李 偉

陜西路橋集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710065

1 工程概況

梁渠溝大橋上部結(jié)構(gòu)為4×40m+（75+2×140+75）m+4×40m波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。波形鋼腹板采用Q345qDNH耐候鋼，單幅橋箱梁寬12.65m，箱梁底板寬6.65m，梁高和底板厚度均以1.8次拋物線形式變化，跨中梁高3.5m，底板厚32cm，根部梁高8.5m，底板厚1.2m。箱梁翼緣懸臂高3.0m，懸臂厚20cm，懸臂根部厚度80cm。懸澆塊段15#梁段，16#梁段為合攏段，17#梁段為邊跨現(xiàn)澆段。箱內(nèi)1#～3#塊段和邊跨現(xiàn)澆段波形鋼腹板內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)襯C60混凝土。波形鋼腹板波長(zhǎng)1.6m，波高0.22m，水平面板寬0.43m，水平折角為30.7°，彎折半徑大約為15t（t即壁厚）；波形鋼腹板厚度采取12mm、16mm、22mm、25mm這四類不同的尺寸。

2 機(jī)器人自動(dòng)焊接設(shè)備的應(yīng)用

在機(jī)器化換人、自動(dòng)化減人的理念下，梁渠溝大橋通過(guò)“三微改”“四創(chuàng)新”品質(zhì)提升活動(dòng)，把高空作業(yè)如鋼腹板外立面焊接改為機(jī)器人焊接，破解傳統(tǒng)工藝潛在質(zhì)量、安全隱患。自動(dòng)焊接較人工焊接質(zhì)量穩(wěn)定；焊接工藝參數(shù)控制可靠；適應(yīng)人工無(wú)法施工的操作環(huán)境；解決焊接勞動(dòng)力緊缺問(wèn)題；節(jié)約材料及能源；降低施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

HDC500-8仿形機(jī)器人自動(dòng)焊接設(shè)備，除了具備工業(yè)機(jī)器人的通用特點(diǎn)，還擁有激光焊縫跟蹤傳感技術(shù)、焊絲接觸傳感技術(shù)、焊接工藝參數(shù)管理系統(tǒng)。在對(duì)波形鋼腹板構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)焊接時(shí)，該設(shè)備是將磁力設(shè)備吸附在波形腹板上行走，配合具有機(jī)械擺動(dòng)功能的夾持焊槍，實(shí)現(xiàn)焊縫的連續(xù)自動(dòng)焊接。在大橋施工現(xiàn)場(chǎng)采用自動(dòng)焊接，規(guī)避了人工長(zhǎng)時(shí)間在外高空立面焊接作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少了安全隱患。

3 波形鋼腹板節(jié)段自動(dòng)焊接方案

3.1 焊接施工流程

焊接施工具體流程如下：自動(dòng)焊接工藝評(píng)定→焊前準(zhǔn)備→表面處理→焊接及焊縫處理→自檢、專檢。

3.2 自動(dòng)焊接工藝評(píng)定

自動(dòng)焊接工藝評(píng)定包括工廠焊接工藝、現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝，焊接工藝評(píng)定結(jié)果報(bào)告，具體內(nèi)容如下：（1）母材及焊接材料的類型、尺寸、成分、力學(xué)屬性等；（2）試板圖；（3）試件基礎(chǔ)、施焊時(shí)間、工藝系數(shù)；（4）焊縫外觀及無(wú)受損情況；（5）力學(xué)屬性測(cè)驗(yàn)及宏觀斷面酸蝕測(cè)驗(yàn)結(jié)果；（6）焊條必須使用耐候鋼焊條；（7）結(jié)論及評(píng)定專家簽字記錄。

3.3 焊接方式及工藝

（1）波形鋼板埋弧焊接（開(kāi)孔板和上翼緣板）。采用華遠(yuǎn)MZ-1000與埋弧焊機(jī)實(shí)施焊接，其具有熔深大、焊縫成型好等優(yōu)點(diǎn)，鑒于橋梁波形鋼腹板厚度在12～25mm的鋼板，采用大功率埋弧焊機(jī)，不僅生產(chǎn)效率高，且能保證焊縫質(zhì)量，達(dá)到焊接規(guī)范一級(jí)焊縫要求。

（2）波形鋼板T型熔透焊（上下連接件與波形鋼腹板）。對(duì)焊接工件進(jìn)行焊前處理，除水除油，焊縫兩側(cè)打磨，并采用專用夾具與工裝進(jìn)行變形控制，控制焊接變形，并保證焊接質(zhì)量，采用松下YDK-350氣體保護(hù)焊機(jī)進(jìn)行開(kāi)孔板與翼緣板的焊接，焊縫為全熔透焊，保證開(kāi)孔板與翼緣板焊接質(zhì)量。

（3）栓釘焊機(jī)與氣體保護(hù)焊焊接剪力連接件。采用最新的SLH-25C栓釘拉弧焊機(jī)，保證焊釘全斷面與翼緣板熔合，牢固可靠。

（4）貼腳焊（現(xiàn)場(chǎng)焊接波形鋼腹板和波形鋼腹板節(jié)段）。在剛構(gòu)橋高空波形鋼腹板塊段現(xiàn)場(chǎng)焊接，利用磁力設(shè)備軌道附著在波形腹板上活動(dòng)，然后再繼續(xù)搭配以機(jī)械擺動(dòng)效能的夾持焊槍，由此確保焊縫得到有效焊接。在施焊之前，要及時(shí)清理連接接觸面及焊縫邊緣30～50mm位置的鐵銹、冰雪等污物，從而顯示出鋼材金屬光澤。同時(shí)，焊接的地方應(yīng)該被設(shè)置在防風(fēng)、防雨、防低溫設(shè)施上，其焊接位置的風(fēng)力要低于5級(jí)，溫度應(yīng)高于5℃，相對(duì)濕度應(yīng)小于80%，在箱內(nèi)焊接時(shí)應(yīng)有通風(fēng)防護(hù)安全措施。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)相對(duì)濕度應(yīng)小于80%，搭棚擋風(fēng)遮雨及做好保暖措施。

