中鐵山橋集團(tuán)有限公司 （河北秦皇島 066205） 徐向軍

一、工程概述

哈爾濱跨松花江松浦大橋為我國東北高寒地區(qū)一座獨塔雙索面斜拉鋼橋（見圖1），鋼梁主跨268m，邊跨208m，全長476m，橋面全寬39.3m，鋼梁總重約7000t。本橋鋼梁由主縱梁、橫梁、小縱梁及兩側(cè)挑梁組成，其中主縱梁為箱型斷面，外腹板上焊接錨箱。除輔助墩處橫梁采用箱型截面外，其余橫梁均為工型截面。小縱梁和挑梁采用焊接工字型截面。在主縱梁、橫梁、小縱梁頂板上焊接剪力釘。鋼梁間連接主要采用栓接形式，其中LZ0～LB0，LB14～LB19主縱梁間為全斷面焊接，部分橫梁（HL3、HL10）、挑梁與主縱梁間采用焊接連接。

本橋索塔內(nèi)設(shè)置36對鋼錨梁，鋼錨梁構(gòu)成如圖2所示。每對鋼錨梁長4.5m，重6.98～8.86t，總重約270t。本橋主結(jié)構(gòu)采用Q345qE、Q370qE鋼板，板厚10～50mm。

圖1 哈爾濱松浦大橋

圖2 鋼錨梁構(gòu)成示意

二、焊接難點

松浦大橋鋼結(jié)構(gòu)制造過程中，存在以下焊接難點：

（1）松浦大橋結(jié)構(gòu)新穎，主縱梁采用大截面箱型結(jié)構(gòu)，外設(shè)斜拉索錨箱；在工廠內(nèi)全部由焊接制造，錨箱、鋼錨梁部位施焊空間狹小，且多為I級熔透焊縫，焊接難度大。

（2）主要材質(zhì)為Q345qE、Q370qE鋼板，要求焊接接頭-40℃低溫沖擊吸收能量≥34J，接頭韌性標(biāo)準(zhǔn)高。

（3）由于主橋鋼箱梁斷面尺寸大，主縱梁、錨箱、鋼錨梁等受力大的構(gòu)件鋼板厚度大（最大板厚50mm），所以焊接變形大。

（4）主縱梁、橫梁、索塔鋼錨箱工地栓接為主，安裝精度要求高，對箱型焊接變形的控制要求嚴(yán)格。LZ0～LB0，LB14～LB19主縱梁間為工地全斷面焊接，焊接技術(shù)難度大。

三、焊接質(zhì)量控制

1. 焊接工藝評定試驗和焊接工藝編制

針對本橋鋼板進(jìn)行了斜Y形坡口焊接裂紋試驗，確定板厚>30～50mm的鋼板焊前預(yù)熱80℃，能夠防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生。典型的斜Y形坡口焊接裂紋試驗斷面如圖3所示。

圖3 斜Y形坡口焊接裂紋試驗斷面（板厚50mm）

針對本橋接頭性能要求高、局部施焊空間狹小的特點，我們選擇了典型焊縫進(jìn)行焊接工藝評定試驗。試驗內(nèi)容包括：6組對接焊縫、2組熔透角焊縫、4組坡口角焊縫以及4組T形角焊縫。由于全位置焊接，所以大量采用了焊接效率高、焊接變形小的氣體保護(hù)焊工藝。根據(jù)施焊空間大小采用不對稱坡口形式，狹小空間側(cè)采用小坡口。選擇與Q345qE、Q370qE鋼板相匹配的高韌性、低氫型（擴(kuò)散氫含量要求5mL/100g以下）焊接材料，對接焊縫埋弧焊選擇f4mm的焊絲，控制焊接熱輸入，提高接頭韌性。焊接工藝評定試驗結(jié)果全部滿足技術(shù)要求，典型接頭的焊接工藝評定試驗項目、接頭力學(xué)性能試驗結(jié)果如表1、表2所示。

根據(jù)焊接工藝評定試驗報告，編制了《松浦大橋主梁焊接工藝規(guī)程》、《松浦大橋橫梁焊接工藝規(guī)程》、《松浦大橋鋼錨梁焊接工藝規(guī)程》、《松浦大橋橋上焊接工藝規(guī)程》、《松浦大橋焊縫編號規(guī)定》和《松浦大橋焊縫探傷清冊》等焊接技術(shù)文件，對構(gòu)件的焊接方法、焊接位置、焊材選用、焊接順序、焊接參數(shù)以及焊縫探傷要求等進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定，用于指導(dǎo)焊接生產(chǎn)。

2. 主縱深精度和焊接變形控制

（1）主縱梁大斷面箱型梁制造精度和焊接變形控制 主縱梁箱型結(jié)構(gòu)由頂板、底板、腹板橫隔板單元組成，內(nèi)腹板單元的外側(cè)設(shè)置錨箱結(jié)構(gòu)。板單元制造精度是保證主縱梁箱型制造精度的基礎(chǔ)，在板單元制造中精確下料、準(zhǔn)確組對，采用合理的焊接方法和焊接順序，減小焊接變形。其中腹板單元上錨箱結(jié)構(gòu)的焊接是重點和難點，從組裝精度、焊前預(yù)熱、焊工資質(zhì)、焊縫質(zhì)量、焊后修整等各工序加強(qiáng)管理，保證錨箱焊縫質(zhì)量，錨箱焊接如圖4所示。對主縱梁的焊接編制了專門的焊接工藝，專門進(jìn)行技術(shù)交底，對焊接順序進(jìn)行了規(guī)定，對錨箱、主角焊縫等厚板、焊接量大的焊縫確保焊接質(zhì)量，提高一次探傷合格率，采用對稱焊接的原則，焊接和修整工序穿插作業(yè)，邊焊邊修，防止箱型梁焊接變形的積累和扭曲變形的產(chǎn)生，焊后將箱型梁段進(jìn)行修整，對外形尺寸進(jìn)行測量，確保主縱梁外形尺寸滿足技術(shù)要求，主縱梁整體組焊如圖5所示。

