水下湿法牺牲阳极施工中的应用

水下湿法焊接工艺在东海大桥钢管桩牺牲阳极施工中的应用

【摘要】：本文就如何保证东海大桥桥墩钢管桩保护牺牲阳极的水下焊接安装质量进行了介绍,并重点论述了为保证水下湿法焊接质量所采取的三项措施,即:焊接工艺评定试验、水下电焊工培训和水下焊接质量的过程控制等。

【单位】：上海津沪海洋工程有限公司

上海东海大桥是我国自行设计与建造的第一条真正意义上的跨海大桥，大桥位于东海杭州湾的舟山海域，北起上海市南汇区的芦潮港，南至舟山市嵘泅县的小洋山岛。大桥总长32.5 km，其中海上段长25.3 km。全桥设有桥墩484座，其中有331座桥墩为钢管桩结构，钢管桩直径为中1 500 m

1.1 水下焊接分类

一般都从水下焊接所处的特殊环境大体上分为 3 类：湿法水下焊接、干法水下焊接和局部干法水下焊接。但随着水下焊接技术的发展，又出现了一些新的水下焊接方法，如水下螺柱焊接，水下爆炸焊接，水下电子束焊接和水下铝热剂焊接等。

1.2 水下焊接特点

(1) 水下环境对焊接过程的影响水下环境使得焊接过程比陆上焊接复杂得多，除焊接技术本身外，还涉及到潜水作业技术等诸多因素。

1) 能见度差由于水对光线的吸收、反射、及折射等作用，使光线在水中的传播能力显著减弱，只及在大气中的千分之一左右。采用湿法水下焊接或国外通常用的局部干法焊接时，电弧周围产生气泡的影响，潜水焊工很难看清焊接熔池状态，妨碍了焊接技术的正常发挥。

2) 急冷效应海水的热传导系数较高，约为空气的 20 倍左右。即使是淡水，其热传导系数也为空气的个几倍。若采用湿法或局部干法水下焊接时，被焊工件直接处在水中，水对焊缝的急冷效应极明显，容易产生高硬度的淬硬组织。只有采用干法焊接时，才能避免急冷效应。

3) 增加了焊缝含氢量湿法水下焊接时，电弧周围的水被电弧热分解产生大量的氢和氧，使电弧气氛中φ(H) 高达 62 ％～ 82 ％，则熔池中溶解或吸附大量的氢。致使焊缝金属含氢量达 20 ～ 70mL ／ 100g 的范围内，高于陆上焊接的数倍。高压干法水下焊接时，虽然工件不直接处在水中，但电弧气氛压

力高，氢的溶解度大，也比陆上相同焊接方法焊接的焊缝含氢量高。只有常压

干法水下焊接与陆上焊接相似。

一、质量保证措施为了保证钢管桩保护阳极水下焊接的施工质量，我们采取了以下几方面

的保证措施。

1、人员能力与资格的控制

（1）对所有参加东海大桥钢管桩保护阳极水下焊接的潜水焊工进行针对性的培训，使其能够适应在东海大桥水域进行潜水作业，并掌握钢管桩保护阳极水下焊接的工艺与质量标准。

（2）所有进行潜水作业的人员必须取得由交通部颁发的潜水员证书，水下焊工必须经权威部门考核并取得水下焊工证书，无证书人员不能从事潜水施工与水下焊接作业。

（3）在施工前，对每位水下焊工进行试板考核，考核合格者才能上岗。并定期对从事水下焊接的水下焊工进行试板考核，以便监控水下焊工的技术水平，对达不到要求的人，不能从事水下焊接作业。（4）必须保持潜水作业人员具有充沛的体能，身体状态不佳或生病的人员不能从事水下焊接作业。

2、施工材料的控制（1）施工用重要材料应选择质量可靠并经权威机构认证的产品，施工用普通材料应选择质量合格的产品，严禁使用三无产品。

（2）采购材料到货后经过严格的质量验收后才能用于施工，验收不合格的材料应更换或退货。

（3）妥善保管施工材料，避免材料因潮湿、变质、保管不当而损坏，已损坏的材料严禁使用，以免影响工程质量。

（4）按照技术要求正确使用施工材料，严禁错用、乱用。

3、生产设施的控制

1）用于施工的设备设施应与所从事的作业相匹配，质量可靠并且操作方便。

（2）定期对设备进行维护保养，保证设备的各项性能指标正常。

（3）禁止使用性能指标不正常的设备进行施工作业，并及时修理已经损坏的设备。

4、工作环境的控制

（1）为了确保钢管桩保护阳极水下焊接质量，在施工过程中严格控制工作环境。一般适于水下焊接作业的工作环境应为：

a. 作业现场的风力应≤6级；

b. 作业现场的浪高应≤1米；

c. 作业现场的水流速度应≤1米/秒；

d. 大雨天气不能作业。

（2）水下焊工在水下进行阳极焊接前应确认水流的流速、流向与水下涌浪的影响，在焊接阳极时应先根据海况特点稳定好身体及位置得当，施焊时呼吸应均匀，运条要平稳。（3）严禁在不良的海况与气象条件下以及采用不利的工作位置进行水下焊接作业。

5、施工工艺的控制

（1）焊接方法的确定

在大桥钢管桩保护阳极水下焊接施工中，我们采用水下湿式焊接方法，湿式焊接方法具有焊接效率高、对环境适应能力强、方法简便易操作、水下焊工工作强度低等特点。

（2）焊接材料的选择

大桥桥墩钢管桩材质为Q345，为了避免由于水下焊后冷速快使钢管桩产生裂纹，我们选择英国HYDROWELD FS牌焊条焊接钢管桩保护阳极。此焊条用于水下焊接时，除焊缝抗裂纹能力强外，还具有电弧稳定、易于起弧、焊缝成型好等特点。

（3）焊接工艺评定实验

为确定水下焊接工艺，并评价其质量效果。我们与上海交通大学焊接研究所完全按照东海大桥现场的工况条件进行了水下焊接工艺试验，并对焊接接头做机械性能试验与金相试验，试验结果得到用户的认可。试验结果也为制定钢管桩保护阳极水下焊接工艺提供了依据。

（3）钢管桩保护阳极水下焊接主要工艺参数

a. 焊口质量要求彻底清除焊口周围的海生物与铁锈,阳极焊脚与钢管桩间的贴合间隙应≤2mm

b. 焊接设备要求采用直流电焊机,焊机容量应≥400A,保证地线连接可靠,焊接回路形成应合理

c. 焊接材料焊条牌号：英国HYDROWELD FS牌焊条,焊条尺寸：ф4mm×350mm

d. 焊接工艺参数采用水下湿法焊接方法,焊接电流：160～180A,焊接电压：6～40V 焊接速度： 80～120mm/分钟, 焊接位置：立焊（下向焊接）二、钢管桩保护阳极水下焊接质量的检验和监控