自動化焊接在熱軋變截面U 肋工藝上的應(yīng)用
——以廈門翔安大橋?yàn)槔?/h1>
2022-11-28 08:53:44黃俊平
福建交通科技 2022年8期
■黃俊平
（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350002）
正交異性鋼橋面板因結(jié)構(gòu)重量輕， 施工周期短，在大跨度橋梁中得到廣泛應(yīng)用。 然而，鋼橋面板結(jié)構(gòu)疲勞開裂的問題突出，特別是縱向U 肋加勁與橋面板連接焊縫，其焊根處疲勞裂紋隱蔽，不易察覺，且難以維修。 早期建成的橋梁陸續(xù)出現(xiàn)疲勞開裂，與之俱來的是橋梁維護(hù)成本的大幅增加。
U 肋內(nèi)焊技術(shù)首次應(yīng)用于沌口長江公路大橋正交異性鋼橋面板制造中[1]，利用專用焊接設(shè)備進(jìn)入U(xiǎn) 肋內(nèi)側(cè)進(jìn)行內(nèi)側(cè)角焊縫的焊接，可同時(shí)焊接6根U 肋12 條焊縫，生產(chǎn)效率高。 U 肋內(nèi)焊技術(shù)將U 肋與橋面板之間的連接焊縫由傳統(tǒng)的單面焊改進(jìn)為雙面焊，解決了U 肋單面焊的焊根易產(chǎn)生疲勞開裂的問題，從而有效提高鋼橋面板的抗疲勞性能。U 肋與橋面板連接焊縫的焊接工藝從傳統(tǒng)常用的單面氣體保護(hù)焊，發(fā)展到雙面氣體保護(hù)焊，再發(fā)展目前推廣應(yīng)用的雙面埋弧焊，傳統(tǒng)的橋面板U 肋板厚為8 mm，采用雙面埋弧焊工藝可實(shí)現(xiàn)U 肋免開坡口熔透焊接。 張清華等[2]研究表明，焊腳尺寸是縱肋與頂板新型雙面焊構(gòu)造細(xì)節(jié)是疲勞抗力的一個(gè)關(guān)鍵影響因素，適當(dāng)增大焊腳尺寸可有效降低焊趾起裂疲勞失效模式的等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力幅值，進(jìn)而提升焊趾起裂疲勞失效模式的疲勞性能。熱軋變截面U 肋相比冷彎U 肋可減少加工階段產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，此外，U 肋壁厚尺寸在端部處變厚，等效于增大焊腳尺寸，有利于進(jìn)一步提高焊趾起裂疲勞失效模式的疲勞性能。
廈門翔安大橋鋼箱梁采用端部厚度為16 mm的熱軋變截面U 肋， 要求采用雙面焊且熔透焊接。鋼箱梁由振華重工和武船重工兩家企業(yè)承制，針對熱軋變截面U 肋焊接質(zhì)量要求，兩個(gè)鋼橋制造廠開展了相應(yīng)的焊接試驗(yàn)研究工作，采取了不同的焊接設(shè)備和焊接工藝，均滿足項(xiàng)目要求。
1 焊接方案
廈門第二東通道項(xiàng)目鋼箱梁橋面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1， 采用新型熱軋變截面U 肋加勁， 材質(zhì)Q420D，U 肋頂部厚度16 mm， 側(cè)壁厚度12 mm，在端部區(qū)域U 肋向內(nèi)側(cè)變厚至16 mm，要求U 肋與橋面板連接焊縫雙面熔透焊接（焊縫長度90%以上達(dá)到熔透，未熔透焊縫深度不低于U 肋板厚的90%）。熱軋變截面U 肋實(shí)物斷面見圖2。
圖1 翔安大橋橋面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2 熱軋變截面U 肋實(shí)物斷面