3.4 焊接及焊縫處理

（1）焊接。焊前準(zhǔn)備焊劑烘干350℃、保溫2h，同時(shí)還應(yīng)該及時(shí)清理掉焊絲上的油銹，保護(hù)氣體要維持一定的干燥。埋弧自動(dòng)焊務(wù)必要在距焊縫端部80mm以上的引、熄弧板上予以引弧、熄弧。焊接中應(yīng)盡量不斷弧，若存在斷弧，則需把停弧位置刨成坡度為l∶5的斜坡，同時(shí)繼續(xù)連接50mm后再引弧施焊，引、熄弧板應(yīng)待焊縫冷卻后割去。單面焊后，翻面進(jìn)行另外一邊焊縫的焊接工作。一旦停止斷焊接，則相關(guān)工作人員應(yīng)對(duì)冷裂紋敏感的焊件進(jìn)行后熱或者緩冷處理。

（2）焊縫返修。針對(duì)那些要求焊接返修的情況，相關(guān)工作人員要仔細(xì)分析原因，同時(shí)要給出具有針對(duì)性的策略，根據(jù)評(píng)定合格的焊接技術(shù)，采取焊接返修方法。在焊縫相同位置時(shí)，其返修的數(shù)量不能大于2次，在情況允許的情況下還要通過(guò)表層探傷檢驗(yàn)予以確認(rèn)，修補(bǔ)位置要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度大約要100℃。返修焊縫屬性及質(zhì)量要求需要和原焊縫保持統(tǒng)一。采取埋弧自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊進(jìn)行焊縫返修的過(guò)程中，相關(guān)工作人員要把清除部位的焊縫兩端刨成坡度不超過(guò)1∶5的斜坡，再繼續(xù)焊接。返修后的焊接應(yīng)打磨勻順，并按質(zhì)量要求進(jìn)行復(fù)檢。返修焊次數(shù)不宜超過(guò)2次。焊接后引板或產(chǎn)品試板必須用氣割切掉，并磨平切口，不得損傷工件。

（3）焊后處理。焊接完成后進(jìn)行焊縫表面清理，外觀清理質(zhì)量要求如表1所示。

表1 焊縫外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3.5 焊縫檢測(cè)

采用全熔透焊，開(kāi)孔板與翼緣板焊接、鋼腹板與上下翼緣板的焊接縫為Ⅰ級(jí)；加勁板焊接，焊縫、角鋼與下翼緣板的焊接、現(xiàn)場(chǎng)鋼腹板貼腳焊縫為Ⅱ級(jí)；在加工場(chǎng)，Ⅰ級(jí)焊縫采用超聲波探傷100%檢測(cè)；Ⅱ級(jí)焊縫采用磁粉100%檢測(cè)。第三方按照焊接規(guī)范要求進(jìn)行抽檢。

4 人工焊接與自動(dòng)焊接工藝對(duì)比

4.1 安全性比較

人工焊接管理比較方便，對(duì)于構(gòu)件、焊機(jī)、人員均可以滿足現(xiàn)場(chǎng)安全性要求，波形板構(gòu)件調(diào)整加固后，安全性可以滿足要求。焊機(jī)可放置于牢固可靠的工作平臺(tái)上，焊接屬于立焊，人員在焊接過(guò)程中雖然需要上下移動(dòng)，但通過(guò)一定的安全措施，安全性可以滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，適合場(chǎng)地作業(yè)，對(duì)于高墩大跨橋梁作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大。機(jī)器人自動(dòng)焊接需要安裝軌道、小車。主機(jī)機(jī)頭跟隨小車順焊縫上下移動(dòng)，在焊接過(guò)程中只需要提前鋪設(shè)好軌道，規(guī)定好焊縫長(zhǎng)度，但自動(dòng)焊可以避免高空的安全風(fēng)險(xiǎn)，安全性相比人工焊高。

4.2 質(zhì)量可靠性比較

人工焊質(zhì)量跟焊工作業(yè)人員水平關(guān)系較大，但大多質(zhì)量要求及檢測(cè)要求基本可以達(dá)到。機(jī)器人自動(dòng)焊質(zhì)量水平比較穩(wěn)定，邊角區(qū)域采用人工焊及機(jī)器人自動(dòng)焊結(jié)合使用。

在外觀要求方面，機(jī)器自動(dòng)焊均比人工焊具有較大優(yōu)勢(shì)，內(nèi)在質(zhì)量均能通過(guò)焊縫無(wú)損檢測(cè)。

4.3 速度效率比較

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于2.5cm厚的板材，人工焊接可以達(dá)到每人每小時(shí)1～1.2m的工作量；自動(dòng)焊機(jī)速度和人工焊接水平基本持平，但可以持續(xù)、無(wú)間歇作業(yè)，解放了勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)施工計(jì)劃落實(shí)有保證。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章總結(jié)了波形鋼腹板焊接采用機(jī)器人施工的技術(shù)優(yōu)越性，結(jié)合梁渠溝大橋施工現(xiàn)場(chǎng)情況，將人工傳統(tǒng)焊接與自動(dòng)焊接工藝進(jìn)行了對(duì)比，為鋼腹板懸臂同類橋梁施工焊接工藝的選擇提供了有價(jià)值的參考意見(jiàn)。