佛山平胜大桥钢箱梁的焊接与变形控制

1、广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁的焊接与变形控制研究陈红1 张少锦1 王秀菊 2(1.广州珠江黄埔大桥建设有限公司 广州 510730;2. 中铁宝桥股份有限公司 宝鸡 721006摘 要:广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁为全焊结构,具有结构复杂、熔透焊缝多,制造难度大等特点。制造过程中的关键之一在于控制构件的焊接质量和焊接变形,从而保证钢箱梁的接头质量和钢箱梁的尺寸。本文对广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁制造过程中典型构件的焊接质量和变形控制进行了分析,采用合理的预留收缩变形量和合适的焊接反变形量等焊接工艺手段有效的减少了焊接变形,保证了产品的焊接质量,取得了良好的效果。关键词:钢箱梁 焊接变形 变形控

2、制1 前言广州珠江黄埔大桥南汊桥为主跨1108m 的单跨钢箱梁悬索桥,主缆分跨为290+1108+350m ,中跨为悬吊结构,钢箱梁结构断面见图1。标准梁段长度为12.8m ,全桥共87个梁段,标准梁段83个,合龙段2个,其余特殊梁段2个。钢箱梁构件均采用低合金高强度结构钢Q345C ,钢箱梁为全焊结构,结构复杂、焊缝多,尤其是熔透焊缝较多,从而导致焊接难度和焊后变形及焊接残余应力较大,使箱体制造难度加大。钢箱梁是珠江黄埔大桥悬索桥上部的承重钢结构,其顶板直接承受桥面车辆轮压作用,锚箱和横隔板是钢箱梁重要的受力和传力结构,钢箱梁焊接质量的好坏直接关系到钢箱梁的短期的受力安全和长期的结构疲劳引起

3、的结构隐患,为保证产品整体质量,控制焊接变形,必须对钢箱梁焊接和焊接变形控制进行细致的分析,制定合理可靠的焊接工艺措施。 图1 钢箱梁结构断面 图2 U 形肋与顶、底板的坡口 2 主要接头类型广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁主要焊接接头形式有对接接头和角接接头两种,即:顶、底板的对图2接焊缝,横隔板的立位对接,横隔板与顶板接板的仰横位对接,锚箱承力板与横隔板的立位不等厚对接;U 形肋与顶、底板的坡口角接,锚箱承力板与斜底板的坡口角接,锚腹板与顶板、斜底板的熔透坡口角接,横隔板与底板、斜底板的角焊缝,斜顶板与人行道面板、斜顶板与顶板自然坡口熔透角焊缝,锚箱构件的熔透角接、坡口角接以及抗风支座、竖向支

4、座的各类熔透焊缝等。 图 3 焊接反变形胎架 图 4 焊丝对正位置 3 焊接施工变形控制3.1 U 形肋与顶、底板坡口角接焊缝变形控制本桥U 形肋板厚为顶板8mm ,底板6mm ,要求焊缝有效厚度0.8倍的U 形加劲肋的板厚,且不允许烧穿,并对焊缝进行超声波探伤检测。焊接以及焊接变形控制难度较大,经综合分析并结合焊接工艺评定试验,对U 形肋与顶、底板的坡口(图2角焊缝定位焊采用实芯焊丝(1.0CO 2气体保护半自动焊焊接,正式焊接采用药芯焊丝(1.6CO 2气体保护自动焊焊接。为保证焊缝有效厚度达到设计要求、控制焊接变形,通过试验设计了图3所示的焊接反变形胎架,使工件在近似船形位置的拘束状态下

5、焊接。整个板块采用同方向施焊,并采用合适的焊枪角度及焊丝送进位置以保证坡口根部熔合良好,保证焊缝表面成型质量,焊丝对正位置参见图4。焊接工艺参数见表1。超声波检测结果表明:采用上述工艺施焊的焊缝,有效厚度达到0.80.9倍板厚,满足设计要求。 表 1 3.2 顶、底板的对接焊接与收缩变形控制顶、底板的对接采用实心焊丝CO 2气体保护焊打底,埋弧自动焊填充盖面的单面焊双面成型技术。在打底焊道中,过马板处容易出现根部缩孔、弧坑裂纹、反面成型不好以及间隙不匀所引起的焊缝根部熔合不良等问题。在生产过程中通过严格限制打底焊道工艺参数、熄弧处加快接头速度或回焊20mm 以上、针对过大或过小的焊接间隙采用向

