广州珠江黄埔大桥悬索桥加劲梁现场焊接工艺与质量控制

1、广州珠江黄埔大桥悬索桥加劲梁现场焊接工艺与质量控制姚志安1 张太科1 亢晓明2 （1. 广州珠江黄埔大桥建设有限公司，广州510735； 2. 中铁宝桥股份有限公司，宝鸡 710060；）摘  要：悬索桥钢箱梁桥位焊接施工环境较差，桥位焊接质量、精度控制十分关键。本文主要介绍了广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁桥位焊接工艺、焊接精度控制以及焊缝质量控制采取的措施和效果。关键词：钢箱梁；桥位焊接；工艺与质量控制Control of Welding Technics and Quality of the Steel Box Girder in Suspension Bridge of Huan

2、gPu Bridge of Pearl river in GuangzhouYAO Zhi-an 1 Zhang Tai-ke1 HUA Zheng-yang 2 (1. HuangPu Bridge of Pearl river in Guangzhou Construction Co. Ltd. Guangzhou 510735; 2. China Highway Planning and Design Institute Consultants, Beijing 100010;)Abstract: Fielding welding quality and precision contro

3、l is very important for the steel box girder in suspension bridge because of poor construction environment.This paper mainly deals with the effect and measure for improving field welding technics and quality and precision control in the steel box girder suspension of HuangPu Bridge of Pearl River in

4、 GuangZhou.Key words: steel box girder；field welding; control of Welding technics and quality1 工程概况广州珠江黄埔大桥项目是交通部规划的“五纵七横”中京珠国道主干线广州绕城公路的东段，又是珠江三角洲经济区环形公路的东环段，广州珠江黄埔大桥悬索桥是整个项目的控制性工程。珠江黄埔大桥为290m1108m350m双塔单跨钢箱梁悬索桥，是华南地区目前在建工程建设中规模最大、技术含量最高的桥梁工程之一。广州珠江黄埔大桥悬索桥全桥共87个梁段，主桥行车道主梁为扁平流线型全焊加劲钢箱梁结构，箱梁全宽41.69m，

5、中心梁高3.5m。桥面设有2%的横坡，悬索桥钢箱梁横断面见图1。图1  悬索桥钢箱梁横断面图(单位:mm)2钢箱梁桥位焊接工艺广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁采用分段制造、全焊连接形式，桥位焊接由跨中开始逐步向南北两岸方向扩展。为保证焊接质量和效率，桥位焊接基本采用CO2气体保护焊、半自动焊和埋弧自动焊等合理高效焊接工艺；嵌补段采用手工焊接或CO2气体保护焊焊接工艺。2.1工艺流程图见图2 钢箱梁桥位吊装线形调整完成检查车由两端移至中央按焊接次序码固梁段环缝施焊轨道对接修整焊缝位置平面度组焊U肋、板肋嵌补段U肋和板肋嵌补段探伤组焊路缘石、栏杆底座嵌补段环缝、嵌补段位置打砂除锈环

6、缝、嵌补段位置油漆补涂桥面除锈、涂装外表面涂装环缝探伤图2 悬索桥钢箱梁桥位焊接工艺流程图2.2对接环缝焊接工艺1.装配调整相邻两梁段，保证两梁段的间隙和高差，再用大型定位码板点焊固定；2.矫平梁段对接钢板的错边量，调平后用专用码板进行点固；3.打磨清理焊缝接口，焊缝背面贴陶质衬垫，用CO2气体保护自动焊打底、填充施焊；4.用埋弧自动焊进行盖面施焊；5.拆除定位码板，对焊缝进行修整打磨等。3钢箱梁桥位焊接的质量控制3.1桥位焊接精度控制3.1.1钢箱梁成桥精度控制目标钢箱梁成桥总长的设计基准温度与钢箱梁制造温度及焊接温度不一致，再加上钢箱梁数量多，对接环缝焊接收缩量难以控制，因而为保

