临猗黄河大桥耐候钢焊接及锈层稳定化技术

摘要：介绍了临猗黄河特大桥Q345qDNH及Q420qDNH免涂装耐候钢的焊接技术、锈层稳定化技术及施工过程中注意事项等，为免涂装耐候钢在工程应用提供技术支撑。

关键词：免涂装耐候钢；焊接技术；锈层稳定化技术

1 序言

普通钢材在大气环境中容易发生腐蚀、其腐蚀速度与环境因素关系极大。为减轻大气腐蚀损失，以往常规做法是采用表面覆盖涂层的方式隔绝空气从而达到防腐的目的，但由于涂层寿命的限制，大型桥梁结构每间隔一定的时间就需要进行相关的维护，维护工作量大且维护成本高。耐候钢主要是通过添加一定量的铜、磷、铬、钼、镍等耐蚀效果好的合金元素，改善锈层的结构和特性，形成致密、均匀、稳定的锈层，以锈止锈，从而提高钢的耐蚀性能，达到防腐的目的。

我司制造的临猗黄河大桥河道主桥为跨径128m等高、连续钢箱组合梁，共分2联（112+14*128）+（14*128+120）米，全长3816米，约5.6万吨，现为国内单体量最大的耐候钢桥。主桥顶板宽度26m，钢箱梁中心高6.28m，其中钢梁高6m，桥面板厚0.28m。钢梁整体上由封闭钢箱梁和箱外挑臂横梁组成，除支点处局部加强位置使用Q420qDNH钢外，其余均使用Q345qDNH钢。典型断面图如下图所示：

2 免涂装耐候钢焊接技术

由于耐候钢添加了Cu、Cr、Ni等多种合金元素，其焊接操作难度较大，焊接操作性不同于普通合金钢，焊接前焊工必须进行高性能耐候钢焊接的适应性训练，包括对焊丝送进速度、焊枪倾斜角度、焊层厚度、焊道排列布置等进行熟悉，并熟练掌握。焊缝熔池粘度较高，流动性较差，容易产生偏析、夹杂、气孔、甚至裂纹，耐候钢在焊接前需注意预热，预热温度视钢板厚度宜控制在80～150℃之间，以防止产生焊接裂纹，其中尤其应注意定位焊、螺柱焊和厚板的焊前预热。本项目采用Q420qDNH及Q345qDNH耐候钢，为确定焊材匹配要求及焊接工艺参数，进行典型接头焊接试验，确定焊接工艺参数。

2.1 试验用钢材

本项目母材碳含量均在0.10以下，碳当量及裂纹敏感系数较低，可焊性较好，耐候指数在6.0以上。

2.2 试验用焊材

耐候钢焊接所用焊接材料的选择须与母材性能及成分相匹配，并保证焊接接头耐候指数也满足I≥6.0的要求。经过焊材复验，选用50公斤级焊丝可满足Q420qDNH及Q345qDNH两种钢材的力学性能要求，且经过化学成分进行光谱分析耐候指数I≥6.5。

2.3 典型接头试验结果

对本项目涉及到的板厚进行典型接头试验，验证拉伸强度、弯曲性能及低温冲击值。为验证焊缝区域的耐候指数，增加焊缝区域I指数的测定，通过试验结果可知，力学性能及耐候指数均满足《铁路钢桥制造规范》Q/CR 9211-2015的技术要求。

3 锈层稳定化技术

耐候钢的腐蚀机理是经长时间自然锈蚀，形成含α-FeOOH的锈层，此锈层连续、致密、裂纹少，可有限的减少钢板的继续锈蚀，到达以锈止锈的效果。但在自然条件下生产锈层需要比较长的时间，未生产致密锈层时可能会在运营过程中出现锈液流挂的现象。常用的锈层稳定的处理方法有周期浸水法及稳定剂喷淋法，本项目采用稳定剂处理。板单元生产完成后，通过喷丸或喷砂去除表面氧化皮后，喷淋耐候钢锈层稳定化处理液。处理液中的化学物质与钢基体发生反应，形成一层均匀、致密的保护性锈层，缩短施工周期，使耐候钢在服役过程中颜色更加均匀，同时也可防止锈液污染环境。具体方法如下：

1. 钢材表面喷丸或喷砂后的清洁度达到Sa2级，颜色均匀一致，并用清水喷淋钢结构表面1次，清洗表面灰尘和杂质。

2. 在钢结构表面湿润的条件下，将溶液注入喷雾器内，均匀地在钢铁表面喷淋3～5秒（可用滚筒刷替代喷雾器，在钢铁表面均匀刷涂）。处理液的喷淋钢结构整体的速率应尽量一致。处理液接触钢基体后，以钢基体微微变红为标准，然后再将喷头移至下个喷淋区域。溶液干燥前，残留的溶液会使钢基体继续变红，颜色逐渐加深。

3.喷淋处理液一次后，让钢表面自然干燥，此时最好用吸水材料吸掉钢结构下部累积的处理液，以保证上下部的干燥时间一致。

4.待钢结构干燥后，再次喷淋处理液一次，表面见湿即可。

对于现场焊接处，焊后需要对焊缝处喷涂锈层稳定化处理液，焊缝处锈层颜色会略浅，但随着时间的延长，颜色会逐渐均匀。

4 耐候钢制造及运输注意事项

耐候钢的施工与普通钢材存在诸多不同，施工中应注意以下事项：

1.注意不要使钢梁表面受伤和沾上污渍，以免影响影响锈层的均匀性。钢梁出厂前不可使用油漆等进行标记，建议采用挂牌方式进行标号。

2.钢板在下料前应选择最大板厚和典型板厚进行切割试验。

3.钢板火焰修整加热温度不应超过650℃，严谨加热温度过高和同一部位多次加热，否则影响材料性能且容易留下难于去除的烧焦痕迹。

4.由于耐候钢中加入了较多的合金元素，其焊接性比同级别的低合金结构钢一般情况下要差，焊材中也含有较多的合金元素，焊接难度较大，因此必须严格执行焊接工艺。应做好焊前预热、道间温度和余热的控制，最低道间温度应不低于预热温度。

5.工地焊接完成后，应首先清除杆件表面油污、标记、飞溅和其他外来物，然后对焊接位置及周边区域采取加速锈层稳定技术进行处理，使焊接位置的锈层尽快达到其他部位的水平。对其它原因引起的锈蚀不均匀也应按此要求进行处理。

6.要注意钢梁运输和吊装过程中的表面保护。钢梁暂存时需做排水处理，要减少构件受到地面潮气的影响。

7.耐候钢桥的细节设计应保证钢梁表面不积水和积尘，否则应做相应处理。

6 结束语

1）耐候钢焊材增加较多的合金元素，本文通过典型接头焊接试验，验证Q345qDNH及Q420qDNH可同样使用50公斤级的焊材。

2）通过典型接头试验，接头的力学性能及焊缝的耐候指数I均满足设计及相关标准的要求。

3）采用打砂后进行锈层稳定化处理，钢板表面锈层均匀，不会出现锈液流挂等现象。

参考文献

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