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丰南跨津山铁路特大桥钢管拱工地低温焊接工艺评定及措施

文档作者：毛孝发文档来源：武桥重工集团股份有限公司		点击数：	更新时间： 2025年09月18日
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上一篇：建筑工地的接地接零及防雷措施

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总第7期 丰南跨津山铁路特大桥钢管拱工地低温焊接工艺评定及措施 29
丰南跨津山铁路特大桥钢管拱
工地低温焊接工艺评定及措施
毛孝发
(武桥重工集团股份有限公司，湖北武汉430056)
摘要：丰南跨津山铁路特大桥跨越京山铁路下行线
和丰胥联络线，为系杆拱桥。为保证在北方严寒地区钢管拱
拼装时工地低温焊接质量，避免工地焊接时出现裂纹、夹杂
等缺陷及钢管拼装的焊缝错位。在拼装前，进行了焊接工艺
评定试验，根据试验提供的焊接工艺参数指导工地焊接，并
制定了钢管拱工地焊接工艺细则；在钢管拱拼接处设置诃节
装置，可防止焊缝错位，可调整焊缝间隙，搭设可及时供热保
暖的焊接防风棚；对焊接接头采取焊前预热、焊后后热、保温
等热处理措施；保证了工地焊接的质量，为类似工程积累了
宝贵经验和相关的试验数据。
关键词：拱桥；钢管拱；低温焊接；工艺评定；措施
1 工程概况
津秦客运专线是国家中长期铁路规划网中的一
部分，专线起至天津站沿既有京山铁路引入秦皇岛
站，丰南跨津山铁路特大桥跨越京山铁路下行线和
丰胥联络线，为津秦客运专线上一座系杆拱桥。
该桥主桥结构形式采用洛泽体系的提篮式钢管
混凝土系杆拱(图1、图2)，桥梁全长116 m，计算跨
径113 1TI，拱肋采用二次抛物线形。拱肋横截面采
用哑铃形钢管混凝土截面，钢管外径为声1 200 iTlm~，
由厚16 mm的Q345qD钢板卷制而成，每根拱肋的
2根钢管之间用厚16 mm的腹板连接，每隔一段距
离在圆形钢管内设加劲环、在两腹板中焊接拉杆。
两拱肋问共设7道钢横撑，其中拱顶及两侧共3道
一字形横撑，其余4道为K形横撑。横撑由外径为
1 200 mm和 800 mm的圆形钢管组成，钢板厚度
为12 mm。
该桥跨既有铁路施工，工期要求紧，施工难度
大。钢管拱拼装焊接在2011年1～2月完成。工程
所在地唐山地区当时平均气温为一10℃ ，多风，作
业面位于高于地面20多米的支架上，焊接环境恶
劣，保证焊接质量既是重点也是难点。
图1 钢管拱成桥效果图
1． 12 ：墨 一
图2 钢管拱横断面示意
2 工地焊接工艺评定试验
模拟实际接头形式在工地进行了3组焊接工艺
评定试验，接头形式为对接、背面贴钢衬垫，工位为
平位、立位、仰位(各1组)。
2．1 焊接方法
工地焊接采用药芯焊丝CO 气保焊，保护气体
纯度应大于99．5 (体积比)，含水量不得超过
0．005 (重量比)Eli。
2．2 母材及焊接材料
母材与主桥钢管拱材料相同，为Q345qI)钢，板厚
为16 nm】。母材化学成分和力学性能符合标准(表1嘲)
收稿日期：2011m07—12
作者简介：毛孝发(1985～)，男，助理工程师，2008年毕业于兰州交通大学材料成型及控制工程专业，工学学士。
30 桥梁检测与加固 2011年第2期
要求，试验前进行母材化学成分和力学性能复检，复
检合格后用于焊接试验。
工地焊接材料选用药芯焊丝GFL-71Ni( 1．2
ram)，药芯焊丝熔敷金属化学成分和力学性能见表
2、表3。对母材和焊材进行了化学成分和力学性能
的复检，复检结果均符合标准要求。
表2 焊丝熔敷金属化学成分
GFL-71Ni 40．18 40．90 41．75 40．03 40．03 4o．50 40．20 40．30
表3 焊丝熔敷金属力学性能
牌号 R L／MPa R ／MPa A／ Kv2(-40℃)／J
GFL-71Ni ≥400 ≥480 ≥22 ≥47
2．3 坡口准备及焊接工艺参数
(1)坡口准备。母材板为厚16 mm的Q345qD
钢板，接头形式为对接，坡口角度为．50。，坡口间隙
为2～4 mm，坡口钝边为2 mm。试件坡口采用氧
乙炔火焰切割，组装前，坡口区和母材表面须用砂轮
打磨，去除灰尘、铁锈及氧化皮。按图3所示进行试
件的组装，试件背面贴钢衬垫。