表1 典型接頭的焊接工藝評定試驗項目

（續(xù)）

表2 接頭力學(xué)性能試驗結(jié)果

圖4 錨箱焊接

（2）橋位主縱梁全斷面對接制造精度和焊接變形控制 為了確保橋位主縱梁安裝精度，出廠前對主縱梁進(jìn)行了整體試拼裝，對主梁高度、長度、拱度、旁彎、腹板中心距、栓孔通過率、主梁中心距等項點進(jìn)行認(rèn)真檢測，保證了橋位梁段間栓接、全斷面對接精度，確保鋼梁架設(shè)線形的正確。廠內(nèi)主縱梁試拼裝如圖6所示。

圖5 主縱梁整體組焊

圖6 廠內(nèi)主縱梁試拼裝

橋位梁段吊裝就位并調(diào)整好線形后，進(jìn)行主梁間全斷面對接焊縫的焊接，采用低溫韌性好的藥芯焊絲氣體保護(hù)焊，背面襯陶質(zhì)襯墊單面焊雙面成形的焊接工藝，每個箱梁對接口選派四名技術(shù)水平高的焊工對稱施焊，以減小焊接變形。高空焊接作業(yè)，要搭設(shè)防風(fēng)棚，并對焊前清理、預(yù)熱、焊道間清理、焊后保溫等細(xì)節(jié)進(jìn)行了嚴(yán)格要求，確保一次探傷合格率。橋位主梁全斷面焊接如圖7所示。

圖7 橋位主梁全斷面焊接

3. 索塔鋼錨梁制造精度控制

松浦大橋鋼錨梁在我公司內(nèi)制造，由于鋼板厚度大，且多為熔透角焊縫，故焊接變形和焊后殘余應(yīng)力是不可忽視的。合理的組裝和焊接順序能夠最大程度地減小焊接變形和焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，為此制定了詳細(xì)的焊接工藝規(guī)程。除了采用變形較小的氣體保護(hù)焊方法對稱施焊外，還要邊焊接邊修整，焊接與修整兩個工序穿插作業(yè)，即每焊接3～4道焊縫以后進(jìn)行一次火焰修整，以減小焊接變形和焊后殘余應(yīng)力。

4. 加強(qiáng)焊縫質(zhì)量檢測

（1）焊接前和焊接過程中的質(zhì)量控制 在制造過程中認(rèn)真執(zhí)行自檢、互檢、專檢相結(jié)合的三檢制度，每個工序結(jié)束后經(jīng)專檢人員檢查并在移交表上簽字，確認(rèn)后方可進(jìn)入下個工序，對零部件從下料到成品的各工序質(zhì)量進(jìn)行控制，使產(chǎn)品質(zhì)量在制造過程中嚴(yán)格處于受控狀態(tài)。焊接過程中，要求焊接操作者嚴(yán)格執(zhí)行工藝。焊前認(rèn)真清理焊縫，由于鋼板厚度較大，所以對有預(yù)熱要求的接頭，焊前認(rèn)真預(yù)熱。由于坡口深度大，焊接道數(shù)多，所以焊接過程中需仔細(xì)清理、檢查前一道的焊接質(zhì)量，控制道間溫度，并對主要焊縫的施焊過程進(jìn)行記錄。

（2）焊后焊縫外觀檢查和探傷檢測 焊接后認(rèn)真清理、修磨焊縫，對焊縫外觀全部進(jìn)行檢查，合格后進(jìn)行超聲波、射線或磁粉探傷檢測，保證內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。焊縫探傷合格率統(tǒng)計如表3所示。

表3 焊縫探傷合格率統(tǒng)計

（3）產(chǎn)品檢驗試板 為了檢驗產(chǎn)品焊縫的質(zhì)量狀況，按照《哈爾濱松浦大橋制造驗收規(guī)則》（BZ/HEBQ—GZ ）的要求對主梁、橫梁的頂板、底板、腹板對接焊縫，以及橋上梁段間頂板、底板、腹板對接焊縫按照一定比例焊接產(chǎn)品檢驗試板，對試板進(jìn)行超聲波探傷檢測和接頭力學(xué)性能測試。全部77組焊接產(chǎn)品檢驗試板的試驗結(jié)果為：① 廠內(nèi)鋼板對接焊縫58組產(chǎn)品檢驗試板，合格率100%。② 橋上梁段間對接19組對接焊縫產(chǎn)品檢驗試板，合格率100%。

四、結(jié)語

通過科學(xué)組織、嚴(yán)格管理、精心施工，我公司已于2010年10月13日勝利完成了哈爾濱松浦大橋的制造任務(wù)，焊接質(zhì)量受到用戶好評。2011年該橋獲得中國建設(shè)工程質(zhì)量魯班獎，2012年被評為全國優(yōu)秀焊接工程一等獎。