钢箱梁制造关键技术研究1

钢箱梁制造关键技术研究1.前言2.钢箱梁焊接质量及焊接变形控制技术3.横隔板单元件制作与整体组拼控制技术4.钢箱梁制造其它关键技术5.结论汇报提纲1.前言随着中国交通事业的发展，桥梁设计等级逐步提高，桥梁的跨径也大幅增大。钢结构具有强度高、塑性和韧性好、重量轻、材质均匀、施工周期短等优点，在桥梁中被广泛使用。而扁平钢箱梁因其具有工厂化制造、较强经济性、抗风能力强*等特点被大跨径悬索桥作为加劲梁的首选形式，因此其关键制造技术值得总结和探讨。以黄埔大桥悬索桥为例对钢箱梁制造关键技术进行初步研究。目前国内悬索桥钢箱梁构件均采用低合金高强度结构钢Q345C，钢箱梁为全焊结构，结构复杂，熔透焊缝较多，从而导致焊接难度和焊后变形及焊接残余应力较大，使箱体制造难度加大。同时，钢箱梁隔板采取了整体式隔板也给制造也带来了一定的难度。实践表明：钢箱梁制造关键技术主要在于焊接质量、焊接变形及钢箱梁总拼控制。黄埔大桥悬索桥钢箱梁断面图2.钢箱梁焊接质量及焊接变形控制技术•2.1主要接头类型•2.2主要焊缝焊接质量和变形控制技术2.1主要接头类型悬索桥钢箱梁主要焊接接头形式有对接接头和角接接头两种，即:U形肋与顶、底板的坡口角接，横隔板的立位对接,横隔板与顶板接板的横位对接，顶、底板的对接焊缝，斜顶板与人行道面板、斜顶板与顶板自然坡口熔透角焊缝等。2.2主要焊缝焊接质量和变形控制技术2.2.1U形肋与顶板坡口角接焊缝的焊接和变形控制2.2.2顶、底板的对接焊接与收缩变形控制2.2.3横隔板对接焊缝的焊接与变形控制2.2.4顶板接板与横隔板横位对接控制2.2.5锚箱的焊接与变形控制2.2.1U形肋与顶板坡口角接焊缝的焊接和变形控制设计要求：悬索桥钢箱梁U形肋板厚8mm，要求焊缝有效厚度≥0.8倍的U形加劲肋的板厚，且不允许烧穿，并对焊缝进行磁粉探伤检测。U肋与面板角焊缝焊接设计图控制要点一：为保证焊缝的熔透率和减小焊接变形，通过焊接工艺评定试验，确定最优坡口形式、焊接参数，采用线能量较小药芯焊丝（φ1.6）CO2气体保护自动焊进行焊接。接头坡口形式、焊接方法、代表接头及工艺参数表试验项目坡口尺寸代表接头焊接材料熔敷简图焊接参数焊道电流(A)电压(V)焊速(m/h)道间温度气流量δ8+δ16横位坡口角接顶板板块U肋焊接E71T-1φ1.61380321820控制要点二：为控制板单元件在焊接过程中的横向收缩变形和保证U肋对焊接位置的要求，通过试验设计焊接反变形胎架，然后根据单元件变形趋势，总结变形规律，确定反变形量，使板单元在预拱状态下船位焊接，同时对顶、底板的自由边进行刚性固定，减小波浪变形。U肋与面板船位焊接面板单元预拱状态下焊接控制要点三：板单元加工完成后，采用冷矫正或火焰矫正的方法，矫正单元件翘曲变形，重点矫正边缘的波浪变形，从而满足对接时平面度的要求。顶板单元件的纵向收缩变形采用3000KN液压矫正机进行冷压矫正。板单元件在液压矫正机上矫正控制要点四：整个板块采用同方向施焊，并采用合适的焊枪角度及焊丝送进位置。合理的焊接顺序可以减少不必要的焊接变形，能保证焊接质量和几何精度。合适的焊枪角度和焊丝位置可以保证坡口根部熔合良好及焊缝表面成型质量。U肋与面板焊接顺序U肋与面板角焊缝焊丝位置检测结果表明：采用上述工艺施焊的焊缝，焊缝有效厚度达到0.8-0.85倍U肋板厚，力学性能、抗弯性能、硬度等指标满足设计要求，接头断面无裂纹、气孔等缺陷。δ8+δ16横位坡口角接接头宏观金相照片U肋与面板角焊缝的磁粉探伤2.2.2顶、底板的对接焊接与收缩变形控制根据钢箱梁结构特点，结合国内钢材的供货现状及火车运输界限，将每一节标准梁段分为47个块件，其中包括顶板板块14块，底板板块11块，斜顶板板块4块，斜底板板块4块，横隔板为12块，人行道单元2块。钢箱梁板单元划分图序号名称全桥数量（块）最大单重（t）1顶板单元12186.62斜顶板单元1745.53底板单元9574.44斜底板单元3483.65直腹板单元43.46横隔板单元10478.37人行道1743.88锚箱合件1702.5全桥单元数量一览表顶、底板的对接采用实心焊丝CO2气体保护焊打底，埋弧自动焊填充盖面的单面焊双面成型技术。组装马板CO2打底焊埋弧自动焊盖面•控制要点一：为保证焊缝质量，通过焊接工艺评定试验，确定最优坡口形式、焊接参数和焊接材料。