7、证钢箱梁成桥精度目标，必须对桥位焊接进行精度控制。广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁成桥精度控制目标是：全桥建成后在200C基准温度下，桥面中线偏位在-1010mm范围内，桥长偏差在-100-300mm范围内。3.1.2钢箱梁桥位焊接精度控制1.调整相邻两梁段环缝的间距。环缝对接间隙为4-8mm，对间隙小于4mm的焊缝，要进行配切并铲磨匀顺。对局部8-14mm间隙的焊缝，坡口表面匀顺的可不进行处理。对间隙大于14mm的焊缝，要采用大间隙陶瓷衬垫。按环缝间距误差0.5mm来定位，用定位专用码板固定好相邻梁段。2.矫平梁段接口处的钢板对接平整度。钢箱梁顶板对接平整后，平面度公差要小于0.5mm。若两码板

8、之间错台>1mm，先用火焰校平，再用码板码平并点固。采用单面焊接双面成型工艺的焊缝正式施焊前要尽量采用码板定位，以减少定位焊缝的起熄弧数量。码板定位间距450550mm，施工需要时，可局部增加码板数量。3.确保每道环缝的焊接工艺。焊接参数、焊接顺序等要严格按照焊接工艺评定进行，顶板、底板打底施焊时，应将焊缝以桥轴中心线分为四段。第一道打底施焊时，中间两段从中间向两侧施焊，两侧两段从两端向中间施焊；第二道填充施焊与打底施焊方向相反；第三道盖面施焊从桥轴中心线向两侧施焊，斜顶板和斜底板对接焊缝须由下向上施焊。4.现场切割、装配结构嵌补段。钢箱梁桥位环缝焊接完成并经检验合格后，再装配其梁段内部

9、结构嵌补段。桥面板下的U型肋嵌补段根据实测长度尺寸，用自动切割机按实配尺寸现场切割，以保证装配精度和焊缝间隙。3.1.3钢箱梁桥位焊接总长精度控制广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁桥位焊接前在参考其它项目成功经验【3】和理论公式(1)的基础上，取单道焊缝横向收缩量3mm进行合拢段计算，即为控制钢箱梁成桥总长精度，首先设定梁段对接焊缝间隙。B0.2AW/+0.05b (1)式中，AW为焊缝截面积（mm2），为板厚(mm)，b为根部间隙(mm)。对于焊缝收缩量的误差，通过焊缝收缩量试验进行修正。修正具体措施是对钢箱梁焊接桥长进行正负补偿，补偿指导原则：1.补偿量平均分配到南、北两边所选的调整缝上。2.南

10、、北所选择的调整缝需满足数量相等、分布对称原则。3.调整缝的数量，视补偿量大小选择，南北两边至少5条以上。尽管如此，施工中仍将存在误差，按约10个梁段为一控制点，在每个控制节点，测量钢箱梁的总长，并与理论结果比较。如果结果偏小（实际收缩量大于理论收缩量），下一阶段应适当调大缝宽；如果结果偏大（实际收缩量小于理论收缩量），下一阶段应适当调小缝宽，以保证梁段总缝宽不变。由于钢箱梁受日照时间较长，存在较大的温差，所以测量钢箱梁长度时，应同时测量环境温度和钢箱梁的温度，并对实测梁长进行温度修正。根据公式(2)L.L.T （2）式中，为钢板的线膨胀系数（1.2×10-5 0C），L为梁段长度（

11、12.8m），T为不同时刻的温度变化量。焊接控制工作还应根据实际工序，及时调整控制方案，确保钢箱梁桥位焊接总长精度。3.2 桥位焊接质量控制3.2.1桥位焊接缺陷原因分析桥位焊接由于施工环境较为复杂，露天作业风、雨、潮湿气候影响大，更容易出现焊接缺陷【2】。经过对厂内总拼焊接与桥位焊接的对比，发现桥位焊接缺陷性质与梁段总拼焊接类似，焊缝接头及十字交叉处是缺陷的多发地带。由于桥位焊接加大了装配力度，码板数量增多，气孔、夹渣、咬边等焊接缺陷都发生过。梁段间U肋嵌补段焊接工作在箱内进行，通风条件差，加之焊接为仰焊，气孔、焊瘤等焊接缺陷也曾出现。焊接缺陷的影响因素复杂多样，某些因素不断变化，桥位焊接缺