6、前推或拉的运条方式解决根部熔合不良的问题;并要求焊接完第一道埋弧自动焊后再去除衬垫,让受热下坠的焊缝金属有所依托,避免了由于打底焊道较薄,焊缝受热后易下坠而导致反面余高过高等外观问题;马板在第一道打底焊道焊接完成并等焊缝温度降低之后拆除,以减小焊接变形。对接焊缝间隙控制在48mm之间,生产过程中结合以往经验的同时,通过前期生产实测收缩值,使焊接收缩以及变形处于受控状态,从而保证了焊接质量和整个大桥的整体制造精度。3.3横隔板对接焊缝的焊接与变形控制横隔板采用整体隔板形式,横隔板在长度方向采用立位对接,宽度方向不同于以前的搭接接头形式,采用仰横位对接,其接头形式见图5。立位和仰横位对接横隔板板厚

7、为12mm的,采用单面焊双面成型,背面贴圆弧槽陶质衬垫。对于特殊梁段部分板厚为16mm的,考虑到单面焊接填充量大,焊接变形严重, 图5 横隔板接头形式所以立位对接采用双面V形坡口进行焊接。横位对接16mm厚板采用不对称K型坡口,先焊接大坡口侧,再反面清跟焊接小坡口侧,保证熔透。对于较薄板的焊接,采用单面焊接双面成型,是一种可以保证焊接质量的好方案,但当板厚较大时,改双面坡口可以减小焊接填充量,降低劳动强度,并减小了焊接收缩和焊接变形量。另外,横隔板宽度方向的仰横位对接,焊接难度大,劳动强度大,横隔板的垂直度等精度控制难度大,对焊工的技术和责任心要求高。通过各方面的努力,横隔板整体精度得到有效控

8、制,焊缝一次探伤合格率达到96%以上,经过一次返修,超声波探伤全部合格。3.4 斜顶板与顶板、斜顶板与人行道面板的焊接斜顶板与顶板及人行道面板的焊接接头形式见图6,为自然坡口焊缝。斜顶板与顶板的焊接采用CO2药芯焊丝,先焊接钢箱梁里侧焊缝,焊完后在钢箱梁外侧清跟,焊接箱外焊缝,保证焊缝熔透的要求,达到钢箱梁密封的作用;斜顶板与人行道面板的焊接采用CO2实芯焊丝先焊接钢箱梁内侧焊缝,焊完在外侧清跟,再用埋弧自动焊焊接钢箱梁外侧焊缝,这样既保证了熔透焊接,焊缝的外观质量也得到保证。 图 6 斜顶板与顶板及人行道面板的焊接接头形式3.5 其它焊缝的焊接其余坡口角接、熔透角接以及对接焊缝的焊接除通过采

9、用小的焊接线能量、两侧交替焊接、对称施焊、预留焊接变形量等措施来控制焊接变形外,还采用了下述措施:(1顶、底板纵向对接采用同时同方向焊接或中间向两侧同时反向焊接,以减小焊接变形并保证焊接变形的一致性。(2在箱形总拼时先焊横隔板立位对接,再焊横隔板与底板、斜底板的角焊缝或熔透角接焊缝,后焊横隔板的仰横位对接。(3顶板对接焊缝焊接完成后,再焊接顶板接板与横隔板的对接焊缝。(4钢箱梁总拼现场焊接严格按照焊接顺序进行焊接,使焊接收缩量及焊接变形处于受控状态。焊接过程中严格执行焊接工艺参数,焊接材料的保管及使用严格执行要求。培训焊工在室外作业的防风、防雨、除污、除锈、除湿、定位焊质量等意识。4 结论以上的焊接工艺措施和质量控制措施,有效的保证了广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁板块制作的精度、总拼焊接质量要求。通过本桥的焊接过程以及焊接变形控制得出以下结论:、单元焊接时,采用合适的反变形量能有效的减少热矫正量,降低制造成本,提高制造精度。、采用合理有效的焊接工艺参数和焊接顺序是减小钢箱梁焊接变形的有效措施,例如整体横隔板的制造工艺,较好的解决了横隔板装配难、仰焊焊接质量难