北京地铁八通线工程连续钢板梁工地全断面对接

1、北京地铁八通线工程连续钢板梁工地全断面对接焊接工艺评定试验研究朱 庆 菊摘 要：根据北京地铁八通线工程连续钢板梁的结构特点和设计要求，介绍了该桥工地全断面对接焊接工艺评定试验及其结果。关键词：连续钢板梁 工地全断面对接 焊接工艺评定试验前 言北京地铁八通线工程八里桥至北苑间高架桥是跨度为35+50+35米连续钢与钢筋混凝土结合梁。结合梁的钢结构部分采用全焊接钢梁，是由主梁（四片工字型钢板梁）、横隔梁及横竖向加劲肋组成。钢梁上翼缘板顶面设置连接器与钢筋混凝土板桥面连为整体。梁全长119.9米，桥面宽度8.85米，梁高2.5米。根据钢板梁受力情况将整个钢梁分为5段，每段四片工字型钢板梁分成两组，在

2、工厂将两片钢板梁焊为一体，待运至工地，使两组工字钢梁连成整体，再进行钢板梁工地全断面对接焊。钢梁材质为16Mnq钢，在工厂钢结构生产制造中是较为常见的桥梁钢，钢板梁的工地连接形式基本上为栓接，采用工地全断面对接的焊接连接尚数首次。16Mnq钢对接焊缝力学性能要求：焊缝的拉伸试验结果（屈服强度、抗拉强度及延伸率）不低于母材标准值；接头侧弯试验结束后，试样受拉面上的裂纹总长不大于试样宽度的15%，且单个裂纹长度不大于3； 对接接头的-40冲击功Aku不小于27J；焊接接头的硬度值不大于HV350。与秦沈客运专线连续钢板梁相比，区别之处主要有以下三点：所用钢材不同，前者为16Mnq，后者为14MnN

3、bq；结构形式稍有区别，前者的下翼缘板有加强盖（板厚为24mm），后者则没有；板厚不同，前者上下翼缘板为30mm，腹板为14mm，后者上下翼缘板为50mm，腹板为20mm。因此，根据其结构特点和设计要求，确定合理的焊接工艺参数，选择合适的焊接材料，对提高全断面焊缝的质量和生产效率，保证桥梁的安全和工地钢板梁的尺寸精度，降低制造成本具有重要意义。为此在钢梁投产前进行了该桥的焊接工艺评定试验，接头内部质量和力学性能均满足设计要求，据此编制的焊接工艺成功指导了北京地铁八通线工程连续钢板梁工地全断面对接的焊接生产。1 焊接工艺评定方案的确定1.1全断面焊接接头型式设计要求翼缘板、腹板对接焊缝全熔透，考

4、虑到工地焊接时梁段不能翻转，为便于焊工操作，避免焊缝清根，翼缘板、腹板开单面V型坡口，单侧施焊，背面贴陶质衬垫单面焊双面成型。全断面对接焊缝坡口待节段焊接修整完后，精确划线，采用火焰切割坡口。1.2焊接方法钢结构制造中经常用的焊接方法有三种：手工电弧焊、埋弧自动焊以及CO2气体保护焊，每一种焊接方法都各有优点。采用碱性焊条手工电弧焊可以进行全位置焊接，焊缝金属具有良好的塑性、韧性及抗裂性能；埋弧自动焊的焊接效率高、表面成型好；CO2气体保护焊的焊接效率高、焊接变形小的优点。考虑到工地焊接的实际情况，腹板对接立焊缝、加强盖仰位对接焊缝以及定位焊采用手工电弧焊；翼缘板对接平位施焊，拟定了两种焊接方

5、法：根部采用CO2气体保护焊打底，然后采用埋弧自动焊填充, 焊丝直径5mm；全部采用手工电弧焊。1. 3试验项目 通过对钢板梁工地全断面对接的结构分析，确定了四组主要接头型式，并进行了焊接工艺评定试验。2 焊接设备埋弧自动焊采用DC-1000直流电源配LT-7焊机施焊；CO2气体保护焊采用KR500型焊机。手工电弧焊采用ZX7-500型电源；以上焊接电源均为反极性接法。3 焊缝的坡口型式、焊接方法和焊接材料焊缝的坡口型式、焊接方法、焊接材料和代表焊缝见表3.1。表3.1 对接焊缝的坡口型式、焊接方法、焊接材料和代表焊缝接头编号板厚组合坡口简图焊接位置焊接方法焊接材料代表焊缝D114+14立位手