內(nèi)焊技術(shù)可有效提高U 肋焊縫的疲勞強(qiáng)度，同時(shí)采用U 肋內(nèi)焊技術(shù)也是保證U 肋熔透焊接的必要手段。氣體保護(hù)焊和埋弧自動焊是U 肋焊接的兩種常用工藝，從焊接工藝方案上分類，熱軋變截面U 肋雙面焊方案一共有4 個(gè)組合，分別為：（1）內(nèi)氣保焊+外氣保焊；（2）內(nèi)氣保焊+外埋弧焊；（3）內(nèi)埋弧焊+外氣保焊；（4）內(nèi)埋弧焊+外埋弧焊。現(xiàn)國內(nèi)的專業(yè)廠家已開發(fā)出相應(yīng)的自動化焊接設(shè)備，包括U肋內(nèi)焊專機(jī)（氣保焊或埋弧焊）、U 肋門式多頭焊接機(jī)（氣保焊或埋弧焊）、U 肋機(jī)器人焊接系統(tǒng)（氣保焊或埋弧焊）等。 由于內(nèi)焊縫主要在U 肋內(nèi)側(cè)起到封底作用，其焊縫熔深有限，因此增加外焊縫打底焊道的有效熔深是實(shí)現(xiàn)U 肋熔透焊接的重要途徑。而埋弧焊工藝的焊縫熔深大于氣保焊工藝， 因在焊接工藝選擇上，優(yōu)選2 種方案，一是“內(nèi)氣保焊+外埋弧焊”，二是“內(nèi)埋弧焊+外埋弧焊”。
為了進(jìn)一步提升焊接效率，武船重工開發(fā)了基于雙絲雙弧埋弧焊工藝的U 肋門式多頭焊接機(jī)。雙絲雙弧埋弧焊工藝的每根焊絲分別由一臺埋弧焊電源獨(dú)立供電，前絲用直流反接獲得較大熔深，后絲用交流供電，改善焊縫成形，該工藝具有熔深大、熔敷速度高、焊接速度快的特性。
熱軋變截面U 肋是一種新型的型材， 其熱軋、坡口加工工藝，在本項(xiàng)目中首次使用，因此在裝配前需對坡口角度、坡口鈍邊進(jìn)行檢查，確保來料U 肋符合項(xiàng)目要求， 對不符合處需進(jìn)行打磨處理。裝配前，對焊接區(qū)域頂板、U 肋進(jìn)行打磨處理，將焊縫兩側(cè)20～30 mm 范圍內(nèi)的鐵銹、油污、預(yù)涂底漆打磨干凈，露出金屬光澤，并對裝配間隙進(jìn)行檢查，嚴(yán)格控制裝配間隙≤0.5 mm.同時(shí)控制定位焊質(zhì)量，減少打磨量，保證定位焊尺寸在4～6 mm，確保外埋弧能將定位焊熔掉。
2 自動化焊接技術(shù)的應(yīng)用
2.1 基于“內(nèi)氣保焊+外埋弧焊”工藝
2.1.1 U 肋內(nèi)焊
焊接前根據(jù)U 肋尺寸調(diào)節(jié)內(nèi)焊設(shè)備焊槍角度，對其進(jìn)行焊接，確保焊縫根部熔透。 U 肋氣保焊內(nèi)焊設(shè)備見圖3，氣保焊內(nèi)焊細(xì)節(jié)見圖4。 采用實(shí)心焊絲富氬（80%Ar+20%CO2）氣保焊工藝，焊絲型號ER50-6，直徑1.2 mm，氣體流量20 L/min，干伸長25 mm，焊接電流320 A，電弧電壓31 V，焊接速度340 mm/min。
圖3 U 肋氣保焊內(nèi)焊設(shè)備
圖4 氣保焊內(nèi)焊細(xì)節(jié)
2.1.2 U 肋外焊
采用激光焊縫跟蹤系統(tǒng)，利用四頭埋弧焊接機(jī)器人進(jìn)行U 肋埋弧外焊的焊接，機(jī)器人在激光焊縫跟蹤系統(tǒng)導(dǎo)引下時(shí)刻對位焊縫，保證焊槍與焊縫重合，完成焊接系統(tǒng)進(jìn)行船形自動跟蹤焊接。 U 肋埋弧外焊機(jī)器人系統(tǒng)見圖5，機(jī)器人埋弧外焊過程見圖6。焊絲直徑3.2 mm，干伸長30 mm，焊接電流660～700 A，電弧電壓30～32 V，焊接速度400 mm/min。
圖5 U 肋埋弧外焊機(jī)器人系統(tǒng)
圖6 機(jī)器人埋弧外焊過程
