关键词： 预应力混凝土管桩；CO2气体保护焊；
前 言:乐陵风电工程风机基础采用高强度预应力混凝土管桩进行地基处理，因其具有桩身强度高、沉桩能力强、单桩承载力高、施工周期短、造价低等优点而被广泛应用。管桩规格为：PHC 600 AB110,管桩长度根据地质条件不同在17-26m之间，采购的管桩长度一般在10米左右，所以工程桩需接桩，接桩部位焊接采用二氧化碳气体保护焊，焊接质量应符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205）的要求。
1 工艺原理
二氧化碳气体保护焊采用可熔化的焊丝与焊件之间的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属，同时向焊接区域内连续输送二氧化碳气体，以保护焊接电弧、焊丝熔滴、焊接熔池及熔池周围的热影响区，免受周围空气的侵袭。焊接过程中，焊丝连续不断地送入、熔化并过渡到熔池内，与熔化的母材金属融合形成焊缝，从而使焊件达到连接。二氧化碳气体保护焊焊接过程操作方便，没有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上不需清渣，电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小，热影响区窄，焊件焊后变形小，并且焊接成本低于电弧焊。
2 施工工艺流程及操作要点
2.1 施工工艺流程：
图2.1预应力混凝土管桩施工工艺流程图
2.2 操作要点 .png)
2.2.1测量定位：
一个风机基础根据每天施工进度放样4～6根桩位，在桩位中心点地面上打入一支φ6长约30～40cm的钢筋，并用红油漆等标示。
2.2.2 打桩：
打第一节桩时必须采用桩锤自重将桩徐徐打入，直至管桩沉到某一深度不动为止，同时用仪器观察管桩的中心位置和角度，确认无误后，再转为正常施打。
2.2.3 焊接接桩：
（1）采用二氧化碳气体保护焊焊接接桩，电焊工必须持证上岗。（2）下节桩的桩头处宜设导向箍以方便上节桩就位，接桩时上下节桩应保持顺直，中心线偏差不宜大于2mm，节点弯曲矢高不得大于1‰桩长,结合面之间的间隙不得大于2mm。（3）焊接前，桩头埋设铁件必须除锈，露出金属光泽，风速大于1m/s时应采取防风措施。提前检查送丝是否顺畅，是否稳定，丝轮是否压紧；检查CO2气瓶的工作压力是否已调到0.1-0.2MPa（因为满瓶CO2气压力约在5-7Mpa），如气瓶内压力已降到0.98Mpa就严禁使用。（4）焊接施工：焊接程序：启动→提前送气（1-2s）→(送丝+供电)开始焊接→停止焊接（停丝+停电）→滞后停气（2-3s）。
1）焊前将焊丝端部剪切去一小段后再焊，避免在坡口内点固。2）环缝采用退焊重熔法（即向前焊20mm，再回焊到原点，再按正常速度向前焊接），引弧采用直接接触法引弧。使焊丝端与焊件接触，形成短路而引燃电弧。要压住焊枪，保证焊丝与焊件距离。3）焊丝伸出长度为焊丝直径10倍，一般应小于15mm，尽量保持焊丝伸出长度不变，伸出过长，不仅使焊缝成形恶化，而且电弧变得不稳。 4）气体流量:焊丝直径Ф不大于1.2mm，流量为8-15L/min，焊丝直径Ф大于1.2mm，流量为15-25L/min。5）焊接时由两个电焊工在成180°角的方向同时施焊，先在坡口圆周上对称点焊4～6点，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊，每层焊接厚度应均匀。6）焊接层数不得少于两层，最好是两层三道，焊缝应饱满连续，不得有夹杂、气孔等缺陷，速度不要太快，半自动焊不超过0.5m/s。（5）焊接完成后，根据施工图纸要求焊接结束后停歇时间＞8.0min，自然冷却后才可继续锤击，严禁用水冷却或焊好即打。
