中寧黃河特大橋鋼桁梁中厚板焊接工藝

向　俊

【摘要】 對國產(chǎn)橋梁用鋼Q370qE進行了焊接工藝研究，通過對16～36mm中厚板的各種焊接接頭型式的焊接工藝試驗，總結(jié)出了Q370qE中厚板焊接工藝參數(shù)，可供類似工程參考。

【關(guān)鍵詞】 Q370qE；鋼焊接；焊接工藝評定；力學(xué)性能；焊接參數(shù)

一、鋼橋焊接結(jié)構(gòu)概況

1.工程概況

中寧黃河特大橋是太（太原）、中（中寧）、銀（銀川）鐵路控制性工程，位于寧夏回族自治區(qū)中寧縣境內(nèi)，是國內(nèi)目前最長的黃河特大橋，屬國家重點工程。中寧黃河特大橋全橋長4459米，118個敦臺，其中全橋有6跨L=96m雙線簡支鋼桁梁。鋼桁梁采用無豎桿三角桁架，桁高12.3m，節(jié)間長度12m，主桁中心距11.2m。

2.焊接結(jié)構(gòu)形式

中寧黃河特大橋栓焊結(jié)構(gòu)主要由主桁、橫梁、縱梁、上平聯(lián)、橫聯(lián)五個部分組成。主桁、橫梁、縱梁設(shè)計材質(zhì)Q370qE，焊接接頭-40℃沖擊值不得低于《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼（GB/T714-2000）》鋼材標(biāo)準(zhǔn)。

主桁箱型桿件蓋板與豎板的棱角接頭為開坡口部分熔透焊縫，熔透深度在13～28mm之間，且附加焊角高度不小于5mm。

橫梁箱型桿件的蓋板與豎板棱角接頭為開坡口部分熔透焊縫，熔透深度12mm。橫梁與縱梁聯(lián)接的連接板為部分熔透角焊縫，橫梁上蓋板與縱梁端部上蓋板對接全熔透工地焊接?？v梁兩端上蓋板與橫梁上蓋板對接全熔透工地焊接。

3.設(shè)計選用鋼材標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計采用Q370qE鋼材，技術(shù)條件滿足《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》GB/T714-2000要求。

Q370qE鋼板，設(shè)計文件要求，鋼板應(yīng)正火狀態(tài)交貨，鋼板沖擊韌性：板厚＞24mm時，-40℃時Akv應(yīng)大于120J；厚度小于或等于24mm時，-40℃時Akv應(yīng)大于100J。性能優(yōu)越的耐寒材料保證了低溫條件下大橋的質(zhì)量。

4.焊縫力學(xué)性能要求和焊接工藝評定試驗規(guī)定

(1)焊縫強度：對接焊縫、角接焊縫屈服強度、抗拉強度不低于基材標(biāo)準(zhǔn)（GB/T714-2000）。

(2)焊接接頭韌性：對接焊縫及受拉的開坡口的角接焊縫，-40℃時的卻貝沖擊功不小于41J；角接及棱角接焊縫，-30℃時的卻貝沖擊功不小于34J。

(3)焊接接頭冷彎：對接焊縫180°冷彎不裂。

(4)焊縫伸長率：δ=6～16mm時δ5≥21%，δ＞16mm時δ5≥20%。

二、焊接方法及焊接材料的力學(xué)性能

1.焊接方法

本橋采用埋弧自動焊、藥皮焊條手工電弧焊和富氬混合氣體保護焊完成此結(jié)構(gòu)的焊接工作。

2.焊接材料的化學(xué)成份和力學(xué)性能

焊接材料的化學(xué)成份和力學(xué)性能，見表1、表2。注：①表中數(shù)據(jù)化學(xué)成份為最大值，力學(xué)性能為最小值。②表中數(shù)據(jù)供貨單位提供。

3.焊材力學(xué)性能與母材力學(xué)性能的比較

選用的焊接材料力學(xué)性能均匹配設(shè)計母材，焊接材料力學(xué)性能滿足要求。

三、試板接頭形式及焊接條件

1.試板接頭形式及施焊工藝參數(shù)

根據(jù)設(shè)計文件和《鐵路鋼橋制造規(guī)范》（TB10212-98）的規(guī)定，結(jié)合本橋結(jié)構(gòu)的焊接接頭形式及擬采取的焊接方法。焊接工藝評定，選出7組試板，分別對對接接頭、T形接頭、箱形棱角接頭三種形式進行評定試驗。焊接試驗接頭型式、方法、材料和擬定的焊接參數(shù)表3。

2.試板的焊接條件

試件采用火焰切割下料，坡口采用火焰切割，用砂輪打磨光順。坡口角度誤差±5°。試件焊接選擇操作技能較好的焊工進行，施焊地點在室內(nèi)。

焊接均采用直流電源，工件接電源負(fù)極。焊前對工件進行了預(yù)熱，預(yù)熱溫度80-100℃。焊接為多道焊，層間溫度未超過150℃。焊接背面的清理采用碳弧氣刨清根，砂輪打磨的方法。焊接電流、電壓及速度，按初步作業(yè)指導(dǎo)書進行。

焊條和焊劑在使用前進行烘干，烘干溫度300～350℃，并保溫2小時后取用。

3.試板的焊縫檢查

(1)外觀質(zhì)量

試件焊縫外觀成型良好，未見裂紋、夾渣，未熔合、未填滿弧坑和焊瘤等缺陷。

(2)內(nèi)部探傷

試件焊接完成24小時后，均進行超聲波探傷。對接接頭質(zhì)量水平達到《鐵路鋼橋制造規(guī)范》規(guī)定的Ⅰ級要求；3＃、4＃、6＃角接頭達到Ⅱ級要求。

4.焊接試驗結(jié)果匯總及數(shù)據(jù)分析

焊接接頭力學(xué)性能試驗委托中國船舶工業(yè)武漢材料與結(jié)構(gòu)試驗檢測中心進行性能試驗。試驗結(jié)果匯總及分析見表4。

5.試驗結(jié)論

本橋焊接工藝試驗通過了專家評審組的評審，評審認(rèn)為：焊接工藝評定試驗，選擇Q370qE鋼7組有代表性的焊接接頭，采用擬定的初步焊接工藝進行施焊。經(jīng)檢驗，試件焊縫金屬拉伸、接頭拉伸、接頭沖擊和彎曲試驗結(jié)果均符合設(shè)計文件和《橋規(guī)》中關(guān)于試驗驗收要求，各項力學(xué)性能試驗結(jié)果均大于基材標(biāo)準(zhǔn)。各試件的宏觀酸蝕試驗，均未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合、夾渣、未填滿弧坑和焊瘤等缺陷。硬度試驗結(jié)果，最高硬度為HV222，未超過HV350的規(guī)定。

擬定的焊接工藝基本合理，各項試驗結(jié)果均滿足設(shè)計和《橋規(guī)》要求，擬定的焊接工藝可以作為正式工藝應(yīng)用于實際產(chǎn)品焊接。

參考文獻：

[1]陳祝年．焊接工程師手冊．北京：機械工業(yè)出版社，2002

[2]馬立鵬，徐向軍.武漢天興洲公鐵兩用長江大橋焊接工藝評定實驗．鋼結(jié)構(gòu)雜志論文集，2008

[3]哈爾濱焊接研究所．14MnNbq鋼焊接材料、焊接工藝試驗研究[R].哈爾濱：哈爾濱焊接研究所，1998