常規(guī)的埋弧自動焊，大線能量焊接，自動化效率高，成型美觀，但并非高精度的焊接技術(shù)，對于薄板焊接也不適合， 但因U 肋全熔透焊接技術(shù)的需要，埋弧自動焊有了用武之地，傳統(tǒng)的機(jī)械跟蹤精度相對較低，為此埋弧焊接機(jī)器人引進(jìn)激光跟蹤系統(tǒng)，精確定位，跟蹤精度±0.2 mm。 U 肋全熔透技術(shù)是對U 肋內(nèi)部采用內(nèi)焊專機(jī)進(jìn)行角焊縫焊接，在外部不清根的情況下對坡口根部采用大熔深埋弧焊接，將鈍邊熔穿，達(dá)到熔透的目的，因此外側(cè)埋弧焊接對于全熔透技術(shù)在目前是必須的。 外側(cè)焊接，盡管電流越大，越能滿足熔透要求，但電流越大，設(shè)備性能越不穩(wěn)，同時(shí)也會出現(xiàn)焊穿的情況，因此焊接參數(shù)不能一味求大。 埋弧焊接，由于采用焊劑的原因，在焊接過程中是無法觀察電弧的，靠人工調(diào)節(jié)焊槍角度精度差，偏差較大時(shí)無法達(dá)到全熔透，因此采用激光跟蹤系統(tǒng)就很好地解決了這個(gè)問題。
在保證打底焊縫熔透的同時(shí)，既可以選擇埋弧設(shè)備蓋面， 也可以選擇CO2氣保焊機(jī)器人焊接蓋面，盡管蓋面要兩道，但解放了埋弧焊接機(jī)器人設(shè)備，外焊打底焊接完成的板單元流轉(zhuǎn)至其他工位蓋面，實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)，提升了焊接效率。 U 肋氣保外焊機(jī)器人系統(tǒng)見圖7，采用了焊縫電弧跟蹤技術(shù)。
圖7 U 肋氣保外焊機(jī)器人系統(tǒng)
2.1.3 無損檢測
完工的U 肋板單元采用超聲波探傷進(jìn)行檢測，檢測范圍為每條焊縫兩端各1 m，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，采用“內(nèi)氣保焊+外埋弧焊”工藝，焊縫熔透比例超過了95%，未焊透焊縫的熔深達(dá)到U 肋板厚的90%以上，焊縫質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。
2.2 基于“內(nèi)埋弧焊+外埋弧焊”工藝
2.2.1 U 肋內(nèi)焊
采用機(jī)加工開制焊接坡口，鈍邊1.5 mm，坡口張口15 mm，坡口角度約52°。 埋弧內(nèi)焊參數(shù)：電流380 A，電壓33.5 V，焊速300 mm/min，采用直槍頭焊接。 埋弧內(nèi)焊過程見圖8，埋弧內(nèi)焊外觀成形見圖9，從圖中可看出焊縫外觀成形良好。 內(nèi)焊縫在外坡口內(nèi)的焊縫成形（圖10），部分內(nèi)焊縫熔透鈍邊在外坡口內(nèi)成形，做到“透而不漏”。
圖8 埋弧內(nèi)焊過程
圖9 埋弧內(nèi)焊外觀成形
圖10 內(nèi)焊縫在外坡口內(nèi)成形
2.2.2 U 肋外焊
熱軋變截面U 肋外焊采用單絲埋弧焊打底，雙絲雙弧埋弧焊蓋面工藝。 在單絲埋弧龍門焊接機(jī)上打底焊接，焊絲直徑3.2 mm，胎架角度30°，焊接電流670 A，電弧電壓34 V，焊接速度400 mm/min，U 肋外焊埋弧打底焊過程見圖11。
圖11 U 肋外焊埋弧打底焊
