貝玉成，劉洋，婁猛，徐向軍

中鐵山橋集團(tuán)有限公司 河北秦皇島 066200

1 序言

溫州甌江北口大橋主橋采用主跨為2×800m的“三塔四跨”雙層連續(xù)鋼桁梁懸索橋，主跨的跨度布置為（230+800+800+348）m，主橋全長2088m。

主橋采用板桁結(jié)合式整體鋼桁梁，橋面板與主桁共同受力，其中鋼桁架桁高 12.5m，橫向采用兩片主桁，桁間距為 36.2m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間長為10m。吊索均懸吊在下弦節(jié)點(diǎn)橫梁外側(cè)“牛腿”上，吊點(diǎn)中心線橫向離主桁中心2.8m，吊點(diǎn)中心線縱向間距為10m。主桁上下弦桿均采用箱形截面，斜桿和豎桿均采用H形截面。主桁節(jié)點(diǎn)為全焊接整體節(jié)點(diǎn)，腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接均采用焊接，主橋標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段構(gòu)造如圖1所示。

上層及下層公路橋面采用正交異性板結(jié)構(gòu)，由橋面板、U形加勁肋、板肋和倒T形橫梁組成。U形肋橫向間距600mm，U形肋和板肋全橋連續(xù)，遇到橫梁的腹板時(shí)要開孔穿越，橋面板單元如圖2所示。

圖2 橋面板單元示意

2 板單元U形肋角焊縫技術(shù)要求

橋面板單元采用Q345qD和Q420qD兩種材質(zhì)的鋼板，邊塔及中塔兩側(cè)各2個(gè)節(jié)間采用Q420qD鋼材，其余部分采用Q345qD鋼材。橋面板厚度16mm，U形肋厚度8mm。

為提高正交異性板單元的疲勞性能，除設(shè)計(jì)要求U形肋角焊縫均需采用內(nèi)外雙面焊技術(shù)，還應(yīng)滿足角焊縫的熔深不小于U形肋板厚80%的要求。

3 焊接工藝方案選擇

針對(duì)U形肋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，考慮焊接設(shè)備、焊接方法、焊接位置等因素，結(jié)合以往項(xiàng)目的焊接經(jīng)驗(yàn)，提出U形肋角焊縫采用氣體保護(hù)焊和埋弧焊兩套焊接方案，并分別進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1 U形肋氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊較埋弧焊熔深小，為使熔深達(dá)到U形肋板厚80%的設(shè)計(jì)要求，U形肋需加工坡口，具體形式如圖3所示。

圖3 U形肋坡口形式

3種氣體保護(hù)焊優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：實(shí)芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊飛濺大，易堵塞焊槍噴嘴，從而影響氣體保護(hù)效果，導(dǎo)致產(chǎn)生氣孔缺陷[1]；藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊飛濺小，焊縫成形性好，但焊后U形肋內(nèi)側(cè)藥皮不易清理，若用于內(nèi)焊則需要研發(fā)單獨(dú)的清理配套設(shè)備；實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊飛濺較小，焊縫成形美觀[2]。

綜合考慮各種焊接方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最終U形肋內(nèi)側(cè)角焊縫采用富氬氣體保護(hù)焊，設(shè)備為U形肋內(nèi)焊專用焊接系統(tǒng)（見圖4）；U形肋外側(cè)角焊縫采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊，設(shè)備為U形肋板單元反變形船位焊接機(jī)器人（見圖5）。

圖4 U形肋內(nèi)焊專用焊接系統(tǒng)

圖5 U形肋板單元反變形船位焊接機(jī)器人

3.2 U形肋內(nèi)外埋弧焊

埋弧焊熔深大，焊接熱輸入量大，內(nèi)側(cè)焊縫采用φ1.6mm焊絲焊接，設(shè)備為U形肋埋弧內(nèi)焊專用焊接系統(tǒng)（見圖6）；U形肋外側(cè)焊縫采用φ3.2mm焊絲焊接，設(shè)備為U形肋埋弧外焊設(shè)備（見圖7）。內(nèi)側(cè)角焊縫采用專用埋弧焊劑，焊后藥皮自動(dòng)脫落，無需研制專用清渣設(shè)備。

