Analysis of Factors Affecting Welding Quality in Steel Bridges
宋佳璇 SONG Jia-xuan；陈艳玮 CHEN Yan-wei
（四川大学锦城学院，成都 611731）
（Jincheng College，Sichuan University，Chengdu 611731，China）
摘要：本文从钢结构桥梁施工中影响焊接质量的因素出发，分析并讨论了各类因素对焊接质量的影响。焊接工艺以及钢材的选择必将对钢结构桥梁的适用性、耐久性、安全性造成一定的影响，如果所选焊接工艺与工程项目不匹配，可能导致后期运营和维护成本的增加，甚至减少钢结构桥梁的使用寿命。因此在不同工程选择更合适的焊接工艺，将是设计单位和施工单位需要考虑的因素之一。
Abstract: Based on the factors affecting the welding quality in the construction of steel bridges, the influence of various factors on the welding quality is analyzed and discussed. The welding process and the choice of steel will definitely affect the applicability, durability and safety of the steel structure bridge. If the selected welding process does not match the engineering project, it may lead to an increase in the operation and maintenance costs in the later period, and even reducing the service life of structural bridges. Therefore, selecting a more suitable welding process in different projects will be one of the factors that design and construction enterprises need to consider.
关键词：钢结构；焊接；质量控制
Key words: steel structure；welding；quality control
中图分类号：U445.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）25-0065-02
0 引言
钢结构桥梁具有自重轻、节约资源、跨度大、工厂化生产等特点。随着我国经济的飞速发展以及路桥建设技术的提高，钢铁产量逐年上升，已经具备大面积推广钢结构桥梁使用的条件，以此减少钢铁产量过剩的情况，同时也能促进行业标准的发展和进步。为推进钢结构桥梁建设，交通运输部发布了《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》，决定推进钢箱梁、钢桁梁、钢混组合梁等公路钢结构桥梁建设[1]。钢结构是桥梁工程的重要组成部分，因此焊接质量的好坏，影响着钢结构桥梁的各项性能和稳定性等方面。本文结合部分工程实例，对影响钢结构桥梁焊接质量的因素进行讨论。
1 焊接人员
焊接人员是整个钢结构施工的主要参与者，为了减少材料不必要的浪费，以及保证焊接的质量，关键在于焊接人员素质和能力的把控。
第一，焊接人员应明确各类焊接工艺的选择、熟练使用焊接设备，掌握焊接材料的选择，以及判断焊接工艺在不同环境下的选择和使用。
第二，焊接人员应具备能看懂图纸的能力。图纸是整个工程的蓝图，技术人员能不能看懂图纸就决定了工程进度的快慢以及工程质量能否达标，以及遵守焊接工艺的使用标准和相关规范。
第三，焊接人员应定期培训。经济的高速增长，施工技术也会不断的被优化，施工单位应该将适合企业自身发展的新技术引进到施工中去，淘汰落后产能，优化施工技术。
2 施工单位
桥梁施工是一个动态的过程，在施工过程中会产生各种不确定因素对工程各方面造成影响。施工单位应以保证施工现场的稳定和有序为前提，进而保证施工质量和施工安全。因此应对桥梁施工给予更高的重视，结合新型的管理经验，改变传统的管理模式，并结合企业自身的情况，做出创新，这样才能使施工质量得以保证。
第一，应加强焊接技术人员的管理。包括对其上岗资质的审查，焊接人员应持有相关资质证书，并通过焊工考试委员会组织的有关理论与技能的考核。无证上岗的人员由于理论知识薄弱、对工程特点了解不深入，就会造成焊接质量不达标、浪费焊接材料以及安全事故的发生。施工单位应确保每一个焊接人员的资质水平，以保证在不同的施工类型中派遣最合适的焊接人员。
第二，合理安排焊接技术人员的工作时间。现阶段，钢结构桥梁施工的任务量都较为繁重，高强度作业势必会增加一线施工技术人员的生理及心理负担[2]。因此施工企业应制定合理的出勤制度，保证焊接技术人员有足够的休息时间，才能使得工程质量得以保证，让后续的工程项目顺利开展。
第三，规范安全制度。应制定详细的安全技术措施，经上级有关部门批准的安全技术措施具有技术法规作用，在施工期间应认真贯彻执行；应对比不同的施工方案，从经济、技术等方面进行评定，选出适合工程项目特征的施工方案，并贯彻执行。开工前应组织详细的安全技术交底工作，了解工程项目的详细内容，为安全施工打下基础。明确各岗位工作职责，对于违规行为应做出相应的处罚。
3 钢材对焊接质量的影响
3.1 钢材质量的把控