完成打底焊后，在雙絲埋弧龍門機(jī)上進(jìn)行蓋面焊接，U 肋龍門多頭雙絲埋弧焊設(shè)備（圖12）采用壓力感應(yīng)焊縫跟蹤系統(tǒng)，有效地保證了焊接過程中焊絲的對準(zhǔn)精度。 前焊絲直徑3.2 mm，后焊絲直徑4.0 mm，胎架角度38°。 由于1.5 mm 鈍邊U 肋在完成打底焊后坡口深度4 mm 左右，坡口尺寸較大，采用雙絲埋弧焊進(jìn)行單道蓋面，焊縫外觀成形控制難度較大，易產(chǎn)生咬邊缺陷，因此對焊接參數(shù)進(jìn)行了反復(fù)調(diào)整和優(yōu)化，優(yōu)化后的焊接參數(shù)：前絲焊接電流720～750 A，電壓34～35 V，后絲焊接電流710～730 A，電壓36～38 V，焊速520～580 mm/min。 雙絲埋弧焊蓋面過程見圖13， 熱軋變截面U 肋焊縫外觀見圖14，從圖中可見焊縫外觀成形良好。 雙絲埋弧焊工藝的應(yīng)用，減少了熱軋變截面U 肋焊縫的焊接道次，有效地提高了焊接效率。
圖12 U 肋雙絲埋弧焊設(shè)備
圖13 U 肋雙絲埋弧蓋面焊
圖14 U 肋雙絲埋弧焊焊縫外觀成形
2.2.3 無損檢測
完工的U 肋板單元采用超聲波探傷進(jìn)行檢測，檢測范圍為每條焊縫兩端各1 m，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，采用“內(nèi)埋弧焊+外埋弧焊”工藝，焊縫熔透比例超過了97%，未焊透焊縫的熔深達(dá)到U 肋板厚的90%以上，焊縫質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。
3 結(jié)語
廈門翔安大橋橋面板結(jié)構(gòu)中采用熱軋變截面U 肋加勁，焊接質(zhì)量要求高，焊接難度高；采用U 肋多頭內(nèi)焊專機(jī)、U 肋氣保外焊機(jī)器人、U 肋埋弧外焊機(jī)器人、U 肋門式多頭埋弧焊接機(jī)等自動化焊接設(shè)備，有效地保證了焊接質(zhì)量，降低了操作人員焊接技能的要求，并且提升了焊接效率；采用焊縫激光跟蹤、焊縫電弧跟蹤、壓力感應(yīng)跟蹤等焊縫跟蹤技術(shù)，保證了焊絲的指向精度，對于焊接質(zhì)量的控制起到了至關(guān)重要的作用。 “內(nèi)氣保焊+外埋弧焊”與“內(nèi)埋弧焊+外埋弧焊”2 種工藝，均可滿足熱軋變截面U 肋熔透焊接要求。
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U 肋內(nèi)焊技術(shù)首次應(yīng)用于沌口長江公路大橋正交異性鋼橋面板制造中[1]，利用專用焊接設(shè)備進(jìn)入U(xiǎn) 肋內(nèi)側(cè)進(jìn)行內(nèi)側(cè)角焊縫的焊接，可同時(shí)焊接6根U 肋12 條焊縫，生產(chǎn)效率高。 U 肋內(nèi)焊技術(shù)將U 肋與橋面板之間的連接焊縫由傳統(tǒng)的單面焊改進(jìn)為雙面焊，解決了U 肋單面焊的焊根易產(chǎn)生疲勞開裂的問題，從而有效提高鋼橋面板的抗疲勞性能。U 肋與橋面板連接焊縫的焊接工藝從傳統(tǒng)常用的單面氣體保護(hù)焊，發(fā)展到雙面氣體保護(hù)焊，再發(fā)展目前推廣應(yīng)用的雙面埋弧焊，傳統(tǒng)的橋面板U 肋板厚為8 mm，采用雙面埋弧焊工藝可實(shí)現(xiàn)U 肋免開坡口熔透焊接。 張清華等[2]研究表明，焊腳尺寸是縱肋與頂板新型雙面焊構(gòu)造細(xì)節(jié)是疲勞抗力的一個(gè)關(guān)鍵影響因素，適當(dāng)增大焊腳尺寸可有效降低焊趾起裂疲勞失效模式的等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力幅值，進(jìn)而提升焊趾起裂疲勞失效模式的疲勞性能。熱軋變截面U 肋相比冷彎U 肋可減少加工階段產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，此外，U 肋壁厚尺寸在端部處變厚，等效于增大焊腳尺寸，有利于進(jìn)一步提高焊趾起裂疲勞失效模式的疲勞性能。
