板單元U形肋角焊縫全熔透焊接技術(shù)研究

劉志新，常國光，劉斌，喬春江

中鐵山橋集團(tuán)有限公司 河北秦皇島 066299

正交異性橋面板由面板、縱肋和橫肋組成，三者互為垂直焊接而成，其結(jié)構(gòu)板件眾多，受力復(fù)雜，長期承受反復(fù)的交通荷載作用?？v肋分為開口肋和閉口肋，其中閉口肋形狀主要為U形肋。目前采用的正交異性鋼橋面板，由于U形肋內(nèi)部空間狹小，難以實現(xiàn)內(nèi)部焊接，U形肋與頂板之間的角焊縫通常采用單面坡口焊接。然而，橋梁在使用過程中，由于受到車輛行走產(chǎn)生的交變荷載，常常在U形肋的內(nèi)根部產(chǎn)生疲勞裂紋，導(dǎo)致U形肋的焊縫位置成為鋼橋梁安全隱患的高發(fā)區(qū)，直接影響橋梁結(jié)構(gòu)安全和行車安全[1]。

針對U形肋角焊縫易出現(xiàn)疲勞裂紋這一問題，提出了一種U形肋角焊縫的雙面熔透焊焊接工藝，并進(jìn)行了相關(guān)性能試驗。

1 試驗設(shè)備

本試驗所用主要焊接設(shè)備包括U形肋內(nèi)焊專機(jī)、深熔脈沖焊機(jī)、龍門焊接機(jī)器人三種，設(shè)備詳細(xì)介紹見表1。

2 試驗方法

試驗用鋼板牌號Q345qD，U形肋板厚為8mm，面板板厚為16mm，坡口形式如圖1所示。U形肋內(nèi)焊設(shè)備采用唐山開元制造的U形肋內(nèi)焊專機(jī)，焊接方法為實芯富氬氣體保護(hù)焊，焊接位置為平角位。U形肋坡口側(cè)（即外側(cè)）打底焊采用YD-500GS脈沖深熔焊機(jī)作為電源、機(jī)械焊接小車（見圖2）作為行走機(jī)構(gòu)，焊接方法為實芯富氬氣高速脈沖焊，焊接位置為船位，打底焊前不清根。U形肋外側(cè)坡口采用龍門焊接機(jī)器人進(jìn)行蓋面焊接，焊接方法為藥芯CO2氣體保護(hù)焊，焊接位置為船位。試驗用實芯焊絲為ER50-6，藥芯焊絲為E500T-1，實芯富氬氣保護(hù)焊及實芯富氬氣高速脈沖焊保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2，藥芯CO2氣體保護(hù)焊保護(hù)氣體為CO2（≥99.5%）。

圖1 U形肋坡口細(xì)節(jié)

表1 主要焊接設(shè)備介紹

圖2 HCD500-6機(jī)械焊接小車

3 試驗過程

3.1 組裝

組裝前將U形肋坡口兩側(cè)30mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污等清除干凈，并打磨至露出金屬光澤，采用U形肋組裝機(jī)器人在U形肋坡口側(cè)進(jìn)行定位焊，定位焊長度為50～100mm，間距400～600mm，組裝間隙在0～0.5mm內(nèi)。

3.2 焊接

（1）U形肋內(nèi)角焊縫的焊接 采用U形肋內(nèi)焊專機(jī)進(jìn)行U形肋角焊縫的內(nèi)部焊接（見圖3），焊接參數(shù)見表2。為防止焊漏，調(diào)整焊絲邊緣與角焊縫根部的距離為1mm。

圖3 U形肋內(nèi)角焊

表2 U形肋內(nèi)角焊縫焊接參數(shù)

（2）U形肋坡口側(cè)打底焊 焊前將定位焊打磨清除，焊接參數(shù)見表3。

表3 U形肋坡口側(cè)打底焊焊接參數(shù)

（3）U肋坡口側(cè)蓋面焊 采用焊接機(jī)器人進(jìn)行U形肋坡口側(cè)蓋面焊，焊接參數(shù)見表4。

4 試驗結(jié)果

4.1 焊縫外觀

U形肋角焊縫外觀如圖4所示，從圖4中可以看出，U形肋內(nèi)角焊縫及外側(cè)角焊縫成形良好，焊縫表面無飛濺、氣孔、咬邊等缺陷。

圖4 U形肋角焊縫焊縫外觀

4.2 焊縫無損檢測試驗

焊后24h進(jìn)行相控陣超聲波檢測，檢測結(jié)果為合格。

4.3 U形肋角焊縫宏觀斷面

U形肋角焊縫宏觀斷面如圖5所示，從圖5中可以看出，U形肋角焊縫已實現(xiàn)熔透焊接，焊縫根部熔合良好。

表4 U形肋坡口側(cè)蓋面焊焊接參數(shù)

圖5 U形肋熔透角焊縫宏觀斷面

5 結(jié)束語

通過采用板單元U形肋內(nèi)焊+外焊的方式，實現(xiàn)了U形肋角焊縫的不清根熔透焊接，U形肋內(nèi)角焊縫與U形肋外角焊縫熔合較好，焊縫外觀質(zhì)量良好、探傷結(jié)果合格。本工藝全部采用機(jī)械化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，可用于車間大生產(chǎn)。