50
＼，一— — — — — ＼
- f
一单位：m
图3 对接试件(平、立、仰位各1组)
(2)焊接工艺参数及措施。根据工地焊接的具
体环境，在进行焊接工艺评定试验时，初步拟定了表
4所示的工艺参数。由于工地风速较大，所以增大
了保护气体的流量，气体流量为20~25 1／min。
表4 焊接工艺参数
当时的焊接环境温度为一15～ 一10℃ ，且湿度
较大。焊前采用氧乙炔火焰均匀预热，预热温度拟
定为8O～120℃ ，预热范围为焊缝两侧≥100 mm。
为保证试件焊缝及热影响区低温冲击韧性，必须严
格控制‘焊道(层)间温度，以不低于预热温度为原则，
结合以往的经验，最终拟定焊道(层)问温度为150
200℃ 。
焊接完成后，焊件冷却至环境温度前，对焊件进
行后热处理，后热温度为250~300℃ ，后热时间2～
3 h，而后用石棉铺包裹保温、缓冷。
2．4 焊接工艺评定试验结果
(1)焊缝外观质量。所有焊缝应待焊缝金属冷
却后进行外观检查。外观质量应符合《铁路钢桥制
造规范》(TB 10212—2009)的有关要求。检查发
现，焊缝未出现裂纹、未熔合、焊瘤、烧穿、夹渣、未填
满弧坑及焊漏等缺陷[3]。
(2)焊缝无损检测。施焊24 h后，经外观检验
合格进行超声波探伤r1]，焊缝质量等级为I级，探伤
结果均合格。
(3)接头力学性能。接头力学性能试验包括焊
缝金属拉伸、接头拉伸、一2O℃接头低温冲击试验、
硬度试验及宏观断面酸蚀试验等l3]，试验结果见表
5、表6。
表5 焊缝金属拉伸、接头拉伸、低温冲击试验结果
对接接头(平焊)
对接接头(立焊)
对接接头(仰焊)
184，218，211 168，167，195 156，176，168 D=2a， 一180。 完好
181，178，163 179，188，192 142，165，169 D=2a，日一180。 完好
184，189，205 157，162，165 170，176，176 D=2a， 一180。 完好
完好
完好
完好
总第7期 丰南跨津山铁路特大桥钢管拱工地低温焊接工艺评定及措施 31
依据《铁路钢桥制造规范》(TB 10212—2009)
和《桥梁用结构钢》(GB／T 714—2008)及相关检测
标准，对平、立、仰位3组对接接头试件进行外观检
查、无损探伤和接头的各项力学性能试验，试验结果
均达到了标准和规范的要求。说明工地焊接工艺评
定试验成功，所拟定的焊接参数和采取工艺措施可
以被工地实际焊接采用。
3 工地焊接工艺及质量保证措施
钢结构低温环境焊接对焊缝金属的危害直接表
征为焊缝裂纹和工作状态下的脆断，主要原因是由
于冷却过程中t ／ (500~800℃)区间内的冷却速度
引起晶体组织的变化带来的结晶裂纹及游离氢析出
引起的延迟裂纹I4]。因此，为防止冷裂纹的产生，保
证低温焊接的工程质量，在施工前进行相应的工艺
评定试验，施焊中采取一定的工艺措施、严格焊材保
管制度、实行焊前的焊工培训是至关重要的。
3．1 焊接环境
该工程钢管拱工地焊接的环境温度最低达-20
℃ ，平均气温为一1O℃ 。当环境温度低于一15℃，
停止焊接作业ll4]。焊接作业安排在白天进行。
3．2 拱肋拼装及现场防护措施
为防止焊缝错台及配合全桥线形调整，工地拱
肋对接时需设置简单的锁紧装置(图4)。
图4 拱肋对接锁紧装置示意
工地现场拱肋对接处和横撑分段对接处均须搭
设防风保暖棚，棚内空间需能容纳2或3位工人，且
能完全遮罩焊缝；由于工地风力一般能达3～5级，
所以防风棚构造材料采用薄钢板及角钢，焊成坚固
扎实的框架结构。棚内保暖层采用不燃的石棉布包
裹。为保证拼焊环境满足标准要求(即不低于5
℃)，棚内采取一定的保暖处理措施(如安置电暖
气)；同时为保证焊接工人的工作环境和生命安全，
防止在棚内出现窒息中毒现象，设置相应的排风措
施(如安设排气扇)。
3．3 焊接材料保管
工地焊接主要采用药芯焊丝，焊丝开封后易受
潮，不能进行烘干处理，最好一次性使用完毕，所以
在使用过程中应采取防潮措施，焊机上的焊丝防护
罩必须保持完好，未用完的焊材必须及时送回焊材
库，防止受潮。严格焊材库的管理，保持库内的干燥
保温。焊条按标准进行烘干，烘干次数不超过2次，
在空气中暴露时间不超过2 h。
3．4 焊接设备防护
焊接设备防护|4]：① 为保证焊接时焊接设备能
正常工作，焊机放在可移动的焊机防护棚内，防护棚
应设置加热设备，使焊机在正温状态下工作。② 使