廈門翔安大橋鋼箱梁采用端部厚度為16 mm的熱軋變截面U 肋， 要求采用雙面焊且熔透焊接。鋼箱梁由振華重工和武船重工兩家企業(yè)承制，針對熱軋變截面U 肋焊接質(zhì)量要求，兩個(gè)鋼橋制造廠開展了相應(yīng)的焊接試驗(yàn)研究工作，采取了不同的焊接設(shè)備和焊接工藝，均滿足項(xiàng)目要求。
1 焊接方案
廈門第二東通道項(xiàng)目鋼箱梁橋面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1， 采用新型熱軋變截面U 肋加勁， 材質(zhì)Q420D，U 肋頂部厚度16 mm， 側(cè)壁厚度12 mm，在端部區(qū)域U 肋向內(nèi)側(cè)變厚至16 mm，要求U 肋與橋面板連接焊縫雙面熔透焊接（焊縫長度90%以上達(dá)到熔透，未熔透焊縫深度不低于U 肋板厚的90%）。熱軋變截面U 肋實(shí)物斷面見圖2。
圖1 翔安大橋橋面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2 熱軋變截面U 肋實(shí)物斷面
內(nèi)焊技術(shù)可有效提高U 肋焊縫的疲勞強(qiáng)度，同時(shí)采用U 肋內(nèi)焊技術(shù)也是保證U 肋熔透焊接的必要手段。氣體保護(hù)焊和埋弧自動焊是U 肋焊接的兩種常用工藝，從焊接工藝方案上分類，熱軋變截面U 肋雙面焊方案一共有4 個(gè)組合，分別為：（1）內(nèi)氣保焊+外氣保焊；（2）內(nèi)氣保焊+外埋弧焊；（3）內(nèi)埋弧焊+外氣保焊；（4）內(nèi)埋弧焊+外埋弧焊。現(xiàn)國內(nèi)的專業(yè)廠家已開發(fā)出相應(yīng)的自動化焊接設(shè)備，包括U肋內(nèi)焊專機(jī)（氣保焊或埋弧焊）、U 肋門式多頭焊接機(jī)（氣保焊或埋弧焊）、U 肋機(jī)器人焊接系統(tǒng)（氣保焊或埋弧焊）等。 由于內(nèi)焊縫主要在U 肋內(nèi)側(cè)起到封底作用，其焊縫熔深有限，因此增加外焊縫打底焊道的有效熔深是實(shí)現(xiàn)U 肋熔透焊接的重要途徑。而埋弧焊工藝的焊縫熔深大于氣保焊工藝， 因在焊接工藝選擇上，優(yōu)選2 種方案，一是“內(nèi)氣保焊+外埋弧焊”，二是“內(nèi)埋弧焊+外埋弧焊”。
為了進(jìn)一步提升焊接效率，武船重工開發(fā)了基于雙絲雙弧埋弧焊工藝的U 肋門式多頭焊接機(jī)。雙絲雙弧埋弧焊工藝的每根焊絲分別由一臺埋弧焊電源獨(dú)立供電，前絲用直流反接獲得較大熔深，后絲用交流供電，改善焊縫成形，該工藝具有熔深大、熔敷速度高、焊接速度快的特性。
熱軋變截面U 肋是一種新型的型材， 其熱軋、坡口加工工藝，在本項(xiàng)目中首次使用，因此在裝配前需對坡口角度、坡口鈍邊進(jìn)行檢查，確保來料U 肋符合項(xiàng)目要求， 對不符合處需進(jìn)行打磨處理。裝配前，對焊接區(qū)域頂板、U 肋進(jìn)行打磨處理，將焊縫兩側(cè)20～30 mm 范圍內(nèi)的鐵銹、油污、預(yù)涂底漆打磨干凈，露出金屬光澤，并對裝配間隙進(jìn)行檢查，嚴(yán)格控制裝配間隙≤0.5 mm.同時(shí)控制定位焊質(zhì)量，減少打磨量，保證定位焊尺寸在4～6 mm，確保外埋弧能將定位焊熔掉。
2 自動化焊接技術(shù)的應(yīng)用