6、工电弧焊J507Ni(3.2、4.0)钢板梁腹板立位对接焊缝D224+24仰位手工电弧焊J507Ni(4.0)钢板梁下翼缘板加强盖仰位对接焊缝D330+30平位手工电弧焊J507Ni(4.0)钢板梁上或下翼缘板平位对接焊缝D430+30平位气体保护焊+埋弧自动焊ER50-6(1.2)H08Mn2E(5)+HJ431钢板梁上翼缘板平位对接焊缝注：试板尺寸标注中标下划线的为试板扎制方向，下同。4 接头施焊状况及焊缝检验 接头的施焊状况见表4.1。试板焊接24小时后进行了超声波探伤检查，接头内部质量均达到设计要求。表4.1 对接接头施焊状况接头编号熔 敷简 图焊条/焊丝直径焊道电流A电压V焊速m/h

7、环境温度环境湿度%施焊日期D13.21100120-20704.02，3120140-D24.01，2140160-20704.036140160-D34.01，2160180-28584.0318160180-4.01922160180-D41.2141601802830-28585.05160180323420225.061216018032342022备注：接头编号为D3、D4试件焊前预热80； CO2气体保护焊焊丝干伸长1315 mm，CO2气流量1520L/min。5 试验结果及结果分析5.1 试验结果按要求对接头进行了力学性能试验，拉伸和弯曲试验结果见表5.1对接接头低温冲击试验结

8、果见表5.2，接头硬度试验结果见表5.3，焊缝金属化学成分见表5.4。另外还进行了接头宏观断面酸蚀试验，接头熔合良好，焊缝金属显微组织为铁素体加珠光体，过热区有少量魏氏体。表5.1 对接接头拉伸及弯曲试验结果接头编号板厚组合焊缝拉棒接头拉板侧弯 180s(MPa)b(MPa)5(%)s(MPa)b(MPa)断裂位置D114+1448559025435575母材d=2a，接头完好D224+2445556027350530母材d=2a，接头完好D330+3047556524340525母材d=3a，接头完好D430+3035051526330515母材d=3a，接头完好表5.2 对接接头-40Ak

9、u试验结果 （J）接头编号板厚组合焊 缝 金 属热 影 响 区（线外1mm）D114+1478,123,40（80）97,135,109（114）D224+2499,109,164（124）134,93,127（118）D330+30167,178,175（173）146,156,187(163)D430+3065,63,76（68）76,70,85（77）表5.3 焊接接头硬度 （HV10）接头编号板厚组合焊缝金属熔合线热影响区母材D114+14194221230192203185187D224+24198203206181201158160D330+30193206207187199176

10、177D430+30181192202187188170171表5.4 焊缝金属化学成分 （%）接头编号板厚组合CSiMnPSNiD114+140.070.281.020.0200.0080.98D224+240.070.250.920.0180.0091.01D330+300.050.300.930.0130.0071.14D430+300.040.441.760.0200.008-5.2 结果分析5.2.1 焊缝强度从表5.1的试验结果可以看出，各种接头的焊缝屈服强度s为350485MPa,极限强度b 为515590Mpa，均高于母材标准值。5.2.2 塑性从焊缝金属拉伸试验结果可以看出，焊缝金属延伸率5达24%27%，均满足要求。对接试板的侧弯试验结果均为完好，这表明焊缝及接头塑性良好。5.2.3 韧性 表5.2的试验结果表明，对接接头-40Aku 冲击功均大于27J，满足设计要求。5.2.4 接头硬度从表5.3的试验结果可以看出，接头硬度均不大于HV350，满足TB10212-98的要求。5.2.5接头1断面照片、100显微