钢桥主桁箱形梁焊接工艺及对其变形的控制.doc

钢桥主桁箱形梁焊接工艺及对其变形的控制提 要 本文通过对钢桥主桁箱形梁结构的分析，采取了合理的焊接工艺和组装顺序，成功地控制了箱形梁的焊接变形关键词 箱梁焊接、工艺措施、控制变形1. 概述某公路钢桥主桁上弦杆全部采用箱形截面，以满足安装时吊索塔架走行的要求。由于桥梁同时承受静荷载和动荷载，其焊缝布置应尽量对称于构件的重心线。构件组装及横隔板焊于构件上，要求所采用的焊接工艺和顺序应使其变形和收缩量最小，焊接时亦应尽量减少不必要的约束，以降低焊接残余应力。箱形梁在工厂制造中技术比较复杂，其焊接变形比较难控制和矫正。因此，在确保良好焊接质量的基础上对箱形梁的旁弯、扭曲、拱度及长度等形状公差均规定了严格的标准（见表3）。2. 工艺分析图1箱梁结构示意图1.上盖板 2.腹板 3.下盖板 4.横隔板箱梁的标准节长度为11940mm，是由多种不同厚度规格的16Mn钢板组成的箱形结构，横断面尺寸为655mm460mm。根据箱梁受力情况的不同，其上盖板尺寸为（1024）mm500mm，腹板尺寸为（1632）mm（641655）mm，下盖板尺寸为（1024）mm（396428）mm。5块横隔板沿梁长方向均匀分布，但隔板的焊缝分布不均，其下部不与下盖板焊接（见图1）。由此可见，箱梁的制造要经过多道焊接工序才能完成，且构件的拼装顺序、纵横焊的施焊顺序及方向等因素的作用都会使箱梁产生扭、弯等各种焊接变形；横隔板的角焊缝还会引起腹板的波浪变形。因此，要保证整个钢梁的总体技术要求，就必须严格控制焊接变形。可以说：控制和减少箱梁的焊接变形量是整个工艺控制过程中的重点。 3. 焊接工艺及对其变形的控制3.1 腹板产生波浪变形原因及控制措施由于腹板下料本身的不平及与横隔板相焊时产生的波浪变形对整个箱梁的刚度、强度和腹板的稳定性都有较大的影响，且直接影响箱梁的喷漆和钻孔的质量。腹板产生波浪变形的原因分析及控制措施如下：3.1.1 用作箱梁腹板的材料本身存在波浪变形，可采用对下好料的腹板在平板矫正机上进行平制，消除凸曲波浪变形。3.1.2 箱梁是由盖板、腹板和横隔通过角焊缝连接在一起的， 各板料的厚度各不相同，它们之间的角焊缝沿板件厚度不均匀加热及焊缝横向收缩而产生角变形，从而引起腹板的波浪变形。我们采取在胎架中组装箱梁，用刚性固定抑制腹板波浪变形。3.1.3 焊接应力是引起变形的因素之一，在箱梁焊接过程中， 焊件轴向受阻时的焊接应力与焊接电流、电弧电压成正比，与焊接速度、熔敷系数成反比。因此，在箱梁组装过程中，尽量采用小电流、快速度的焊接规范参数，有效地减少变形的产生。3.2 箱梁的组装及施焊顺序图3 上盖板与横隔板焊接顺序在胎架中盖板、腹板和横隔板的焊接均应使其旁弯、波浪、挠曲等值减至最小，这是箱梁组装胎架设计的根据，由此设计的箱梁拼装胎架见图2。 从该箱梁断面结构形状和焊缝分布来看，断面水平轴线上下是不对称的，而且所有隔板都不与下盖板相焊连，焊缝大部分布在轴线以上，容易产生下挠变形。图2 箱梁拼装胎架示意图3.2.1 经过分析比较，我们采用上盖板与横隔板先组装焊接的方法。 为了防止箱梁扭曲，严格控制横隔板与腹板的接合边与上盖板的垂直度，将横隔板与上盖板定位并焊接；为减少横向焊接时会产生沿焊缝方向的弯曲变形，采取图3 焊接顺序。3.2.2 在组装腹板时，用梁式吊卡将腹板吊至上盖板及横隔板， 使腹板的跨度中心线对准上盖板的跨度中心线，并在胎架侧面用斜铁将腹板楔紧于上盖板与横隔板，进行定位焊。3.2.4 组装下盖板时，用定位块卡紧上盖板边缘， 用门形马加千斤顶使下盖板拼装到位，并在梁端头预置两块临时工艺用隔板，以保证下盖板组装时箱梁断面尺寸的准确。3.2.5 箱梁在胎架中组装完毕后，进行检测合格后脱胎进行焊接，其装配顺序见图4。3.3 箱梁纵向角焊缝焊接工艺图4 箱梁装配顺序图3.3.1 箱梁纵向角焊缝焊接接头设计见图5：图5 箱梁纵向焊缝坡口设计3.3.2 根据设计图样，以及技术条件规定， 预先进行焊接接头工艺性评定试验，即进行箱梁角接模拟试验，如图6所示，并按箱梁断面尺寸制作一长500mm实物箱梁作断面腐蚀测硬度试验。