圖6 U形肋埋弧內(nèi)焊專用焊接系統(tǒng)

圖7 U形肋埋弧外焊設(shè)備

4 焊接工藝試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)研究

根據(jù)開坡口、U形肋內(nèi)外采用氣體保護(hù)焊，以及不開坡口、U形肋內(nèi)外采用埋弧焊兩種試驗(yàn)方案，對(duì)Q345qD和Q420qD鋼分別進(jìn)行工藝評(píng)定試驗(yàn)。以Q345qD鋼為例，焊接工藝試驗(yàn)研究項(xiàng)目見表1。

表1 Q345qD鋼焊接工藝試驗(yàn)研究項(xiàng)目

4.2 焊接參數(shù)

焊縫施焊時(shí)，氣體保護(hù)焊、埋弧焊的焊接參數(shù)分別見表2、表3，焊后進(jìn)行焊縫外觀檢查。內(nèi)角焊縫和外角焊縫外觀均勻，成形良好，外觀質(zhì)量符合Q/CR 9211—2015《鐵路鋼橋制造規(guī)范》要求。試件焊接24h后對(duì)U形肋角焊縫試件進(jìn)行磁粉檢測(cè)，焊縫質(zhì)量滿足GB/T 26952—2011《焊縫無損檢測(cè) 焊縫磁粉檢測(cè) 驗(yàn)收等級(jí)》2X級(jí)要求[3]，通過相控陣檢測(cè)熔深均不小于U形肋板厚的80%。

表2 氣體保護(hù)焊焊接參數(shù)

表3 埋弧焊焊接參數(shù)

宏觀斷面酸蝕試驗(yàn)的結(jié)果表明，氣體保護(hù)焊坡口根部熔合良好，熔深不小于U形肋板厚的80%；埋弧焊角焊縫實(shí)現(xiàn)了熔透，接頭宏觀斷面如圖8、圖9所示。焊接工藝試驗(yàn)證明兩種焊接工藝方案均滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8 氣體保護(hù)焊接頭宏觀斷面

圖9 埋弧焊接頭宏觀斷面

5 方案確定及穩(wěn)定性試驗(yàn)

結(jié)合我公司以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)兩種焊接方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，具體見表4。

由表4可知，與氣體保護(hù)焊方案相比，埋弧焊方案不用加工坡口，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定，焊接效率高?？紤]焊接穩(wěn)定性、工期、效率、綜合成本等因素，最終確定板單元U形肋角焊縫采用雙面埋弧焊的生產(chǎn)方式。

表4 U形肋角焊縫焊接方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

焊接工藝確定后，進(jìn)行U形肋試板、單根U形肋、多根U形肋板單元等大生產(chǎn)試驗(yàn)，即從試件到小板單元再到足尺板單元，開展逐步漸進(jìn)試驗(yàn)研究工作。焊接完成后進(jìn)行外觀檢查和宏觀斷面試驗(yàn)，并輔助相控陣檢測(cè)、宏觀斷面酸蝕試驗(yàn)等手段，確保焊接工藝穩(wěn)定性。焊接試板如圖10所示，相控陣超聲波檢測(cè)如圖11所示，酸蝕后斷面宏觀形貌如圖12所示。通過大量焊接數(shù)據(jù)分析，不斷優(yōu)化焊接參數(shù)，并提升設(shè)備效能，從而滿足了生產(chǎn)需求，保證了大橋的焊接質(zhì)量。

圖10 焊接試板

圖11 相控陣超聲波檢測(cè)

圖12 酸蝕后斷面宏觀形貌

6 結(jié)束語

1）通過U形肋角焊縫氣體保護(hù)焊和埋弧焊方案的焊接工藝試驗(yàn)結(jié)果可看出，兩種焊接方案均可滿足熔深不小于U形肋板厚80%的要求，但后者的穩(wěn)定性更好，焊接效率高。

2）通過對(duì)U形肋角焊縫埋弧焊進(jìn)行大生產(chǎn)前工藝穩(wěn)定性試驗(yàn)，使設(shè)備效能達(dá)到最佳，保證了溫州甌江北口大橋板單元的焊接質(zhì)量。