钢箱梁焊接变形控制论文

1、沈阳南站市政交通工程（一期工程）匝道桥钢箱梁焊接变形及焊缝质量控制措施惠新亚（中国十七冶集团有限公司 安徽马鞍山）摘 要：沈阳南站市政交通工程（一期工程）匝道桥钢箱梁为全焊接连续钢箱梁结构，横截面呈鱼腹式断面、不等截面，桥面线型由直线和曲线（圆曲线+缓和曲线）组合而成，结构复杂、安装量大、熔透焊缝多、制作安装难度大等特点。采取纵向与横向分段相结合的形式，顶底板上对接熔透的一级焊缝较多，均采用陶质衬垫富氩C0：气体保护焊进行焊接和打底焊接；同时，采取合理的焊接工艺与焊接顺序，确保钢箱梁整体安装尺寸的精度；通过对焊缝进行射线、超声波及磁粉等检测，焊缝质量符合设计与规范要求。关键字：钢箱梁高架桥；焊

2、接；质量控制引 言：在桥梁工程领域，为满足使用功能和承载功能的要求，钢箱梁应用比较广泛，箱型梁具有强度大、刚性好的显著优点，但因其属于封闭式杆件，且内外连接板件较多，制作技术比较复杂，成型后的构件变形难以矫正。因此，抓好板件制作、组装、焊接和整体预拼装等各环节的工艺品质，特别是控制组装焊接变形量，是确保产品质量的关键。1 工程概况沈阳南站市政交通工程（一期工程）位于沈阳市浑南新城东部小羊安村地界内，现场地形较为平坦。该工程建成后主要包括公交枢纽（规划地铁轨道交通4号线与10号线换乘站）、地下出站主通道、出租车蓄车场、社会车辆停车场、商业服务及相配套的其他附属功能。本工程包括4条匝道桥，其中北侧

3、有两个匝道DZ1、DZ2，南侧有两个匝道DZ3、DZ4；总长度为1032.597m，总高架平台接线匝道面积：19827m2，其中钢梁面积：9523m2，总重量约5000吨。DZ-3匝道桥DZ-4匝道桥DZ-1匝道桥DZ-2匝道桥2 钢箱梁的结构特点2.1全焊接鱼腹式钢箱梁连续结构，截面呈鱼腹式、不等截面，桥面线型由直线和曲线（圆曲线+缓和曲线）组合而成，全桥呈三维空间曲面；由顶板单元（顶板+U肋）、隔板单元、腹板单元、板条肋、加劲肋、底板等组成。2.2结构用钢 Q345qE、铸钢，主要板厚有20mm、16mm、14mm、12mm等规格；2.3由于钢箱梁结构复杂、安装量大、熔透焊缝多、制作安装难

4、度大等特点。采取纵向与横向分段相结合的形式，节段单板厚度与刚度较小、焊缝密集，有大量的全熔透对接接头、熔透或坡口角接接头、T型角接接头等多种接头形式以及不同的焊接部位，且焊缝要求级别高，必须采取有效措施确保焊接质量。3 焊前准备3.1材料复检钢箱梁构件采用低合金高强度钢Q345q-E钢。材料进场后按照GB/T 714-2000桥梁用结构钢及TB10212-2009铁路钢桥制造规范标准要求对材料进行复检，检验项目包括化学成分分析、拉伸、弯曲、冲击、时效冲击等，复验合格后方能使用。钢箱梁焊接采用CO2气体保护焊、埋弧焊两种焊接方法，其中气保焊丝采用实芯焊丝：HTW-60F，药芯焊丝：HTW-711

5、Ni；埋弧焊丝H10Mn2G，焊剂采用SJ101Q。焊材出厂应提供合格的质量证明书或检验报告，使用前应按照有关规范进行化学成分、力学性能的复检。3.2焊接工艺评定面、底板的对接焊缝是安装中焊缝的重要检验对象，为便于焊接及保证焊缝质量，采用陶质衬垫CO2气体保护焊方法，面板焊接还配以埋弧自动焊进行填充及盖面。根据陶质衬垫焊的特点及对焊缝间隙的要求，对接焊缝间隙以810 mm为标准间隙，安装过程中时常有个别部位的间隙超过标准间隙。因此，在对标准间隙进行工艺评定的基础上，还做了1115 mm，1620 mm2125 mm等多种间隙的陶质衬垫。CO2气体保护焊平焊位及立焊位的工艺评定，试验结果均满足T

