钢箱梁冬季施工之我见

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【摘 要】冬季低温条件下钢箱梁焊接分析、施工保护措施、工艺改进措施。

【关键词】钢箱梁；冷却速度；焊接裂纹

随着我国铁路与公路建设的发展，钢桥建设得到了飞速的发展，特别是近年来随着高等级公路的修建和城市高架桥、立交桥架设的需要，钢箱梁结构在我国已经被广泛采用。钢桥形式很多，就公路桥来说，全焊钢箱梁桥占到了相当大的比例。

近年来，我公司陆续承揽了一些西安地区和西北青海地区的钢箱梁桥梁，有公路钢箱梁桥，也有城市人行钢箱梁天桥，由于施工的需要，有时不得不在冬季室外低温条件下施工，由于接头冷却速度快，不但可以促使出现冷裂纹也会促使增大凝固开裂倾向。经过近几年的冬季钢箱梁施工，笔者总结了如下一些施工经验。

钢箱梁桥的制造一般是在工厂分段进行制作，再运到工地现场组装。有时由于施工的需要，钢箱梁的安装不得不在冬季室外低温条件下施工，冬季由于气温比较低，尤其在北方地区，通常都在0℃以下，这时常可见到焊接裂纹，不但有冷裂纹也有热裂纹，这就会给钢箱梁的焊接施工带来很大困难。

在低温条件下焊接钢结构时，最显著的特点是接头具有很大的冷却速度，因而提高了焊缝结晶速度，同时也提高了弹塑性变形速度，即提高了焊缝结晶期间的应变增长率，这必然促使增大热裂纹倾向。实际上，冷却速度越大，脆性温度区间也越大，热裂纹也越发要增大。

由于冷却速度提高，钢结构焊接接头必然更易于硬化，与常温下焊接相比较，低温下焊接必然增大冷裂倾向，查在不同温度下施焊时冷裂倾向试验结果。显然，环境温度低于-10℃，冷裂倾向急剧增大，由试验知，采用超低氢焊条极为有利，说明低温焊接时，氢也能促使增大冷裂倾向。

根据目前所制作的钢箱梁材质、板厚等特点，只要钢板温度低于-5℃时，就必须采取措施，否则不得进行任何形式的焊接作业。由于钢箱梁的结构复杂、面积较大，要求采取整体保护措施比较困难。根据现有条件，制定以下措施进行保护：

（1）在每一跨钢箱梁上搭设3-4座防雨棚，宽度为钢桥宽。两边尽量落过底板，长度可为4-5米，框架采用型钢，面布采用防雨布。长度方向两侧均挂防雨布。

（2）在每座防雨棚内设置三个炉子，以增加温度。

（3）每道焊缝在施焊前，先用烤枪将焊缝以及两侧100mm范围内水汽烤干，再用烤枪将同样的位置预热到50℃以上方可进行焊接。

（4）整个焊接过程中用测温计随时测量预热温度。

（5）由于底板所处位置的特殊，预热温度应比顶板、腹板的预热温度略高一些。

（6）由于冬季温度较低，冷却速度比较快，焊接时尽量连续施焊。

（7）焊接过程中应采用后热处理，方法是用烤枪跟在施焊人员身后烘烤焊缝以及两侧，温度大于50℃，以降低焊接冷却速度。

（8）如果外界气温低于-15℃时，需停止焊接作业。

（9）为了更好的提高焊缝质量，施焊时间最好控制在9：：0―18：00之间。

（10）雪天或雪后进行作业时，焊缝两侧1米处，设密封装置，防止雪水进入。

冬季野外施工的不确定因素很多，在做好以上的防护措施外，还需对焊工、焊接设备、焊接材料进行必要的保护。

1）焊工保护

（1）焊工在进行低温条件焊接时，需进行低温焊接技术理论教育和低温焊接适应性训练。

（2）焊工在正式焊接前，必须具备个人防寒用品，必须具备较长时间抵抗严寒的能力和防滑能力。

（3）低温焊接操作时，应设有专门监护人，对焊工的工作状态进行监控和判断，必要时应采取措施保证焊接工作顺利进行和焊工人身安全。

下雪天及雪后进行高空焊接作业时，通道应设专人清扫，特别是扫除薄冰，以保证焊工的安全通行和体力的保存。

2）焊接设备的保护

（1）焊机尽量集中摆放在可移动的焊机防护棚内，防护棚内应设置加热设备，是焊机在正常温度下工作。

（2）使用前，气瓶应尽可能集中存放，在气瓶存放棚应设有加热装置，确保气体随用随有。

3）焊接材料的保护

（1）保护气体应使用纯度为99.9%的CO2气体，以保证焊接接头的抗裂性能。

（2）严格焊材库的管理，焊条必须按标准进行烘干，烘干次数不得超过两次，在空气中的暴露时间不得超过2h。

（3）焊丝开包后尽量连续用完，不要放置过长时间。

冬季低温焊接时，为防止产生焊接裂纹，首要问题是限制冷却速度，其次是正确选用焊接材料以及其他工艺措施，结合近几年的工作经验，从焊接工艺上作了如下改进：

（1）焊接方法选用：采用低氢的焊接方法有利。一般，气体保护焊及埋弧焊较之手弧焊有利于改善抗层状撕裂性能，因为冷裂倾向小。

（2）填充金属的选择，采用低强组配的焊接材料有利。应避免采用超强组配焊接材料。

（3）焊接技术的运用：①对称施焊，使应变分布均衡，减少应变集中。②采用适当小的线能量，以减少热作用，从而减少收缩应变，但须防止产生冷裂纹。③控制焊缝尺寸，避免焊成过大的焊脚，采用小焊道多道焊。④在低合金钢焊接时很容易硬化开裂，因此，定位焊时，一般要求焊道长度不小于50mm。

（4）其他措施：①预热：低温下焊接，预热是防止冷裂的重要措施。②中间退火消除应力。③锤击。

气温过低，如低于0℃，会增大焊缝金属淬硬程度，促使增大冷裂倾向。选择施焊时间应避免天气较冷，且应注意防风。气温较低时，应采取暖冷措施。层间温度保持在150-200℃之间，可采用两台焊机同时施焊，必要时实施预热。

以上施工措施和工艺方法，经过近几年的施工检验和完善，在冬季钢箱梁的焊接施工中，极大地保证了钢梁的焊接质量，在随后的无损检测中基本一次性通过，证明了这套施工方法的正确性。

规范大部分是经验性的产物，不应盲目照搬，应做具体分析，可以借鉴或参照，更应不断总结自己的经验，完善自己的规范或标准。

以上涉及的内容只是工作中遇到的，不甚全面，可能有不妥之处，愿与业内人士共同探讨，以期达到提高工程质量的目的。

【参考文献】

[1]中国机械学会焊接学会，编.焊接手册[M].机械工业出版社.

[2]陈伯蠡.焊接工程缺欠分析与对策[M].机械工业出版社.