12、陷类型和主要原因见表1。表1 主要焊接缺陷的原因分析缺陷类型主要原因主要产生部位气孔焊条未使用保温筒，湿度大，突然遇雨，CO2气体压力不足，防风措施不力，打磨不彻底CO2气体保护焊部位夹渣操作不当，打磨不彻底焊道间，焊缝接头处咬边电流过大定位焊，手工电弧仰焊未熔合电流过小，焊速过快，操作不当对接焊缝焊缝宽度不齐焊缝间隙不匀，自动焊焊接速度不匀对接焊盖面焊缝超高操作不当，焊道过多纵肋嵌补段对接焊未焊满焊接速度过快，焊缝间隙过大对接焊缝焊缝型面不良焊道过多，电流过大，打磨不当U肋嵌补段仰位对接焊焊瘤装配间隙过大U肋对接3.2.2焊接缺陷处理通过对外观质量检查及MT、UT、RT检查，查出缺陷部位，分

13、析缺陷性质及产生原因，针对缺陷的性质分别采取砂轮打磨、气刨挖补等办法进行返修，返修焊应按原焊缝质量要求检验，同一部位的返修焊不允许超过两次。3.2.3焊缝质量控制措施 钢箱梁桥位焊接除工厂焊接质量控制措施外，结合桥位施工作业条件，还应注意以下几点焊接要求【4】：正式施焊前，应按焊接工艺评定提供的工艺参数在试板上进行试焊，直至满足规范要求后，才能正式施焊，严禁在母材上随意打弧；焊接前应将焊缝接口清理干净，每层焊缝之间必须进行清渣、飞溅清理等工作。U肋嵌补段装配前，应将其跨过的焊缝区域磨平。焊前除锈打磨工作重点在焊缝交叉、码板过焊孔及引熄弧处缝口周围及焊道间的打磨工作。严格焊材的管理，焊

14、条存放室温不得低于50C，相对湿度应低于60。陶瓷衬垫使用前必须预先烘干。焊剂要放在防潮性能良好的筒内，以保证干燥。由于悬索桥钢箱梁位于珠江之上，江面湿度相对较大，阴天及早晚应注意防潮。桥面焊接一定要在风雨棚内进行，风雨棚应有足够的强度、刚度且能牢靠地固定在桥面上。当环境湿度大于80，温度低于50C时【1】，焊前要采取预热措施。贴置陶质衬垫时，衬垫中心线应与焊缝中心线“重合”，衬垫与钢板应贴合紧密、牢靠，焊缝间隙按照规定修整；焊接过程中，为了保证桥梁总长和成桥线型，应全过程进行监控，发现异常应及时调整焊接顺序及间隙；钢箱梁内通风差、温度高，加之焊接烟雾不能及时排除，劳动条件严酷必然影响焊接质量，必须采取有效措施创造良好的劳动条件，如使用轴流风机进行通风换气等。同时要加强工艺纪律，严格执行焊接操作规程。3.2.4质量控制效果广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁桥位焊缝外观质量良好，表面没有裂纹、未熔合、夹渣、焊瘤、缩孔等缺陷，所有桥位焊接焊缝全部按照设计和技术规范的要求内容和频率进行外观检查和内部无损探伤检验。一次焊接合格率较高，一次X射线探伤合格率达到98.2以上，一次超声波探伤合格率达到96以上。4结束语悬索桥钢箱梁桥位焊接施工难度大，质量、精度要求高，必须针对性制订工艺规程，采用有效措施，解决高空和野外作业对焊接质量的影响，保证钢箱梁桥位焊接精度及焊缝外观和内在质量。广州珠