊接质量的优劣直接关系到钢箱梁的施工质量和成桥后的使用安全。
1 工程概况
京杭运河是我国水运通道的重要组成部分，为适应货运不断增长和船舶大型化发展需要，进一步发展京杭运河水运主通航的作用，促进长江三角洲及长江流域地区的社会经济发展，同时为改善常州市区段，实施京杭运河常州市区段该线工程。邹区大桥工程主桥长252m,跨径组合为71m+110m+71m三跨变截面叠合梁，箱梁跨中高度为2.6m，墩顶高5.2m,梁高按照二次抛物线变化，钢梁结构为变高度U形断面，采用双箱单室，单个钢箱宽度为4.25m，箱间净间距为4.24m，横向设2％的单向横坡，通过内外腹板高度来调整，箱梁底板在横桥向保持水平。钢梁顶板宽600mm.厚度为25mm；钢梁底板宽为4350mm，按照受力分析，分别采用35mm和40mm；腹板厚度为20mm,为保证钢梁横向刚度，在箱梁底板上纵向每4m设一实板式横隔板，两箱梁每隔10m～14 m设一道联结板，将两箱梁连成空间结构。整个钢箱梁分成64段进行制造，全桥共8种类型，长度为15.45～16.0 m。钢梁主体材料为Q345qD。全桥的剪力钉符合《冷镦钢技术条件》（GB6478-94）中ML15钢，其化学成分和力学性能应符合《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》（GB10433-2002）的规定。
2 焊接工艺评定
根据图纸要求，我们针对各种典型焊接接头和拟用的焊接设备及焊接方法，焊接坡口形式及焊接顺序，以及焊接参数（部分项目进行了工艺评定覆盖）编制了焊接工艺评定计划书，制定了25项焊接工艺评定项目。焊接工艺评定项目包括对接、T形角接、熔透角焊缝试验和各种对接系列温度冲击试验。
其中工厂焊接工艺评定项目为：CO2半自动气体保护焊平对接主要为δ16/16、δ20/20、δ24/24、δ25/25、δ40/40板厚组合，焊材为JM-56（衬垫），计5项；CO2半自动气体保护焊立对接主要为δ20/20板厚组合，焊材为JM-56（衬垫），δ12/12板厚组合，焊材为JM-56（衬垫），计2项；CO2半自动气体保护焊平角接主要为δ20/30、δ24/40板厚组合，焊材为JM-56（分为有衬垫与无衬垫两种），计4项；CO2半自动气体保护焊立角接主要为δ12/20、δ20/24板厚组合，焊材为JM-56，计3项；CO2半自动气体保护焊立贴角接主要为δ20/20板厚组合，焊材为JM-56，计1项；CO2半自动气体保护焊仰贴角接主要为δ20/25板厚组合，焊材为JM-56，计1项；埋弧自动焊对接主要为δ16/16、δ30/30、δ40/40板厚组合，焊材为H08Mn2E+SJ101，计3项；剪力钉1项。工厂焊接工艺评定项目总计20项 。
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工地现场焊接工艺评定项目为：CO2+埋弧自动焊对接主要为δ30/30、δ40/40板厚组合，焊材为JM-56（衬垫）+ H08Mn2E+SJ101，计2项；CO2半自动气体保护焊立对接主要为δ20/20板厚组合，焊材为JM-56，计1项；CO2半自动气体保护焊横对接主要为δ16/16、δ25/25板厚组合，焊材为JM-56，计2项。工地现场焊接工艺评定项目总计5项 。
以上焊接工艺评定的试验报告结果表明，各类焊接接头的力学性能都满足邹区大桥设计要求，据此编制的焊接工艺能确保钢箱梁制造质量。为此我们将焊接工艺评定试验阶段性报告及最终报告，并报监理及业主审批同意。
3 焊接工艺过程控制
试验报告按规定程序批准后，根据焊接工艺评定试验报告编写各种接头的焊接工艺文件，焊接工艺文件经监理工程师批准后，作为在施工过程中指导生产的依据。
焊接工艺因素中，对焊接质量影响较大的有焊前准备、焊接顺序和焊接工艺规范参数。焊前准备主要指坡口的制备、接头的装配及焊接区域的清理；焊接工艺参数主要包括焊接规范参数、预热温度、焊后热处理等。