为了保证焊接质量和整体结构的稳定，在钢材进场时应对其各类证明材料进行检查，同时对数量、型号进行详细的核查，确保对焊接质量不会造成影响；按照国家有关规定对进场材料进行抽检，如果出现抽检质量不合格，则应对该批钢材进行相应的成分检验或其他专项检验。
针对钢材的焊接性能，要求钢材在焊接时所产生的高温热循环作用下不产生裂纹和热效应，并且焊接接头处的主要力学性能不低于母材的力学性能。
裂纹的形式主要有：张开型、滑移型、撕开型。裂纹的出现对钢结构的危害极大，主要体现在以下几个方面：①裂纹的出现减小了焊接构件的截面面积。②在裂纹出现处易出现应力集中的情况。③裂纹的出现使钢材的保护程度降低，将加速钢材腐蚀的情况发生。④在一定程度下，会影响结构的安全和整体稳定性。
钢材最主要的缺点之一就是易腐蚀，要根据不同钢材的特性，选择合适的防腐技术，在其表面涂刷防护层，钢材堆放场地应避免扬尘附着以及湿度过大使钢材造成生锈现象的发生。
3.2 钢结构耐久性，对全寿命周期成本的影响
钢结构桥梁在生产和加工过程中，存在不规范的现象，导致了钢结构桥梁在后期维护和运营过程中出现更多的隐患，甚至造成了财产损失和人员伤亡。制定钢结构桥梁质量检验控制标准将有效减小钢结构桥梁的施工误差，消除潜在隐患，从而提升钢结构桥梁耐久性，保证使用寿命，降低全寿命周期成本。[1]
4 焊接工艺的影响
以埋弧焊、二氧化碳气体保护焊、手工电弧焊为例，结合工程实际，分析在桥梁工程中，不同施工位置或环境下焊接工艺的选择。
焊接前，应对所有焊接坡口进行打磨，清除待焊区域内所有的杂物、灰尘、铁锈等一切干扰焊接的物质，要求打磨要露出金属光泽，杂物清除干净。南部滨海大道西延伸线工程（四标段）虽在焊接前严格执行施工工艺要求，但在焊缝检测过程中仍出现质检不通过的现象，需要进行二次施工，严重拖延工期并且出现了窝工的现象。因此，施工单位不仅要严格执行施工工艺的要求，也要对施工现场钢材的处理进行严格的把控，避免出现二次返工或拖延工期现象的发生，争取质检一次性通过。
4.1 埋弧焊
埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。埋弧焊具有弧光不外露，没有弧光辐射，安全环保、污染较小等优点。北京至福州国道主干线（温家圳至沙塘隘段）中的邻水河大桥建设工程项目，在对各类焊接方法的对比后，该工程选择埋弧焊施工工艺，对高墩主筋进行焊接连接，该工艺也被成为竖向钢筋埋弧电焊工艺。这种工艺的使用，不仅能适应邻水河的环境特点，也能在经济和技术两个方面占有优势，其工程质量也有明显的提高，并且不会影响关键工期。
4.2 二氧化碳气体保护焊
在桥梁工程中二氧化碳气体保护焊的使用，可以有效避免焊接处对钢板变形的问题，这是与普通电焊的区别之一。二氧化碳气体的使用可以让电焊产生较为集中的热量，这样就能在较短时间内完成焊接作业，进而降低钢结构变形的概率，并提高焊接效率。
在平潭海峡公铁两用大桥元洪航道桥施工中，钢锚梁制作允许误差2mm，为了避免焊接过程中对钢板产生的变形，其钢锚梁的施工就采取了二氧化碳保护焊的焊接工艺；渭武高速陇南段通过二氧化碳保护焊与普通电焊比较后，将二氧化碳保护焊应用在桥涵钢筋焊接及隧道钢拱架工字钢焊接，该焊接工艺的使用可以减少构件损害的情况，在经济角度上分析，也可以使建设工程的投资成本比普通焊接减少一半以上。
4.3 手工电弧焊
国外目前已经普遍使用多头自动焊接机械手臂等自动化装置进行焊接。与国外相比，国内桥梁钢焊接大多采用手工电弧焊，埋弧电弧焊等。这种焊接方式与操作者经验有很大关系，效率低，质量得不到保障。[3]因此，手工电弧焊不会作为主要的焊接工艺在桥梁施工中广泛的应用，而逐渐在桥梁工程建设中逐渐被淘汰。
郑州市郑东新区龙吟桥工程，除顶板对接焊缝采用CO2气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面的焊接方法外，其他焊缝均采用CO2气体保护焊进行焊接。[4]手工电弧焊只在焊缝返修时且焊缝长度小于400mm时使用；港珠澳大桥施工中，节段组焊以手工焊为主，自动化程度较低。为了解决这一问题，通过使用轨道式焊接机器人与手工焊相比较，在对外观以及工艺质量符合规范要求后发现，在相同的条件下，轨道式机器人焊接和手工焊相比，焊接效率提高一倍；另外，之前焊接同类焊缝优秀焊工完成的工作，现在只需一般的焊机操作工即可完成，人力资源成本大幅降低。[5]
5 结语
钢结构在我国公路桥梁均得到广泛的应用，为了提高钢结构使用的范围和寿命，就需要深入研究钢结构的特性以及焊接工艺的选择和应用。目前，大部分施工现场中选择的焊接工艺较为落后，就造成了施工过程中出现二次返工、延误工期现象的出现，阻碍了新技术在建设领域的推广和使用。因此，施工单位一方面需要不断的学习新的焊接技术，从而选择更合适建设工程的焊接技术，在提高生产效率的同时，也能降低费用的消耗；另一方面更需要保障焊接技术人员的生命健康，合理规划工作时间，制定严格的、全面的安全操作制度，严格审查焊接人员的相关资质。最后，在遵守相关技术规范、通过检焊接工艺检测评定下，保证建设工程的顺利进行。
参考文献：
[1]王贤强，丁志群，刘朵，等.钢结构桥梁质量检验与评定标准现状分析[A].中国标准化协会.第十五届中国标准化论坛论文集[C].中国标准化协会：中国标准化协会，2018：6.
[2]渠乐.钢结构桥梁施工管理中安全及质量控制探析[J].山西建筑，2018，44（32）：197-198.
[3]郭栖利，蒋勇，廖芬，等.高强度桥梁钢焊缝微观组织及性能研究综述[J].山东化工，2019，01（48）：54-55，57.
[4]许志强.连续钢箱梁架设方案优化及质量控制措施综述[J].绿色环保建材，2018，142（12）：188-189.
[5]车平，李军平，邹勇，等.港珠澳大桥组合梁钢主梁机器人自动焊试验及应用[J].焊接，2017，523（10）：59-63，76. |
