李 磊

中鐵一局集團(tuán)物資工貿(mào)有限公司，陜西 西安 710054

1 工程概況

蒙華鐵路（蒙西—華中煤運(yùn)鐵路）是國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的運(yùn)煤專線，線路全長(zhǎng)1837km，規(guī)劃設(shè)計(jì)輸送能力為2 億t/年，其重點(diǎn)工程是蒙華鐵路龍門黃河大橋。蒙華鐵路龍門黃河大橋位于陜西省和山西省交界處禹門口地區(qū)，跨越黃河，大橋起始里程DK505+956.100，終止里程DK506+224.600。蒙華鐵路龍門黃河大橋于2016年9月開始修建，2018年9月完工。

橋梁全長(zhǎng)268.5m，采用1 ～202m 中承式鋼管混凝土提籃式拱橋，橋面梁長(zhǎng)257.1m，鋼結(jié)構(gòu)部分包括鋼管拱、拱上支墩（橫梁）、橋面系縱橫梁三部分，合計(jì)約4000t。主橋總體布置見圖1。

2 焊接工藝

鋼橋采用工廠制作、試拼裝完成后運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)安裝的形式，主要的焊接工作均在工廠內(nèi)完成。經(jīng)分析，鋼橋的重點(diǎn)受力部位分別為橋面系整體及拱肋吊點(diǎn)與拱肋連接處，其主要材料為Q370qD 和Q370qE，設(shè)計(jì)焊縫形式為全熔透對(duì)接焊縫及全熔透T 型焊縫，具體焊接工藝見表1。

圖1 主橋總體布置圖（單位：mm）

（1）根據(jù)主材材質(zhì)及焊接方法選取適合的焊材，主材及焊材進(jìn)廠后按照規(guī)定進(jìn)行第三方檢測(cè)，合格后方能施焊。擬選用焊材及適用部位見表2。

（2）根據(jù)焊接坡口形式，設(shè)計(jì)相關(guān)焊接參數(shù)、選用焊接設(shè)備等。擬選用的焊接設(shè)備見表3；焊接工藝參數(shù)及焊接條件見表4。

（3）根據(jù)擬定的焊接參數(shù)及條件，制作焊接試板，進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，焊接試件根據(jù)要求全部送至第三方有資質(zhì)的檢測(cè)單位進(jìn)行各項(xiàng)性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均合格。

（4）焊接前根據(jù)構(gòu)件形狀制作專用平臺(tái)卡具，確保焊接時(shí)構(gòu)件均勻受力，避免受力不均勻集中導(dǎo)致焊接應(yīng)力集如成本、工藝、企業(yè)利潤(rùn)等因素，質(zhì)量提升的速度較為緩慢。在選擇焊材時(shí)，必須考慮綜合經(jīng)濟(jì)成本，優(yōu)先選擇質(zhì)量可靠、穩(wěn)定的生產(chǎn)廠商。焊材進(jìn)廠后及時(shí)進(jìn)行第三方檢測(cè)，檢測(cè)合格后方可投入使用。該工程焊材檢測(cè)結(jié)果見表5、表6。

表1 接頭坡口形式、焊接方法及代表焊縫

表2 焊接材料及適用部位

表3 擬選用的焊接設(shè)備

從表5 和表6 中可以看出，焊材的各項(xiàng)質(zhì)量出廠及復(fù)檢數(shù)據(jù)均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，且無(wú)臨界數(shù)據(jù)存在，說(shuō)明焊材的中，減少構(gòu)件焊接變形。

表4 焊接工藝參數(shù)及焊接條件

（5）焊接時(shí)，以周圍環(huán)境溫度25 ～35 ℃、濕度50%～55%為宜，主要桿件在組裝后24h 內(nèi)完成焊接，焊接主要在廠房?jī)?nèi)進(jìn)行。冬期焊接時(shí)，將構(gòu)件轉(zhuǎn)移至保溫棚進(jìn)行焊接，環(huán)境溫度不低于5℃。焊接前根據(jù)要求對(duì)待焊件進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度60 ～150℃。埋弧焊絲所用焊機(jī)必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行烘焙，且在空氣中暴露時(shí)間不得超過(guò)2h。

（6）焊接前必須徹底清除待焊區(qū)域內(nèi)的雜物及有害物，嚴(yán)禁在母材的非焊接部位引弧，焊接后及時(shí)清理焊縫兩側(cè)的焊渣及飛濺物。

（7）針對(duì)該橋特點(diǎn)，對(duì)于主要受力易疲勞的部位，如錨固系統(tǒng)構(gòu)件、拱上橫梁及橋面系的支撐等，需要采取以下措施以提高焊縫的抗疲勞強(qiáng)度：①優(yōu)化接頭設(shè)計(jì)、合理安排焊接順序，以減少焊接應(yīng)力集中。②修整焊縫成形不良部位，增加焊趾處的過(guò)渡角和過(guò)渡半徑。③對(duì)關(guān)鍵焊縫采用超聲波錘擊處理。

