橫隔板平面度的控制

張海燕(中鐵山橋集團(tuán)有限公司,河北秦皇島 066200)

橫隔板平面度的控制

張海燕(中鐵山橋集團(tuán)有限公司,河北秦皇島 066200)

橫隔板是使橋梁成為空間整體結(jié)構(gòu)的重要組成部分,在梁段組裝時(shí)起內(nèi)胎的作用,對(duì)其平面度的控制是橫隔板制造精度的關(guān)鍵。橫隔板在車間的制作過(guò)程中,對(duì)其平面度控制應(yīng)該從鋼板、下料、組焊、修整等幾個(gè)方面考慮。組焊時(shí)焊接機(jī)器人的使用對(duì)橫隔板平面度的控制尤為重要。

橫隔板平面度 鋼板 下料 焊接機(jī)器人

1 簡(jiǎn)述

在橋梁結(jié)構(gòu)中，橫隔板是為保持截面形狀、增強(qiáng)橫向剛度而在梁內(nèi)設(shè)置的構(gòu)件，它是使橋梁成為空間整體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在梁段組裝時(shí)起到內(nèi)胎的作用，其制造精度直接影響到梁段的幾何尺寸和相鄰梁段箱口間的匹配精度。因此，橫隔板制造是鋼箱梁制造的關(guān)鍵之一。橫隔板的平面度是在橫隔板的制造中始終要保證的一個(gè)量，可以說(shuō)確保橫隔板的平面度是橫隔板制造精度的關(guān)鍵。

應(yīng)怎樣保證橫隔板的平面度、精度呢？現(xiàn)以港珠澳大橋崖十三梁段橫隔板為例。分析一下橫隔板的平面度控制。

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，是連接香港特別行政區(qū)、廣東省珠海市、澳門特別行政區(qū)的大型跨海通道，是國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃中珠江三角洲地區(qū)環(huán)線的組成部分和跨越伶仃洋海域的關(guān)鍵性工程。港珠澳大橋工程包括三項(xiàng)內(nèi)容：一是海中橋隧工程；二是香港、珠海和澳門三地口岸；三是香港、珠海、澳門三地連接線。港珠澳大橋主體橋梁工程全長(zhǎng)約22.9km，其中CB01、CB02合同段起于島隧工程結(jié)合部非通航孔橋西端，起點(diǎn)樁號(hào)為K13+413，經(jīng)深水區(qū)非通航孔橋、跨越崖13－1氣田管線橋、青州航道橋、江海直達(dá)船航道橋，止于淺水區(qū)非通航孔橋，終點(diǎn)樁號(hào)為K29+237，全長(zhǎng)約15.824km。圖1跨越崖13－1氣田管線橋?yàn)檎兘孛驿撓溥B續(xù)梁，梁寬33.1m，中墩墩頂5m區(qū)段梁高6.5m，墩頂?shù)雀吡憾蝺蓚?cè)各37.5m區(qū)段梁高從6.5m線性變化至4.5m，其余區(qū)段梁高為4.5m。

圖1 跨越崖13－1氣田管線橋

圖2 橫隔板的組成

2 橫隔板的平面度控制

2.1 橫隔板的種類,組成

跨越崖13－1氣田管線橋橫隔板分為普通橫隔板、支座處橫隔板和端橫隔板。除端橫隔板外，其余橫隔板均分為上、下兩部分，上部接板、下部橫隔板。接板與頂板連接，橫隔板上設(shè)置水平加勁和豎向加勁，人孔和管線孔處設(shè)置人孔加勁和管線孔加勁，如圖2橫隔板的組成。

圖3 等高段橫隔板的劃分

圖4 數(shù)控切割機(jī)自動(dòng)劃線和噴寫標(biāo)識(shí)