6、B 10212 - 2009与设计要求。根据焊接工艺评定报告编制“焊接工艺卡”，下发到焊接班组，并进行工艺交底与指导。采取CO2气体保护焊焊接Q345q-E钢材，取得较好的焊接效果。3.3焊工培训焊工是决定焊缝质量的重要因素，因此，安装焊工除了必须具备焊工职业资格证书外，到现场焊接前，还必须在焊接培训中心进行不少于10 d的技能培训，重点培训陶质衬垫CO2气体保护焊平焊和立焊，培训合格后才能进行安装焊缝的焊接。3.4焊接工艺文件针对焊接工艺进行的工艺评定合格后，编制“钢箱梁焊接作业专项方案”，并组织专家及施工各相关方进行专项评审，评审各方一致认为工艺评定结果及专项方案满足钢箱梁焊接工艺要求。4

7、 安装焊接4.1坡口形式钢箱梁分段安装、调整后，即进行焊接工作。安装对接焊缝主要是箱粱分段之间面、底板的纵向、横向对接焊缝及斜腹板间对接立焊缝。面、底板对接焊缝坡口的布置以平焊位焊接，陶质衬垫贴在焊缝下部；斜腹板间对接立焊缝的陶质衬垫贴在外面，以减少仰焊位置的焊接。坡口形式如图所示。焊接坡口接头形式4.2焊接顺序焊接原则：先中后边、先垂后平、先纵后横、先拉后压、对称同时的焊接原则；钢箱梁主体内部构件焊接主要包括横隔板、纵向腹板、加强劲板的焊接，要求焊工进行对称焊，原则上先垂缝，后平缝；先焊纵向结构，后焊横向结构；腹板与顶、底板要求密贴，组装焊接间隙不大于5mm；装配时应在单坡口的反面进行腹板与

8、顶、底板的定位焊，在箱梁两端要加强定位焊；钢箱梁主体的四条纵向角焊缝焊接时，先进行两条主角焊缝的手工打底焊，然后翻身，按同样要求进行两条主角焊缝打底焊接；在进行四条（纵向）主角焊缝的焊接前，完成箱内各构件的全部角焊缝的焊接，焊缝两端应安装起弧板和收弧板，使用两台焊机同时焊满两条主角焊缝，然后翻身焊满另外两条角焊缝，要求焊缝表面呈凹形，缓和过渡到母材，避免咬边。4.3焊接工艺要点与工艺措施1)坡口间隙与角度不宜过大，应按照标准宽度进行调整，否则一方面会增加填充量，另一方面也会造成热输入增加，使焊接残余应力增大，引起焊接变形。2)打底焊接时电流不能过大，防止烧穿衬垫。3)尽可能减少热量的输入，并以

9、小线能量进行焊接，也不要集中在一个部位焊接，尽可能均等分散。4）从结构的中心向外进行焊接。当板厚不同时，应从厚板向薄板焊接。5)气体保护焊风速超过2 m/s时，应采取防风措施，如挡风板及防风雨棚进行局部防风，防止焊缝产生气孔。4.4产品焊接试板对于横向受拉的对接焊缝，根据对接接头长度焊制安装产品试板，产品试板经探伤后进行接头拉伸、侧弯和焊缝金属低温冲击试验，试验结果均符合焊接工艺评定的规定。5 单元件焊接应力及变形控制措施5.1 采用合理的焊接顺序为控制焊接过程中构件的焊接应力和变形，采用以下对称施焊的顺序： 1)双面坡口的焊缝应正反面同时对称施焊，或对每条焊缝正反两面分阶段轮流反复施焊。 2

