簡介美國鋼橋梁焊接規範AWS D1.5的部分規定

鋼結構銲接,大家普遍知道的是,內政部頒行「鋼構造建築物鋼結構施工規範」[1]的規定、或是AWS D1.1的「Structure Welding Code-Steel」[2]。但是這兩個規範中的銲接施工規範,主要適用於建築物且屬於靜態載重的銲接。對於鋼橋梁銲接,由於是屬於動態載重,其規範須使用更為嚴謹的AWS D1.5的「Bridge Welding Code」[3],才是正確。由於篇幅的關係,在這裡僅針對幾個重要的不同規定做介紹。

首先是銲接程序,大家實在習慣了建築結構使用的預檢定的銲接程序,除了ESW或EGW銲道外,其他銲接方式,除非用高強度鋼,大概都能用預檢定的方式,提一張銲接程序書(WPS)就結束了。但是預檢定是一種簡易的方式,相對地不是那麼嚴謹。橋梁銲接僅規定了手銲(SMAW),可為預檢定且母材強度不大於A709 Gr.70W等級。其他銲接方式,均需做銲接程序的試驗(PQR)。承商施作的銲序檢驗,共需:放射線、衝擊、側彎、全銲道拉伸、斷面漸縮拉伸、巨觀浸蝕等六種試驗,且有效期限最多60個月。銲條供應商,則需每年提送銲材試驗合格的證明。當母材強度達90ksi等級,所有銲工均須做銲工考試。

銲接分成承受張力及反覆載重,以及承受壓力或剪應力等兩種銲道。所有開槽銲接,除非設計圖有標示,均須為全滲透銲接。橋梁的對接銲道,若承受拉力或反覆應力者,檢測需使用放射線照相(RT)且須為雙邊開槽。受力方向與銲接方向垂直者,以不使用背襯鈑(backing
bar)為原則,或使用後須加以剷除並磨平。承受壓力或剪應力的銲道,或C接或T接的銲道,可用超音波(UT)或放射線(RT)來檢測。

切割面粗糙度,在鈑厚100mm以下者僅為25μm;鈑厚100mm以上者為50μm,這較其他規範都嚴格許多。切割造成的損傷,在5mm以下,可用研磨的方式磨平,但斜率要在1/10以下。銲道的目視檢測標準,CNS13021的靜、動態比較,如表1[5]。但是一般公共工程,均依照公共工程委員會的綱要施工規範,作為合約的施工規範,因此,比較AWS D1.5與綱要施工規範的「第5121章橋梁鋼結構」[6],如表2所示。另外請大家注意,在法律上合約規範是大於CNS的規定。

由於鋼橋梁尺寸較大,翻轉不易,翼鈑與腹鈑接合的上方的銲道,通常是由銲工直接就地銲接。由於翼鈑突出的關係(如照片1),根據銲接角度而言,無論由內或外施銲,都是屬於仰銲,也就是4G或4F的銲接[4]。但是相對的,工地幾乎都是螺栓接合,只有極少數設計有可能作平銲或橫銲的情形,因此工地銲工的證照要求,反而比工廠少,這與建築結構剛好相反。

橋梁是屬於動態力結構,其規定相對嚴格,使用上一定要多了解其規定,才不至於造成安全性的疑慮。

參考文獻

1.「鋼構造建築物鋼結構施工規範」,內政部,96年。

2.「Structure Welding Code-Steel」,AWS D1.1 2010。

3.「Bridge Welding Code」,AWS D1.5 2008。

4.「簡介焊接的位置」,技師報1174期,108年6月。

5.「CNS13021鋼結構銲道目視檢測法」,經濟部標準檢驗局,89年。

6.「第5121章V8.0橋梁鋼結構」,行政院公共工程委員會,2016年。

表1靜態與動態銲道檢查標準

單位:mm

 

種類

靜態

動態

VT

(CNS 13021)

龜裂或搭疊

不可有

同靜態

銲冠

填角銲寬度
  W≦8   1.6
  8<W≦25 3
  25<W     5

同靜態

對接銲道 ≦3

同靜態

銲蝕(Undercut)

版厚t<25 1
  在300長銲道累積<50時,可到1.6

≦1

版厚t25 1.6

與張應力垂直≦0.25

氣孔

填角銲 ψ1以上氣孔,L=25長徑總和10,L=300總和19

填角銲最多 1個且ψ≦2

加勁鈑腹鈑銲道,L=25長徑總和10,L=300總和19

開槽銲ψ1以上氣孔,L=25總和10,L=300總和19

與張應力垂直不可有氣孔

開槽銲L=100,1個ψ≦2

與張應力垂直不可有氣孔

腳長

<設計值1.6且小於總長10%

大樑末端翼鈑2倍寬度內不可以不足

同靜態

 

表2 CNS與公共工程銲道目視檢測比較表

單位:mm

種類

AWS   D1.5 2008

公共工程第05121章V8

凹痕

銲疤(crater)需填平

主要構材不可有

其他構材一接頭或1m長3個

凹痕<1mm,3個算一個

表面凹凸25mm長內3mm

龜裂或搭疊

不可有

不可有

銲冠

填角銲
  ≦0.07X寬度+1.5mm

 

對接銲道 ≦3

對接銲道寬

B≦15     3
  15<B≦25   4
  25<B     4B/25

銲蝕(Undercut)

≦1

主構材與應力平行≦0.5

次構材端部≦0.8

開槽銲與張應力垂直≦0.25

主構材與應力垂直≦0.3

氣孔

填角銲100內最多 1個;1200內6個且ψ≦2.4

 

開槽銲100長1個且ψ≦2.4

與張應力垂直不可有氣孔

 

腳長

<設計值2且小於總長10%

大樑末端翼鈑2倍寬度內不可以不足

<設計值1.0且小於總長10%

兩端50mm寬度內不可以不足

 

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照片1 箱型鋼橋梁的外觀

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