2.2 橫隔板的平面度對(duì)板單元?jiǎng)澐值囊?/h3>

由于橫隔板的幾何尺寸比較大，在焊接及板單元的吊裝運(yùn)輸過(guò)程中長(zhǎng)桿件容易產(chǎn)生變形，影響橫隔板的平面度，因此在投入生產(chǎn)以前，需對(duì)橫隔板進(jìn)行板塊劃分，尤其是梁段變高部位的橫隔板，高度方向上也要進(jìn)行劃分。板單元的劃分除了要考慮橫隔板的平面度外還要綜合考慮鋼板的大小、橫隔板的工地組裝、焊接強(qiáng)度等情況。對(duì)于本橋的斷面尺寸比較大的變高梁段橫隔板采用的是車間下料，現(xiàn)場(chǎng)組裝的方案，而對(duì)于等高梁段的橫隔板只有長(zhǎng)度方向的劃分，車間采用先進(jìn)工藝和先進(jìn)機(jī)器，精準(zhǔn)組裝，批量生產(chǎn)，能夠很好的控制橫隔板的平面度，如圖3等高段橫隔板的劃分。

2.3 橫隔板的鋼板與號(hào)料

橫隔板的平面度在橫隔板的制造中是始終都保證的一個(gè)量，要保證橫隔板的平面度就要從鋼板說(shuō)起。橫隔板制造所用的鋼板材料應(yīng)為檢驗(yàn)合格的材料。鋼板的不平直、銹蝕、油污等都會(huì)影響橫隔板的號(hào)料或切割質(zhì)量，所以在號(hào)料前應(yīng)矯正和清理。鋼材的起吊、搬移、堆放過(guò)程中，應(yīng)注意保持其平直度。

橫隔板的作樣和號(hào)料應(yīng)嚴(yán)格按施工圖紙和制造工藝要求進(jìn)行。

2.4 橫隔板在切割下料中對(duì)平面度的控制

橫隔板本身形狀特殊，本橋鋼板下料采用效率高，切割面質(zhì)量好，能確保零件尺寸精度的空氣等離子切割設(shè)備，數(shù)控等離子切割，劃線的精度達(dá)到±0.5mm，切割精度達(dá)到±1mm，完全能夠滿足港珠澳大橋橫隔板切割精度及平面度的技術(shù)要求。同時(shí)該設(shè)備還帶有自動(dòng)劃線和噴號(hào)功能(如圖4)，可以在下料前將母材各類信息噴寫在各個(gè)零件上，實(shí)現(xiàn)零件材質(zhì)跟蹤，還可以同時(shí)劃出板肋組裝基線，取消了人工劃線工序，避免出現(xiàn)人為偏差，提高效率和精度。隔板板肋下料采用數(shù)控火焰切割，下料后，要進(jìn)行趕平和調(diào)直，保證板面平整和直線度(表1)。鋼板下料中的平直，是保證板單元平整的基礎(chǔ)。

2.5 橫隔板組焊時(shí)對(duì)平面度的控制

保證橫隔板的平面度，最關(guān)鍵的工序就是組焊。

2.5.1 組焊的技術(shù)難題

(1)板單元加工，薄板單面加勁板焊接，不均勻變形。

港珠澳大橋跨越崖13－1氣田管線橋鋼箱梁中，普通橫隔板等高段板厚為12mm、變高段板厚為16mm、主墩支座處橫隔板板厚為26mm、24mm，其中以12mm為主。橫隔板均采用單側(cè)加勁形式，這樣所有勁板焊接都在一側(cè)，使得鋼板單面受熱變形，板面不平影響長(zhǎng)寬尺寸及力的傳遞。

(2)橫隔板單元加勁肋目前主要采用氣體保護(hù)半自動(dòng)方法手工焊接，受人為因素的影響，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，焊接變形大。

2.5.2 處理措施

(1)使用CO2氣體半自動(dòng)焊時(shí)對(duì)橫隔板平面度的控制。傳統(tǒng)的使用CO2氣體半自動(dòng)焊機(jī)的橫隔板制作，先制造反變形胎架，橫隔板單元組焊在反變形胎架上實(shí)施，能大幅抵消橫隔板板肋單面焊接所造成的單面彎曲；注意定位點(diǎn)焊間距及大小，定位焊縫應(yīng)距設(shè)計(jì)焊縫端部30mm以上，定位焊縫長(zhǎng)度為50～100mm，定位焊縫間距一般為400～600mm。加勁肋角焊縫定位焊的焊角尺寸不大于3mm。定位點(diǎn)焊對(duì)分步焊接前后溫差影響所產(chǎn)生的變形有較好的控制作用；注意焊接順序，先對(duì)稱焊接橫隔板上豎向加勁肋、水平加勁肋與橫隔板間角焊縫，再焊接人孔、管線孔圍板角焊縫，最后焊接人孔、管線孔圍板對(duì)接焊縫，這樣可以減少橫隔板在焊接過(guò)程中的變形，確保橫隔板的平面度。