2.1 基于“內(nèi)氣保焊+外埋弧焊”工藝
2.1.1 U 肋內(nèi)焊
焊接前根據(jù)U 肋尺寸調(diào)節(jié)內(nèi)焊設(shè)備焊槍角度，對其進(jìn)行焊接，確保焊縫根部熔透。 U 肋氣保焊內(nèi)焊設(shè)備見圖3，氣保焊內(nèi)焊細(xì)節(jié)見圖4。 采用實(shí)心焊絲富氬（80%Ar+20%CO2）氣保焊工藝，焊絲型號ER50-6，直徑1.2 mm，氣體流量20 L/min，干伸長25 mm，焊接電流320 A，電弧電壓31 V，焊接速度340 mm/min。
圖3 U 肋氣保焊內(nèi)焊設(shè)備
圖4 氣保焊內(nèi)焊細(xì)節(jié)
2.1.2 U 肋外焊
采用激光焊縫跟蹤系統(tǒng)，利用四頭埋弧焊接機(jī)器人進(jìn)行U 肋埋弧外焊的焊接，機(jī)器人在激光焊縫跟蹤系統(tǒng)導(dǎo)引下時(shí)刻對位焊縫，保證焊槍與焊縫重合，完成焊接系統(tǒng)進(jìn)行船形自動跟蹤焊接。 U 肋埋弧外焊機(jī)器人系統(tǒng)見圖5，機(jī)器人埋弧外焊過程見圖6。焊絲直徑3.2 mm，干伸長30 mm，焊接電流660～700 A，電弧電壓30～32 V，焊接速度400 mm/min。
圖5 U 肋埋弧外焊機(jī)器人系統(tǒng)
圖6 機(jī)器人埋弧外焊過程
常規(guī)的埋弧自動焊，大線能量焊接，自動化效率高，成型美觀，但并非高精度的焊接技術(shù)，對于薄板焊接也不適合， 但因U 肋全熔透焊接技術(shù)的需要，埋弧自動焊有了用武之地，傳統(tǒng)的機(jī)械跟蹤精度相對較低，為此埋弧焊接機(jī)器人引進(jìn)激光跟蹤系統(tǒng)，精確定位，跟蹤精度±0.2 mm。 U 肋全熔透技術(shù)是對U 肋內(nèi)部采用內(nèi)焊專機(jī)進(jìn)行角焊縫焊接，在外部不清根的情況下對坡口根部采用大熔深埋弧焊接，將鈍邊熔穿，達(dá)到熔透的目的，因此外側(cè)埋弧焊接對于全熔透技術(shù)在目前是必須的。 外側(cè)焊接，盡管電流越大，越能滿足熔透要求，但電流越大，設(shè)備性能越不穩(wěn)，同時(shí)也會出現(xiàn)焊穿的情況，因此焊接參數(shù)不能一味求大。 埋弧焊接，由于采用焊劑的原因，在焊接過程中是無法觀察電弧的，靠人工調(diào)節(jié)焊槍角度精度差，偏差較大時(shí)無法達(dá)到全熔透，因此采用激光跟蹤系統(tǒng)就很好地解決了這個(gè)問題。
在保證打底焊縫熔透的同時(shí)，既可以選擇埋弧設(shè)備蓋面， 也可以選擇CO2氣保焊機(jī)器人焊接蓋面，盡管蓋面要兩道，但解放了埋弧焊接機(jī)器人設(shè)備，外焊打底焊接完成的板單元流轉(zhuǎn)至其他工位蓋面，實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)，提升了焊接效率。 U 肋氣保外焊機(jī)器人系統(tǒng)見圖7，采用了焊縫電弧跟蹤技術(shù)。
圖7 U 肋氣保外焊機(jī)器人系統(tǒng)
2.1.3 無損檢測
完工的U 肋板單元采用超聲波探傷進(jìn)行檢測，檢測范圍為每條焊縫兩端各1 m，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，采用“內(nèi)氣保焊+外埋弧焊”工藝，焊縫熔透比例超過了95%，未焊透焊縫的熔深達(dá)到U 肋板厚的90%以上，焊縫質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。