用前气瓶应尽可能集中存放，气瓶存放棚应设有加
热装置，确保气体随用随有；气瓶在使用时，应放置
在焊机防护棚内，实现正温(>0 oC)管理，单机使用
时，气瓶必须采用加热保温措施(采用电加热毯外包
石棉或其他保温耐火材料进行保温)保证液态气正
常气化，使保护气体稳定通畅。
3．5 低温焊接工艺及措施
(1)焊接工艺参数。在各种防护措施和前期工
作已经到位的前提下，严格采用评定试验合格的焊
接工艺参数(表4)进行工地焊接施工。
(2)预热和后热保温措施。① 工地条件有限，
加热方法采用烤枪火焰均匀加热。由于焊接是在拱
肋整体拼装完成后进行，所以拱肋问有一定的拘束
度，预热温度需提高15～3O℃，最终确定预热温度
为95～150℃ 。预热范围为焊缝两侧≥100 mm。
焊接过程中如何保证未焊接处也能保持稳定的预热
温度是关键，所以在防风保暖棚中除焊工外还需安
排1名预热工和1名温度检测工人，焊工施工的同
时，预热工对未焊焊缝进行均匀预热保证达到预热
温度，温度检测人员配合测温。② 焊道(层)问温度
控制，严格控制道(层)问温度，根据工艺评定试验确
定其为150~200℃。焊缝温度检测人员实时进行
温度检测并做好记录。③ 后热及保温，焊接完成后
紧急后热和保温。焊接完成后，进行后热处理，后热
温度为250~300℃ ，后热时间为2～3 h，测温人员
实时测温，记录时间，然后采用石棉铺保温缓冷(图
5)。④ 测温方法，测温采用红外测温仪和接触式测
温仪，测温点设置在焊缝原始边缘两侧各3O～5O
mm处。使用红外测温仪时，测温仪垂直于测温表
面，距离不大于200 mm。层间温度测温点在焊道
起点，距离焊道熄弧端300 mm 以上。后热温度测
温点设在焊道表面。
3．6 焊后探伤及返修
焊缝焊接完成后，按《铁路钢桥制造规范》(TB
10212-2009)要求，焊后24 h进行超声波探伤。为
32 桥梁检测与加固 2Ol1年第2期
图5 石棉铺保温示意
防止出现延迟裂纹，按接头数量的2O 进行48 h后
的焊缝超声波探伤抽查。当焊缝检测查出有缺陷
时，则采用碳弧气刨清除焊接缺陷，在清除缺陷时刨
出有利于返修焊的坡口，并用砂轮磨掉坡口表面的
氧化皮至露出金属光泽，碳刨面根部及两端磨成圆
弧状，裂纹前、后端各应多除50 mm。进行返修焊
时预热温度相应提高5O℃ ，焊接过程严格按照已评
定合格的焊接工艺参数及工艺措施进行。
3．7 焊工防护及培训
焊工防护及培训r4]：① 在正式焊接前对焊工进
行焊接适应性训练，并做好防护防寒用品及安全生
产等准备工作。② 焊工在进行低温焊接前，需对现
场焊接工程师进行技术交底及理论、安全教育，然后
进行焊接适应性训练，如现场试焊等。③ 焊工在正
式上桥焊接前，必须具备个人防寒用品，穿戴好棉
鞋、帽子、护膝、手套等，同时系好安全带，以保证长
时间抗寒并可防滑。④ 低温焊接工人体力消耗较
大，需适当调整倒班时间。⑤ 现场设置专人监护，
对焊工工作状态进行监控判断，保证焊接顺利进行
及焊工人身安全。⑥ 如遇雪后在桥上进行焊接时，
应先清扫棚顶积雪，防止雪水淋湿焊缝，焊工通道及
时清扫，以便安全通行。
3．8 沟通与交流
为保证工地焊接的焊缝质量和焊接工作的顺
利，现场工程师、探伤人员、焊接工人不断交流和沟
通，共同解决遇到的难题。图6为合龙后的钢管拱。
图6 合龙后的钢管混凝土系杆拱实景
4 结语
通过模拟钢管拱工地焊接位置及接头形式，在
施工现场进行了相应的焊接工艺评定试验，各试件
经外观检查、无损探伤、力学性能试验，试验结果均
符合标准和规范的要求，所拟定的工艺参数和工艺
措施可以指导工地实际焊接。根据焊接工艺评定试
验所提供的参数和工艺措施，结合实际施焊环境制
定了详细的低温焊接工艺细则及质量保证措施，成
功地运用于该桥钢管拱的焊接，工地焊接质量得到
了很好的保证，对类似钢管拱工地低温焊接具有一
定的参考价值。
参考文献：
[1] TB 1O212 2009，铁路钢桥制造规范[S]．
[2] GB／T 714—2008，桥梁用结构钢标准Es5．
E3] GB 50205—2001，钢结构工程施工质量验收规范Es3．
[4] 高树栋，李久林，路克宽，等．建筑钢结构低温焊接施
工技术I-J]．建筑技术，2008，(3)：186—189．

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