圖5 橫隔板單元自動(dòng)化焊接系統(tǒng)

表1 零件矯正允許偏差(mm)

表2 橫隔板單元矯正允許偏差(mm)

(2)焊接機(jī)器人焊接時(shí)對(duì)橫隔板平面度的控制。CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)方法手工焊接受人為因素的影響，焊接變形大，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，橫隔板的平面度不好控制。如果采用機(jī)器人自動(dòng)化、智能化焊接系統(tǒng)，將橫隔板的焊接順序和焊接規(guī)范參數(shù)等信息輸入程序，通過(guò)程序控制橫隔板上加勁肋的焊接，質(zhì)量穩(wěn)定，焊接變形小，焊接效率高。本橋在控制橫隔板的平面度、精度，最大的創(chuàng)新就是將焊接機(jī)器人應(yīng)用于橫隔板單元焊接(如圖5)，其焊接質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高。根據(jù)港珠澳大橋橫隔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，焊接機(jī)器人系統(tǒng)采用龍門式結(jié)構(gòu)，龍門架在縱向軌道上縱向行走，機(jī)器人在門架橫梁上橫向移動(dòng)，使系統(tǒng)具有足夠大的作業(yè)范圍，能夠滿足橫隔板單元的焊接。采用兩個(gè)機(jī)器手加托盤的構(gòu)造，托盤帶動(dòng)兩個(gè)機(jī)器手同時(shí)旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，使兩個(gè)機(jī)器手在焊接范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)所有方向的同時(shí)焊接和同一板肋兩側(cè)焊縫同時(shí)施焊。機(jī)器手之間具有通信功能，能夠根據(jù)其中一個(gè)機(jī)器手的施焊情況同步對(duì)另一機(jī)器手進(jìn)行修正調(diào)整。但是受結(jié)構(gòu)形式和施焊空間等條件的制約，某些部位的焊接仍需要采用手工半自動(dòng)焊工藝。為實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程的有效控制，確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，開發(fā)應(yīng)用了先進(jìn)的焊接數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的焊接質(zhì)量控制，主要靠質(zhì)檢人員現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查焊工對(duì)焊接工藝的執(zhí)行情況，可控性差。通過(guò)建立焊接數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可以將焊接參數(shù)輸入焊接設(shè)備，通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，對(duì)施焊過(guò)程中的焊接電流、電壓、施焊速度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)記錄，保證每條焊縫的焊接質(zhì)量具有可控性和可追溯性。提高了對(duì)橫隔板平面度控制的技術(shù)含量。

2.5.3 焊后修整

圖6 橫隔板的檢測(cè)驗(yàn)收

焊后修整是確保橫隔板平面度最后的工序。板單元在焊接后產(chǎn)生的焊接變形，是導(dǎo)致橫隔板不平的最主要的原因，通常采用火焰矯正的工藝方法對(duì)橫隔板進(jìn)行矯正。其工藝的特點(diǎn)是：在板單元的背面焊縫的位置加熱，通過(guò)鋼板應(yīng)力釋放，使得板單元達(dá)到“修平”的目的。采用反變形翻轉(zhuǎn)胎架預(yù)設(shè)反變形，使得板單元焊接后的變形得到控制，而使用焊接機(jī)器人船位焊接則使焊縫的外觀質(zhì)量得到了更大的提高，從而大大減少了火焰修整量。橫隔板單元焊后修整允許偏差見表2。

2.6 橫隔板的驗(yàn)收

利用良好的鋼板，采用精準(zhǔn)的下料，采用焊接機(jī)器人自動(dòng)焊接，橫隔板的平面度得到了很好的控制，經(jīng)檢測(cè)驗(yàn)收，橫隔板的平面度完全達(dá)到了技術(shù)要求的精度，如圖6。

[1]TB 10202-2009.鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].

[2]CJJ2-2008,城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[s].

[3]GB50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[p].

[4]陳祝年,焊接工程師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

[5] 魏云詳,胡廣瑞,徐向軍.港珠澳大橋自動(dòng)化課題研究中間成果報(bào)告10.10修訂,2013.

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