接头名称坡口尺寸代表接头焊接材料熔敷简图焊接参数焊道电流(A)电压(V)焊速(m/h)道间温度（℃）气流量(l/min)δ12+δ12平位对接底板、斜底板板块（单元）对接ER50-6(φ1.2)116025＜20020225030H10Mn2(φ4)SJ1013～46402921.5δ16+δ16平位对接顶板、底板板块(单元)对接ER50-6(φ1.2)118026＜20020221028H10Mn2φ5SJ101其余6502821.5接头坡口形式、焊接方法、代表接头及工艺参数表•控制要点二：通过对对接焊接收缩量进行测量跟踪、准确预留焊接收缩量，制作焊前板单元定位样板、焊后检查样板，充分保证焊缝两侧相邻U形肋的中心距，且预置反变形，以保证焊后板块的尺寸精度和平面度。两拼检查样板面板双拼胎架•控制要点三：对单元件因运输或吊装等原因产生的变形进行矫正，后在单元合件拼焊胎架上，以纵横基准线为准，将两单元就位，确认对线无误、焊接间隙合理后，用卡兰将周边卡固。板单元件划线板单元对接前预拱示意图•控制要点四：由于拼接时，坡口间隙不匀易引起焊缝根部熔合不良，因此针对过大或过小的焊接间隙采用向前推或拉的运条方式及按线配切坡口来解决问题。按线切割板单元件对接坡口CO2气体保护焊打底•控制要点五：为避免由于打底焊道较薄，焊缝受热后易下坠而导致反面余高过高等外观不良等问题，要求焊接完第一道埋弧自动焊后再去除衬垫，让受热下坠的焊缝金属有所依托，同时，为减小焊接变形，马板应在打底焊道焊接完成后等温度降低后再拆除。粘贴陶瓷衬垫焊接引弧试板•检测结果表明：采用上述工艺施焊的焊缝，焊缝力学性能、抗弯性能、硬度等指标满足设计要求，焊缝外观质量良好，对接质量合格。序号项目允许偏差(mm)检查方法和频率数据分析合格率（%）最大值最小值平均值1长度±1.5卷尺检查+1.5-1.5+0.091002宽度±1卷尺检查+1-1-0.461003板边直线度≤2拉线、钢板尺200.761004板边平面度1/1000钢板尺、平尺100.51005U肋中心距端部±1卷尺检查+1-1+0.211006横向平面度≤2钢板尺、平尺200.921007纵向平面度≤4/4m范围钢板尺、平尺3.501.71008对角线≤3卷尺检查301.31009四角不平度≤5专用平台301.510010焊缝外观质量焊角尺寸合格；无气孔、咬边；焊波合格。11焊缝探伤检查合格对拼动画2.2.3横隔板对接焊缝的焊接与变形控制•目前国内钢箱梁横隔板形式主要有搭接、整体对接和整体横隔板三种，由于考虑到搭接会导致偏心，整体横隔板会造成仰焊，影响桥面板的耐久性，对整体受力性能不利，因此，大跨径悬索桥钢箱梁横隔板基本上采用上下两块或三块板组成的对接式横隔板，上下或上中下板块熔透对接，上板与顶板单元一起组装，板块间采用熔透对接方式相连。•控制要点：由于悬索桥横隔板有几种规格，对于较薄横隔板的立位焊接，采用单面焊接双面成型，是一种可以保证焊接质量的方案，但当板厚较大时，改双面坡口可以减小焊接填充量，降低劳动强度，并减小了焊接收缩和焊接变形量。钢箱梁不同类型横隔板箱梁顶板平面图•控制要点：整体对接式横隔板在长度方向采用立位对接，宽度方向采用仰横位对接。立位和仰横位对接横隔板板厚为12mm的，采用单面焊双面成型，背面贴圆弧槽陶质衬垫。对于特殊梁段部分板厚为16mm的，考虑到单面焊接填充量大，焊接变形严重，所以立位对接采用双面V形坡口进行焊接。横位对接16mm厚板采用不对称K型坡口，先焊接大坡口侧，再反面清根焊接小坡口侧，保证熔透。焊缝接头坡口形式、焊接方法、代表接头及工艺参数表接头名称坡口尺寸代表接头焊接材料熔敷简图焊接参数焊道电流(A)电压(V)道间温度（℃）备注δ16+δ16立位对接横隔板立位对接ER50-6φ1.21-412520＜200气流量(l/min)20δ16+δ16横位对接HG2横位对接E71T-1φ1.21-622026＜200气流量(l/min)20，焊第4道前炭弧气刨清根δ12+δ12横位对接横隔板横位对接ER50-6φ1.2112020＜200气流量(l/min)202-614022δ12+δ12立位对接横隔板立位对接ER50-6φ1.211502025气流量(l/min)2021301960314019100•横隔板组装：横隔板是箱梁组装的内胎，它的精度直接影响着箱梁的断面尺寸精度。其由钢板、水平加劲板、竖向加劲板、人孔及管线孔加强圈组成。横隔板组装需保证平面度，板肋组焊采用线能量小的C02气体保护焊，焊后火焰调平。横隔板板肋组装横隔板调平