（8）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)不合格的焊縫必須進(jìn)行返修。同一部位焊縫的返修次數(shù)不得大于2 次。

（9）對(duì)于因焊接應(yīng)力導(dǎo)致變形量較大的構(gòu)件，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行矯正。采用冷矯正時(shí)，環(huán)境溫度不宜小于5℃，且總變形量不得大于2°；采用熱矯正時(shí)，加熱溫度應(yīng)控制在600～800℃，嚴(yán)禁過(guò)熱矯正，不宜在同一部位多次重復(fù)加熱，且不得錘擊加熱面和用水急冷。

3 要點(diǎn)分析

3.1 焊材質(zhì)量

隨著鋼企生產(chǎn)工藝的不斷提升，橋梁專用鋼的質(zhì)量一直處于穩(wěn)中偏好的局面。而且焊接材料受各種因素影響，質(zhì)量狀況較穩(wěn)定。

3.2 焊接工藝

焊接工藝的合理性主要通過(guò)對(duì)焊接試件進(jìn)行第三方檢測(cè)后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所體現(xiàn)。首先焊接完成后，需要對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)合格后方能進(jìn)行接頭拉伸、焊縫金屬拉伸、低溫沖擊試驗(yàn)、側(cè)彎、接頭硬度及宏觀斷面酸蝕等試驗(yàn)。經(jīng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，所有焊接試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，且無(wú)臨界數(shù)據(jù)存在，這說(shuō)明擬定的焊接工藝及各項(xiàng)焊接參數(shù)滿足該工程項(xiàng)目要求，可以作為實(shí)施焊接工藝的依據(jù)。

3.3 過(guò)程管控

過(guò)程管控涉及鋼橋從技術(shù)準(zhǔn)備到安裝完成的各道工序、各個(gè)環(huán)節(jié)。開工前，制造單位負(fù)責(zé)人組織編制《鋼橋制造驗(yàn)收細(xì)則》，并根據(jù)細(xì)則內(nèi)容編制相應(yīng)的表格及記錄單，確保每個(gè)環(huán)節(jié)均有據(jù)可依、有證可查。其重點(diǎn)控制環(huán)節(jié)為焊接作業(yè)，焊接作業(yè)前，需根據(jù)焊接工藝評(píng)定結(jié)果編制焊接作業(yè)工藝卡片，工藝卡片信息內(nèi)容主要有焊接部位、焊縫形式、所用焊材、焊接電流電壓參數(shù)、焊道數(shù)量等。焊接時(shí)有專人進(jìn)行記錄，每位焊接作業(yè)人員都有唯一的焊工號(hào)，確保焊接過(guò)程全面受控。焊接作業(yè)嚴(yán)格實(shí)行“三檢”制度：自檢、互檢及專檢。并由作業(yè)人員、班組長(zhǎng)及質(zhì)量員在質(zhì)量記錄上簽字確認(rèn)，最終形成一套完整的質(zhì)量記錄文件。制作過(guò)程中涉及見證取樣的部位，嚴(yán)格按照程序提前聯(lián)系總包單位相關(guān)人員，做好見證取樣記錄。

4 適用性分析

提籃式鋼管拱鋼橋是近年大跨距鐵路橋梁采用的一種常見形式，作為重載鐵路，中承式提籃拱鋼橋具有顯著的代表性。該橋工程地點(diǎn)為我國(guó)北方干旱地區(qū)，冬季最低溫度為-20℃，夏季最高溫度為42℃，屬于典型的北方氣候環(huán)境特點(diǎn)。我國(guó)國(guó)產(chǎn)橋梁專用鋼按照屈服強(qiáng)度分類，主要有Q235q、Q345q、Q370q 及Q420q 這四個(gè)等級(jí)，目前Q345q和Q370q 等級(jí)的鋼材主要用于鐵路鋼橋。該橋的鋼材主要為Q345q 和Q370q，是鐵路鋼橋主要材料的典型代表。

表5 焊材化學(xué)成分復(fù)檢表

表6 焊材力學(xué)性能復(fù)檢表

該橋的焊接工藝編制嚴(yán)謹(jǐn)、全面，焊接工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)，工藝措施合理有效，焊接過(guò)程全面受控，焊縫無(wú)損檢測(cè)合格，整橋施工質(zhì)量良好。其中，焊接工藝評(píng)定及制造驗(yàn)收細(xì)則均按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行了專家評(píng)審，評(píng)審專家給出了較高的評(píng)價(jià)，一致同意將評(píng)審方案應(yīng)用在此次鋼橋制作中。

5 結(jié)束語(yǔ)

重型鋼結(jié)構(gòu)橋梁制作的重要控制點(diǎn)是焊接工藝，而選擇合適的焊接工藝的前提是焊材與母材的匹配選型，尤其是對(duì)焊材的選用及各項(xiàng)性能的試驗(yàn)檢測(cè)。綜上所述，該橋的焊接工藝適用性較強(qiáng)，內(nèi)容全面，對(duì)于國(guó)內(nèi)其他重載鐵路鋼橋的制造具有較高的借鑒意義。