关于桥梁钢结构焊接的几点思考

关于桥梁钢结构焊接的几点思考

摘要：随着科技水平的不断提高，公路、铁路等交通系统的不断完善，带动了桥梁工程的快速发展。在桥梁建设的工作中，不仅需要满足功能性的要求，还需向着高速化、大跨度与环保性、美观性的方向发展。

关键词：桥梁；钢结构；焊接

引言

桥梁质量的好坏直接关系到桥梁的使用寿命和使用效果,因此如何对桥梁的质量进行合理的评价是一个迫切需要解决的问题。基于层次分析法(AHP)的模糊综合评判法能较好地量化质量评价过程,给管理者进行判断提供一个更为直观的依据。

1桥梁钢结构焊接技术发展现状

1.1桥梁钢结构焊接工艺发展现状

近几年，欧美没有大的钢桥梁建设，主要在钢桥制造方面开展高强钢、高性能钢的研究、焊接设备（焊接机器人）研发等，钢桥梁制造技术相当成熟。在日本，由16家厂商联合开发钢桥制造计算机信息处理系统，即把钢桥制造全过程作成一个统一的计算机处理系统。多数构件或板单元的组装、焊接、矫形等一系列工序会在流水线上完成，实现了板单元制造机械化、流水化作业。相反，我国钢桥制造业虽然在焊接方法和先进设备引进上有了较大进步，但仍然依赖于传统的钢结构制造模式和焊接工艺的结合，即把各工序分割开来实施，即图样转换，钢板配料、切割、制孔、组装焊接、预拼装等各工序是不连贯的，与飞机、汽车制造行业等不同的是，钢桥梁组装焊接很难形成自动化流程，在自动化焊接、机器人焊接以及全过程计算机连贯信息处理系统等方面有相当大的差距。板单元间对接缝也可采用双细丝埋弧焊接。加劲肋、隔板单元等熔透角焊缝主要采用二氧化碳气体保护焊焊接，焊条电弧焊则主要用于定位焊或焊缝的返修。专用焊接机