2.2 基于“內(nèi)埋弧焊+外埋弧焊”工藝
2.2.1 U 肋內(nèi)焊
采用機(jī)加工開制焊接坡口，鈍邊1.5 mm，坡口張口15 mm，坡口角度約52°。 埋弧內(nèi)焊參數(shù)：電流380 A，電壓33.5 V，焊速300 mm/min，采用直槍頭焊接。 埋弧內(nèi)焊過程見圖8，埋弧內(nèi)焊外觀成形見圖9，從圖中可看出焊縫外觀成形良好。 內(nèi)焊縫在外坡口內(nèi)的焊縫成形（圖10），部分內(nèi)焊縫熔透鈍邊在外坡口內(nèi)成形，做到“透而不漏”。
圖8 埋弧內(nèi)焊過程
圖9 埋弧內(nèi)焊外觀成形
圖10 內(nèi)焊縫在外坡口內(nèi)成形
2.2.2 U 肋外焊
熱軋變截面U 肋外焊采用單絲埋弧焊打底，雙絲雙弧埋弧焊蓋面工藝。 在單絲埋弧龍門焊接機(jī)上打底焊接，焊絲直徑3.2 mm，胎架角度30°，焊接電流670 A，電弧電壓34 V，焊接速度400 mm/min，U 肋外焊埋弧打底焊過程見圖11。
圖11 U 肋外焊埋弧打底焊
完成打底焊后，在雙絲埋弧龍門機(jī)上進(jìn)行蓋面焊接，U 肋龍門多頭雙絲埋弧焊設(shè)備（圖12）采用壓力感應(yīng)焊縫跟蹤系統(tǒng)，有效地保證了焊接過程中焊絲的對準(zhǔn)精度。 前焊絲直徑3.2 mm，后焊絲直徑4.0 mm，胎架角度38°。 由于1.5 mm 鈍邊U 肋在完成打底焊后坡口深度4 mm 左右，坡口尺寸較大，采用雙絲埋弧焊進(jìn)行單道蓋面，焊縫外觀成形控制難度較大，易產(chǎn)生咬邊缺陷，因此對焊接參數(shù)進(jìn)行了反復(fù)調(diào)整和優(yōu)化，優(yōu)化后的焊接參數(shù)：前絲焊接電流720～750 A，電壓34～35 V，后絲焊接電流710～730 A，電壓36～38 V，焊速520～580 mm/min。 雙絲埋弧焊蓋面過程見圖13， 熱軋變截面U 肋焊縫外觀見圖14，從圖中可見焊縫外觀成形良好。 雙絲埋弧焊工藝的應(yīng)用，減少了熱軋變截面U 肋焊縫的焊接道次，有效地提高了焊接效率。
圖12 U 肋雙絲埋弧焊設(shè)備
圖13 U 肋雙絲埋弧蓋面焊
圖14 U 肋雙絲埋弧焊焊縫外觀成形
2.2.3 無損檢測
完工的U 肋板單元采用超聲波探傷進(jìn)行檢測，檢測范圍為每條焊縫兩端各1 m，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，采用“內(nèi)埋弧焊+外埋弧焊”工藝，焊縫熔透比例超過了97%，未焊透焊縫的熔深達(dá)到U 肋板厚的90%以上，焊縫質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。
3 結(jié)語
廈門翔安大橋橋面板結(jié)構(gòu)中采用熱軋變截面U 肋加勁，焊接質(zhì)量要求高，焊接難度高；采用U 肋多頭內(nèi)焊專機(jī)、U 肋氣保外焊機(jī)器人、U 肋埋弧外焊機(jī)器人、U 肋門式多頭埋弧焊接機(jī)等自動化焊接設(shè)備，有效地保證了焊接質(zhì)量，降低了操作人員焊接技能的要求，并且提升了焊接效率；采用焊縫激光跟蹤、焊縫電弧跟蹤、壓力感應(yīng)跟蹤等焊縫跟蹤技術(shù)，保證了焊絲的指向精度，對于焊接質(zhì)量的控制起到了至關(guān)重要的作用。 “內(nèi)氣保焊+外埋弧焊”與“內(nèi)埋弧焊+外埋弧焊”2 種工藝，均可滿足熱軋變截面U 肋熔透焊接要求。
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