⑴确定焊接顺序，根据焊缝位置布设引弧板。在选择焊接顺序时，应尽量使焊缝处于比较自由的收缩状态，原则上先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝，以保证焊缝在焊接时能有较大的收缩自由，产生较小的残余应力，可以防止裂纹的产生。另外，根据焊缝布置尽量采用对称法以防不均匀收缩。根据经验，焊缝的两端弊病都较多，对较厚的焊缝应在焊缝的两端设置引弧板。
⑵预热及层间温度控制。由于钢材焊接区的硬化和脆化、扩散氢及拘束应力的共同作用，在一定条件下会导致冷裂纹。冷裂纹是焊接结构中最危险的缺陷，必须设法加以消除，而焊前预热可减少焊缝金属和主体金属的温差，从而减少了残余应力、减轻了局部硬化，对防止冷裂纹、改善焊缝质量起了关键性的作用。层间温度不足或层间温度超过200℃都会影响冲击韧性值，当层间温度超过200℃时，很容易进入“兰脆区”，应设法控制。邹区大桥的预热温度为80～100℃，层间温度按不超过200℃控制。
⑶线能量控制。焊接过程中，严格控制好线能量，过大的焊接电流、过高的电弧电压以及过快的焊接速度均会产生不同程度的焊接缺陷。
⑷做好后热和消氢处理以及焊后热处理。后热主要用于预热还不足以防止冷裂纹形成的场合；消氢处理是以消氢为目的，在实际生产中，只在焊接对氢致裂纹特别敏感的厚壁焊缝中应用；焊后热处理能进一步地消除应力，降低接头中的内应力，同时还可提高接头的高温持久强度、提高焊缝的抗裂性和韧性等作用。
⑸由于在影响焊接质量的各因素中，人的因素是最确定的。为此，在邹区大桥钢箱梁的制造过程中，首先对所有施工人员进行了岗前培训，尤其是所有焊工在上岗前进行了考试，在考核合格后方可施焊。并且在每工班前，首先进行试焊。
4 焊接质量检验
焊接质量检验是控制焊接质量的手段，在焊接过程中有效地利用能全面约束及准确反映焊接质量。为此，邹区大桥除加强制作现场的自检、互检、专检的“三检制”以及焊前准备、焊接顺序和焊接工艺规范参数等外。还充分发挥无损检测的技术优越性，加大抽检的范围和频率，尽可能及时发现焊接的内在缺陷。
无损检测技术是控制钢箱梁焊接质量的重要手段，能在不损伤焊缝和构件表面的情况下检测焊缝存在的裂纹、夹渣、气孔、未熔透等多种质量缺陷，促进焊接工艺的改进，控制焊接过程中产生的焊接质量缺陷。通过综合应用超声波探伤、磁粉探伤和射线探伤等无损检测手段，有效地保证了钢箱梁的焊接质量。无损检测覆盖工厂加工阶段及现场拼装阶段所有焊缝，按照25％的检测频率对钢箱梁焊接质量进行有效复检。
为防止焊工在生产过程中执行焊接工艺不严格而产生质量问题，在钢箱梁制造过程中，通过对焊缝的无损检测，可以及时发现生产中出现的有关质量问题，及时进行整改，完善和改进焊接工艺，确保钢箱梁施工质量。
5 结束语
经检验，京杭运河常州邹区大桥的所有生产试板经江苏省钢结构检测中心检测均符合设计和规范的要求，钢箱梁的制作质量符合京杭运河常州邹区大桥制作规则的要求。
京杭运河常州邹区大桥主桥钢箱梁用钢采用Q345qD，针对邹区大桥钢箱梁的结构特点和钢材，进行了焊接工艺评定试验，制定了科学合理的焊接工艺，加强了京杭运河常州邹区大桥钢箱梁制造的过程控制，成功地指导了京杭运河常州邹区大桥钢箱梁制造施工。
参考文献：
《冷镦钢技术条件》（GB6478-94）
《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》（GB10433-2002）
《钢箱梁制造与验收规范》
论文作者:曹树强
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/8
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