10、)对于有对称截面的构件如箱形、棱形杆件接头单面坡口的焊接，要采用对称于构件中和轴的顺序焊接，即由两名焊工同时焊接腹板（侧板），再由2名焊工同时焊接翼板，由于上口的平焊和下口的仰焊焊接速度差别大，要求平焊焊工间断性焊接、适当等待，同时在焊接过程中控制好层间温度。 3)箱体内隔板的非对称双面坡口要采用先焊深坡口侧部分焊缝、后焊浅坡口侧、最后焊完深坡口侧焊缝的顺序。 分散施焊的顺序： 1)箱梁采取分段组装焊接，各段分别施焊，矫正合格后总装焊接（预置焊接收缩余量）。同时应使分部组装焊接区域内焊件刚度较小，焊接方向单一，收缩方向一致，自由收缩的条件较好；各部件总装时，如焊接方向单一，自由牧缩条件良好，可

11、同时施焊。 2)结构高空拼装时多方向多处合龙焊缝的施焊，宜采用各接口轮流循环跳焊法，避免单个构件集中加热焊接，产生集中变形或轴线偏移。 3)当长焊缝的长度大于1.2 m时，要采用分段退焊法或先焊中段再向两端推进焊接的顺序。 减小焊接拘束度的焊接顺序： 1)根据构件形状和焊缝的布置，采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝。 2)同一施焊区内板厚差别较大时，可将板厚较大的接口焊缝分2个时间段施焊，即先焊板厚的1/3或1/2，冷却至常温后再焊剩余部分，这时，后焊的部分焊缝，必须加强预热的控制工作。 3)一个构件两端的焊缝不

12、得同时施焊。5.2 采用补偿加热法 若因节点设计等原因而不能实现对称焊接时，可在焊缝区域的对称部位同时进行伴随补偿加热，温度略高于预热温度但不得高于300350。5.3采用热输入较小的焊接方法 1)本工程除仰焊位采用电焊条手工电弧焊以外，其他焊位（除打底焊外）优先采用C02气体保护焊（药芯焊丝）等能量密度相对较高的焊接方法。厚板焊接选用大电流确保根部焊透和焊道间融合。 2)采用多层多道焊接法，除立焊位外不允许摆动电弧。焊缝单道厚度不得大于5 mm。立焊时允许摆动宽度：焊缝宽度大于40 mm时约为20 mm；焊缝宽度小于40 mm时约为15 mm。5.4 采用刚性固定法 对一般构件可以采用定位焊

13、固定同时限制变形；对大型构件宜用刚性固定法（利用卡码、胎具、夹具和临时拉撑）增加结构焊接时刚性。5.5 采用焊后矫正变形法 焊接引起的构件变形可采用加热矫正，或用压力矫正器、千斤顶等实施冷矫正，或二者结合采用。 采用加热矫正时，防止因加热及冷却对钢材的机械性能的影响，Q235、Q345加热温度宜控制在900以下。Q235钢可以在650以下浇水冷却，Q345不允许浇水冷却，只能空冷。火焰矫正弯曲变形的位置应选择在横向加劲肋处；对挠度变形，可沿翼板有肋板处，横向带状或点状由翼板中心向两侧腹板加热，腹板加热处为三角形；对侧弯变形，应在有加劲肋板处翼板一侧局部以尖形加热方式矫正。5.6 顶板单元纵缝焊接会造成焊接角变形，此变形的解决方法：在确保制作胎架精度的基础上，另外在胎架上增设垫板，制作出一反变形，以抵消顶板焊接所造成的变形。6 实施效果检查根据设计规定，按照TB 10212-2009对钢箱梁整体尺寸及安装焊缝进行了目测、超声波、射线及磁粉检测。检测内容及效果如下：1)经检查，钢箱梁整体长度、宽度等尺寸偏差符合规范要求。2)经目测检查，埋弧焊及气体保护焊盖面外观美观，无夹渣、咬边等缺陷，焊缝变形小。3)对面、底板的I级对接焊缝全长进行了100%超声波检测，对横隔板与腹板、腹板与顶板间熔透角焊缝进行了焊缝数量