3 材料与设备
3.1 材料选择
焊接材料主要包括：CO2 气体及实心焊丝，材料应符合设计及规范要求。
3.1.1 CO2 气体质量要求
焊接用的CO2 气体纯度必须满足：CO2 >99.5%、O2 <0.1%、HO2 （CO2 气体湿度）<1-2g/m3。焊缝质量要求越高，作为焊接保护用的CO2 气体纯度要求也越高，其纯度（体积分数）应不低于99.8%，露点低于-40℃。
3.1.2 实心焊丝质量要求
（1）焊丝中的含C量不宜太高，因CO2 气体保护焊过程中，C容易被氧化成CO气体，是造成焊缝出现CO气孔和产生焊接飞溅的重要原因。（2）焊丝中Si、Mn等脱氧元素含量要适当，通常Mn 和Si的配合比在2.0-4.5之间为宜。（3）为确保不同的母材焊接接头的强度要求，焊接不同母材所用的焊丝中合金元素含量要适当。
3.2 主要机具
施工机具：一台预应力管桩桩机搭配二氧化碳气体保护焊焊机两台。（1）管桩施工采用锤击法。（2）焊机根据焊丝直径选择型号为NBC-500S的半自动CO2 保护焊机，焊丝直径1.2-2.0mm,送丝方式为推丝，送丝速度为8m/min。
4 二氧化碳气体保护焊常见缺陷及防止措施
4.1 焊缝成形不良
表现为焊缝弯曲不直，成形差。主要原因为：a.电弧电压选择不当；b.电流与电压不匹配；c.电感值不合适； d.送丝不均匀，送丝轮压紧力太小，焊丝有卷曲现象；e.导电嘴磨损严重；f.操作不熟练。防止措施为：合理选择参数；检查送丝轮并做相应的调整；更换导电嘴，提高操作技能。
4.2 飞溅
产生飞溅的原因很多，主要有：a.短路过渡焊接时，直流回路电感值不合适，太小会产生小颗粒飞溅，过大会产生大颗粒飞溅；b.电弧电压太高会使飞溅增多；c.焊丝含碳量太高也会产生飞溅；d.导电嘴磨损严重和焊丝表面不干净也会使飞溅增多。防止措施为：选择合适的回路电感值，调节电弧电压，选择优质的焊丝，更换导电嘴。
4.3 气孔
产生气孔的原因有：a.气体纯度不够，水分太多；b.气体流量不当，包括气阀、流量计、减压阀调节不当或损坏，气路有泄露和堵塞，喷嘴形状或直径选择不当，喷嘴被堵塞，焊丝伸出太长；c.操作不熟练，焊接参数选择不当；d.周围空气对流太大；e.焊丝质量差，焊件表面清理不干净。防止措施：彻底清除焊件上的油、锈、水；更换气体；检查或串接预热器；清除附着喷嘴内壁的飞溅物；检查气路有无堵塞和折弯处；采取挡风措施减少空气对流。
4.4 裂纹
产生原因有：a.焊件或焊丝中P、S含量高，Mn含量低；b.焊件表面清理不干净；c.焊接参数不当；d.焊件结构刚度过大。防止措施：严格控制焊件及焊丝的P、S等的含量；清理焊件表面；选择合理的焊接参数；焊前预热，焊后消氢处理。
4.5 咬边
产生的原因有：a.焊接参数选择不当；b.操作不熟练。防止措施：选择合理的焊接参数；提高操作技能。
总 结：
本文介绍了风电工程预应力混凝土管桩CO2气体保护焊工艺流程，分析了存在的质量控制难点，通过总结实施质量控制重点措施，经现场实践证明，可为后续类似项目预应力混凝土管桩CO2气体保护焊提供借鉴，提高施工效率，保证施工质量。
参考文献：
[1]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 GB50202-2002.
[2]《预应力混凝土管桩》，中国建材工业出版社2000.
[3]《CO2气体保护焊技术》，机械工业出版社2009.2.
论文作者:王 强
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷24期
论文发表时间:2020/4/26
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