器人基本用于特定部件的焊接。原则上，在保证焊接质量的基础上，选用焊接效

率高、焊接位置适应性好和自动化水平较高的焊接方法。

1.2桥梁钢结构焊接技术特点

钢桥梁结构复杂，形状各异。钢箱梁大多为箱形结构，桁梁一般为箱形杆件，焊接空间狭小，焊接可达性较低，焊接位置特殊，长直易焊接焊缝极少，桥位作

业又属于高空作业，不便于自动化焊接。因此，传统的手工焊方法仍然发挥了极

大的作用，焊接人员充分利用传统焊接方法技术特点，优质高效地完成钢桥梁焊

接制造。（1）焊条电弧焊设备简单，使用灵活方便，经常用于定位焊、焊缝返修；（2）二氧化碳保护焊可实现全位置焊接、焊接效率高、热输入小、焊接变

形小、焊缝质量可靠；（3）埋弧焊焊接质量高、劳动强度低、熔敷效率高、但

无法实现全位置焊接；（4）机器人焊接具有自动化程度高，生产效率高，劳动

强度低，焊缝成形美观，一次可实现多条焊缝焊接。

2影响桥梁钢结构焊接断裂的主要因素

造成桥梁钢结构焊接断裂的条件和原因：（１）传统的钢结构强度设计理论

忽略了钢结构在焊接加工过程中难以避免的焊缝缺陷存在，将经过焊接加工的结

构件仍视为材料连续均匀和各向同性、物理性能和化学成分无变化、无缺陷的母材，其存在片面性和局限性是必然的。部分焊缝设计不精细、不合理；节点焊缝

集中和重登交叉，焊缝过度设计而导致构件产生较大的内应力，甚至认为安全系

数取得越高结构就越安全，因而片面地追求采用高强度材料。而事实正好相反，

高强度材料中的裂纹往往更容易失稳扩张，导致低于屈服强度的脆性断裂。不仅

材料的效能没有发挥，造成浪费，更严重的是带来灾难性事故。（２）桥梁钢结

构主要是由钢板通过切割焊接组成的钢桁架或钢箱梁结构，虽然钢板是一种弹塑

性能良好的匀质材料，但是部分钢材（钢板）的焊接性能差。钢材冶炼注重强度

而忽视其材料的塑性和韧性，如沸腾钢钢水纯净度较低，较高的碳、氮、氧、硫、磷、硼等化学成分均会降低钢的塑性和韧性，增加钢材的低脆性能；另外选用相

对组织疏松、钢材的内外层均匀性较差、晶粒度粗的超厚度钢板也容易产生焊缝

母材的断裂现象。（３）焊接产生较大的焊接残余应力和残余变形；焊缝热影响

区母材的塑性和韧性降低，（４）焊缝存在的各种缺陷，如裂缝、焊瘤、边缘未

培合、未焊透、咬肉、夹渣和气孔等，表面缺陷扩展到临界缺陷尺寸时而告断裂。

3桥梁钢结构自动化焊接的技术措施

3.1 结构标准化设计

一般情况下，桥梁钢结构的数量很多，体育庞大，构件的也很烦琐，要想有

效的采用自动化焊接技术，就应该事先标准化的设计，有效提升焊接制造的工作

水平。在此过程中，开展桥梁钢结构的标准化设计工作，应该强化局部细节的处

理力度，便于合理采用先进的自动化焊接技术。例如，在横隔板结构的加劲肋设

计工作中，水平类型与竖向类型的加劲肋的间距过小，在使用机器人进行自动化

焊接期间，很容易有阻碍，不能保证焊接空间的充足性。所以，在实际工作中，

要确保焊接缝的连续性，有效地提升焊缝质量，保证加劲肋间距控制在4厘米左右，水平肋段的切角超过50度。

3.2积极采用先进的自动化焊接技术

（1）U形肋板单元的自动化组装定位焊接技术。一般情况下，桥梁钢结构中

的板单元质量，对整体桥梁寿命起着决定性的作用，而U形肋和板面之间的角焊接，会直接承受车轮的荷载，很容易出现疲劳损坏的现象，对桥梁结构的安全性

和寿命会产生直接影响。在精确焊接工作中，可采用自动化组装定位机床进行处理，将自动化的行走功能、除尘功能、定位功能与机器人功能相互整合，满足安

全环保的工作要求，在一定程度上可以提升自动化焊接的水平，满足当前的自动

化焊接工作要求。

（2）板单元的机器人焊接技术。桥梁钢结构的板单元构建质量非常重要，

而焊接质量对整体结构的建设稳定性和强度会产生影响，尤其是顶板单元的U形

肋角焊缝，要保证熔深达到标准，并确保工作效果。在此期间，应该合理地采用

先进的机器人自动化焊接技术，编制出完善的计划方案，在提升自动化焊接质量

的情况下，利用疲劳试验对比方式，通过自动化机器人焊接的方法，提升整体的

抗疲劳强度，将自动化焊接技术的作用发挥出来，这样在板单元相关机器人焊接

技术合理应用的情况下，遵循合理化的工作原则，编制出较为完善的自动化焊接

计划方案，有效地提升整体自动化焊接的技术水平与综合质量，从而促使桥梁钢

结构自动化焊接工作的合理落实。

3.3合理选择自动化焊接原材料

桥梁钢结构的自动化焊接工作中，要想确保技术的应用效果，就应该选择质

量较高的焊接原材料，保证焊丝具有较好的工艺性能，可在自动化焊接中实现连续、稳定的送丝目的。在此期间，应该合理地使用桶装的焊丝开展工作，确保在

缠绕期间不会出现扭曲的现象，并且在自动化焊接期间，焊丝可以有一定的对正

性能，有效地提升焊接外观成形的均匀性与一致性，规避“蛇形”焊缝问题，并

预防有气孔的质量缺陷。在选择焊丝的过程中，应该保证焊丝的熔敷效果符合要求，预防出现飞溅的现象，规避脱渣风险。近年来，在桥梁钢结构性能逐渐提升

的情况下，焊接的接头标准也有所提升，在此情况下，为确保焊缝金属的强度在

木材标准值的范围内，应该明确具体的焊缝超强限制，将焊缝的超强指标控制在

合理的范围内，以免出现自动化焊接的问题。

结语

目前国内公路桥梁钢结构的发展异常迅速,却暂无全面合理的公路桥梁钢结

构焊接质量检查验收规范,故应尽快建立统一、规范的公路桥梁钢结构焊接设计、施工、监理、验收质量控制和检验规程,提出焊接工程各环节的具体检查验收标准,明确检查方法和频率,为公路桥梁钢结构焊接质量保证和质量追溯提供依据,

使保证工程质量的各项措施和要求落到实处。

参考文献

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［2］霍厚志，张号，杜启恒，等．我国焊接机器人应用现状与技术发展趋

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