廣州珠江黃埔大橋懸索橋鋼箱梁的焊接與變形控制研究

1、廣州珠江黃埔大橋懸索橋鋼箱梁的焊接與變形控制研究陳紅1 張少錦1 王秀菊2（1.廣州珠江黃埔大橋建設(shè)有限公司 廣州 510730；2. 中鐵寶橋股份有限公司 寶雞 721006）摘 要：廣州珠江黃埔大橋懸索橋鋼箱梁為全焊結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)復雜、熔透焊縫多，制造難度大等特點。制造過程中的關(guān)鍵之一在于控制構(gòu)件的焊接質(zhì)量和焊接變形，從而保證鋼箱梁的接頭質(zhì)量和鋼箱梁的尺寸。本文對廣州珠江黃埔大橋懸索橋鋼箱梁制造過程中典型構(gòu)件的焊接質(zhì)量和變形控制進行了分析，采用合理的預留收縮變形量和合適的焊接反變形量等焊接工藝手段有效的減少了焊接變形，保證了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，取得了良好的效果。關(guān)鍵詞：鋼箱梁 焊接變形 變形控

2、制 1 前言廣州珠江黃埔大橋南汊橋為主跨1108m的單跨鋼箱梁懸索橋，主纜分跨為2901108350m，中跨為懸吊結(jié)構(gòu)，鋼箱梁結(jié)構(gòu)斷面見圖1。標準梁段長度為12.8m，全橋共87個梁段，標準梁段83個，合龍段2個，其余特殊梁段2個。鋼箱梁構(gòu)件均采用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Q345C，鋼箱梁為全焊結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復雜、焊縫多，尤其是熔透焊縫較多，從而導致焊接難度和焊后變形及焊接殘余應力較大，使箱體制造難度加大。鋼箱梁是珠江黃埔大橋懸索橋上部的承重鋼結(jié)構(gòu)，其頂板直接承受橋面車輛輪壓作用，錨箱和橫隔板是鋼箱梁重要的受力和傳力結(jié)構(gòu)，鋼箱梁焊接質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到鋼箱梁的短期的受力安全和長期的結(jié)構(gòu)疲勞引起的結(jié)構(gòu)隱患

3、，為保證產(chǎn)品整體質(zhì)量，控制焊接變形，必須對鋼箱梁焊接和焊接變形控制進行細致的分析，制定合理可靠的焊接工藝措施。 圖1 鋼箱梁結(jié)構(gòu)斷面 圖2 U形肋與頂、底板的坡口2 主要接頭類型廣州珠江黃埔大橋懸索橋鋼箱梁主要焊接接頭形式有對接接頭和角接接頭兩種，即：頂、底板的對接焊縫，橫隔板的立位對接，橫隔板與頂板接板的仰橫位對接，錨箱承力板與橫隔板的立位不等厚對接；U形肋與頂、底板的坡口角接，錨箱承力板與斜底板的坡口角接，錨腹板與頂板、斜底板的熔透坡口角接，橫隔板與底板、斜底板的角焊縫，斜頂板與人行道面板、斜頂板與頂板自然坡口熔透角焊縫，錨箱構(gòu)件的熔透角接、坡口角接以及抗風支座、豎向支座的各類熔透焊縫等。

4、 圖 3 焊接反變形胎架 圖 4 焊絲對正位置3 焊接施工變形控制3.1 U形肋與頂、底板坡口角接焊縫變形控制本橋U形肋板厚為頂板8mm，底板6mm，要求焊縫有效厚度0.8倍的U形加勁肋的板厚，且不允許燒穿，并對焊縫進行超聲波探傷檢測。焊接以及焊接變形控制難度較大，經(jīng)綜合分析并結(jié)合焊接工藝評定試驗，對U形肋與頂、底板的坡口（圖2）角焊縫定位焊采用實芯焊絲（1.0）CO2氣體保護半自動焊焊接，正式焊接采用藥芯焊絲（1.6）CO2氣體保護自動焊焊接。為保證焊縫有效厚度達到設(shè)計要求、控制焊接變形，通過試驗設(shè)計了圖3所示的焊接反變形胎架，使工件在近似船形位置的拘束狀態(tài)下焊接。整個板塊采用同方向施焊，并

5、采用合適的焊槍角度及焊絲送進位置以保證坡口根部熔合良好，保證焊縫表面成型質(zhì)量，焊絲對正位置參見圖4。焊接工藝參數(shù)見表1。超聲波檢測結(jié)果表明：采用上述工藝施焊的焊縫，有效厚度達到0.80.9倍板厚，滿足設(shè)計要求。 表 1電流(A)電 壓（V）干伸長(mm)氣流量(l/min)車 速(cm/min)頂板380202911832025293底板3202030118320253333.2 頂、底板的對接焊接與收縮變形控制 頂、底板的對接采用實心焊絲CO2氣體保護焊打底，埋弧自動焊填充蓋面的單面焊雙面成型技術(shù)。在打底焊道中，過馬板處容易出現(xiàn)根部縮孔、弧坑裂紋、反面成型不好以及間隙不勻所引起的焊縫根部熔合