图6 模拟箱梁角接试件图3.3.3 焊接工艺性评定试验焊接工艺见下表： 表1.焊接工艺评定试验参数焊接方法焊接材料气剂焊接电流(A)电弧电压(V)焊接速度(m/h)手工焊J507RH.3.2mm901102610CO2焊H08Mn2SiA.1.2mmCO2气体2703036自动埋弧焊H08E.5.0mmHJ43170032303.3.4 焊接工艺性评定试验结果如下 经试验，采用表1工艺，接头各项力学性能均合格。3.3.4.1 角焊模拟试验焊缝熔敷金属力学性能见表2： 表2.试验焊缝熔敷金属力学性能屈服点(Mpa)抗拉强度(Mpa)伸长度(%)Akvc+20(J)常温冲击动弯轴直径(mm)01 02 0301 02 0301 02 03010203390 395 400610 610 62027.8 29.7 29.4焊缝中心:104溶 合 线:144热影响区:170102144198164166188d=2aa为板厚完好3.3.4.2 箱梁实物焊接后，焊缝金属断面腐蚀观察，熔合情况很好，根部无气孔、裂纹、夹渣等缺陷，其焊缝表面咬边、焊角尺寸棱角焊缝的熔深均符合技术规定要求。焊接接头熔合情况见图7，接头各区域洛氏硬度试验值如下： 焊缝中心：10.0； 8.5 ；9.0； 图7.焊缝金属断面示图 熔 合 线：13.0；11.0；12.0； 热影响区：9.0； 7.0； 7.0； 3.3.5 箱梁角焊缝CO2保护焊封底，箱梁拼装完毕后，置于平台(见图8)， 进行图中a、b两条焊缝的CO2封底焊，焊至离板面2mm，要求双数焊工同一方向、 同规范施焊，然后按同样的要求进行c、d两条焊缝的CO2封底焊，上述CO2封底焊时， 在坡口处均要求预热。3.3.6 箱梁纵向角焊自动埋弧焊盖面图8.箱梁角焊缝CO2焊示意图箱梁CO2焊封底后，置于埋弧焊胎架，如图9所示，进行四条纵向焊缝自动埋弧焊前，接缝两端设引弧板、熄弧板，且在梁端部横断面预置临时工艺隔板。按要求预热后，用两台焊机同时焊接两条主焊缝b、c，然后翻身将另两条主焊缝a、d焊完。焊接过程要求连续进行，并按同一方向施焊，要求焊缝表面呈凹形、缓和过渡到母材，且无咬边缺陷。4. 箱梁焊接成型后检测图9 箱梁纵向角焊缝自动埋弧焊示意图缅甸桥箱梁共计74根，制造完工后均一次性达到设计质量标准，无返修校正。随机抽检20根,其变形(偏差)数据如下表3:29表3. 箱梁焊后尺寸检测纪录项目标准值(mm)实 测 值 ( mm)x17-1x17-2x19-1x19-2x20-1x20-2x21-1x21-2x22-1x22-2x23-1x23-2x13-5x11-1x12-1x14-1x25-2x24-1x13-6x15-1全长偏差5+1-2+2+1-3+3+20+3+2+1+20+1+100+10+2.5旁弯312213232222.522232.52.511.51拱度311.51.50002120021.5111.50321.5扭曲0.70.30.40.50.50.30.50.20.70.50.50.20.60.40.50.70.40.30.60.50.2表面质量无损伤等无无无无无无无无无无无无无无无无无无无无腹板平面度310.711.2211.50.811.31.420.81.11.31.61.212.91.7盖板平面度31.50.611.50.91.31.20.911.21.11.31.50.82.01.21.41.211.4箱梁断面对角线偏差1.511.20.50.81.31.50.70.911.21.11.31.50.81.21.41.210.80.7宽度偏差010.70.50.20.60.810.60.70.91110.50.910.810.70.80.3高度偏差110.5+0.2+0.6+0.5+1-0.2-0.4+0.8-0.6+1-1+0.7-0.6-1+1+0.8+0.3-0.7-0.4-0.6质量记事1 箱梁拼装、焊缝成形一次达到设计标准、无返修矫正；2 箱梁焊缝经超声波探伤检查一次合格率达100%，产品焊接试件机械性能试验符合设计要求。 5.结束语 箱梁结构具有强度大、刚性好的显著优势，但其制造