6、不良等問題。在生產(chǎn)過程中通過嚴格限制打底焊道工藝參數(shù)、熄弧處加快接頭速度或回焊20mm以上、針對過大或過小的焊接間隙采用向前推或拉的運條方式解決根部熔合不良的問題；并要求焊接完第一道埋弧自動焊后再去除襯墊，讓受熱下墜的焊縫金屬有所依托，避免了由于打底焊道較薄，焊縫受熱后易下墜而導致反面余高過高等外觀問題；馬板在第一道打底焊道焊接完成并等焊縫溫度降低之后拆除，以減小焊接變形。對接焊縫間隙控制在48mm之間，生產(chǎn)過程中結(jié)合以往經(jīng)驗的同時，通過前期生產(chǎn)實測收縮值,使焊接收縮以及變形處于受控狀態(tài)，從而保證了焊接質(zhì)量和整個大橋的整體制造精度。3.3橫隔板對接焊縫的焊接與變形控制橫隔板采用整體隔板形式，橫

7、隔板在長度方向采用立位對接，寬度方向不同于以前的搭接接頭形式，采用仰橫位對接，其接頭形式見圖5。立位和仰橫位對接橫隔板板厚為12mm的，采用單面焊雙面成型，背面貼圓弧槽陶質(zhì)襯墊。對于特殊梁段部分板厚為16mm的，考慮到單面焊接填充量大，焊接變形嚴重， 圖5 橫隔板接頭形式所以立位對接采用雙面V形坡口進行焊接。橫位對接16mm厚板采用不對稱K型坡口，先焊接大坡口側(cè)，再反面清跟焊接小坡口側(cè)，保證熔透。對于較薄板的焊接，采用單面焊接雙面成型，是一種可以保證焊接質(zhì)量的好方案，但當板厚較大時，改雙面坡口可以減小焊接填充量，降低勞動強度，并減小了焊接收縮和焊接變形量。另外，橫隔板寬度方向的仰橫位對接，焊接

8、難度大，勞動強度大，橫隔板的垂直度等精度控制難度大，對焊工的技術(shù)和責任心要求高。通過各方面的努力，橫隔板整體精度得到有效控制，焊縫一次探傷合格率達到96以上，經(jīng)過一次返修，超聲波探傷全部合格。3.4 斜頂板與頂板、斜頂板與人行道面板的焊接斜頂板與頂板及人行道面板的焊接接頭形式見圖6，為自然坡口焊縫。斜頂板與頂板的焊接采用CO2藥芯焊絲，先焊接鋼箱梁里側(cè)焊縫，焊完后在鋼箱梁外側(cè)清跟，焊接箱外焊縫，保證焊縫熔透的要求，達到鋼箱梁密封的作用；斜頂板與人行道面板的焊接采用CO2實芯焊絲先焊接鋼箱梁內(nèi)側(cè)焊縫，焊完在外側(cè)清跟，再用埋弧自動焊焊接鋼箱梁外側(cè)焊縫，這樣既保證了熔透焊接，焊縫的外觀質(zhì)量也得到保證

9、。圖 6 斜頂板與頂板及人行道面板的焊接接頭形式3.5 其它焊縫的焊接其余坡口角接、熔透角接以及對接焊縫的焊接除通過采用小的焊接線能量、兩側(cè)交替焊接、對稱施焊、預留焊接變形量等措施來控制焊接變形外，還采用了下述措施：（1）頂、底板縱向?qū)硬捎猛瑫r同方向焊接或中間向兩側(cè)同時反向焊接，以減小焊接變形并保證焊接變形的一致性。（2）在箱形總拼時先焊橫隔板立位對接，再焊橫隔板與底板、斜底板的角焊縫或熔透角接焊縫，后焊橫隔板的仰橫位對接。（3）頂板對接焊縫焊接完成后，再焊接頂板接板與橫隔板的對接焊縫。（4）鋼箱梁總拼現(xiàn)場焊接嚴格按照焊接順序進行焊接，使焊接收縮量及焊接變形處于受控狀態(tài)。焊接過程中嚴格執(zhí)行焊接工藝參數(shù)，焊接材料的保管及使用嚴格執(zhí)行要求。培訓焊工在室外作業(yè)的防風、防雨、除污、除銹、除濕、定位焊質(zhì)量等意識。4 結(jié)論以上的焊接工藝措施和質(zhì)量控制措施，有效的保證了廣州珠江黃埔大橋懸索橋鋼箱梁板塊制作的精度、總拼焊接質(zhì)量要求。通過本橋的焊接過程以及焊接變形控制得出以下結(jié)論：、單元焊接時，采用合適的反變形量能有效的減少熱矯正量，降低制造成本，提高制造精度。、采用合理有效的焊接工藝參數(shù)和焊接順序是減小鋼箱梁焊接變形的有效措施，例如整體橫隔板的制造工藝，