鋼箱梁制造工藝及焊接質(zhì)量控制研究

張佳弟

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

鋼箱梁具備組裝方便、工作效率高、安全穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，但同時(shí)對(duì)制造工藝和焊接施工存在較高要求。為保證鋼箱梁較好地服務(wù)于現(xiàn)代橋梁建設(shè)，不僅需要關(guān)注質(zhì)量控制要點(diǎn)，同時(shí)，還需要積極應(yīng)用各類新型技術(shù)進(jìn)行鋼箱梁制造和焊接，這類內(nèi)容正是本文研究的重點(diǎn)所在。

1 鋼箱梁制造工藝應(yīng)用要點(diǎn)

本文研究對(duì)象選擇重力式錨懸索鋼橋，該工程以扁平鋼箱梁作為主橋鋼箱梁，具體為正交異性橋面板流線型，中間梁段、標(biāo)準(zhǔn)梁段、邊梁段的長(zhǎng)度分別為13m、12m、8.65m。設(shè)置實(shí)體式橫隔板4道于標(biāo)準(zhǔn)梁段鋼箱梁內(nèi)，以3m為橫隔板間距，頂板U肋栓接外。該工程鋼箱梁采用全焊結(jié)構(gòu)。

1.1 制造節(jié)段劃分要點(diǎn)

受自身體積因素影響，存在較高運(yùn)輸難度的鋼箱梁需要進(jìn)行分解，以此滿足運(yùn)輸需要，分解需要圍繞鋼箱梁的具體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開展針對(duì)性分析，同時(shí)，還需要考慮運(yùn)輸情況帶來(lái)的影響，科學(xué)完成橫向、縱向分段，需盡量采用大塊件分段，現(xiàn)場(chǎng)焊縫數(shù)量可有效減少，多數(shù)情況下采用焊接作為連接方式，如本文研究的工程主要依托吊裝能力、運(yùn)輸條件、不同長(zhǎng)度的加勁梁特點(diǎn)開展制造節(jié)段劃分，最終劃分梁端數(shù)量為57個(gè)，采用栓、焊結(jié)合形式開展梁段連接。

1.2 板單元制造要點(diǎn)

為完成高質(zhì)量的板單元制造，具體實(shí)踐嚴(yán)格參照了具體設(shè)計(jì)，以板單元圖、桿件圖等施工工藝圖為依據(jù)，同時(shí)圍繞制造工藝開展深入研究，最終得以明確各個(gè)制造工序的控制點(diǎn)、難點(diǎn)、重點(diǎn)，并結(jié)合工廠工藝和技術(shù)要求細(xì)化，圍繞工藝文件和施工工藝圖開展工藝性審查，并在存在問(wèn)題時(shí)及時(shí)溝通設(shè)計(jì)人員，在確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行生產(chǎn)，具體需關(guān)注五方面要點(diǎn)：（1）鋼板平板處理。為實(shí)現(xiàn)軋制內(nèi)應(yīng)力的消除，鋼板平板處理需圍繞進(jìn)廠后的厚板進(jìn)行，趕平的同時(shí)可將軋制內(nèi)應(yīng)力在一定程度上消除；（2）放樣、作樣及號(hào)料。基于較高的工藝要求，需關(guān)注預(yù)留余量的留存，如發(fā)現(xiàn)鋼料存在油污污物、平直等問(wèn)題，需開展針對(duì)性的清洗和校正。號(hào)料尺寸往往存在一定偏差，需將偏差控制在±1mm內(nèi)。號(hào)料過(guò)程需要關(guān)注板件對(duì)接的盡量減少，鋼材主應(yīng)力方向與軋制方向的一致性也要得到重視，鋼板起吊、堆放、搬移過(guò)程需嚴(yán)格控制平整度；（3）下料切割。下料、放樣的焊接收縮補(bǔ)償量、加工余量預(yù)留需遵循工藝圖紙要求，精密切割需依托數(shù)控機(jī)床完成；（4）劃邊緣加工線、折彎線。通過(guò)研究工藝圖，即可將板件系統(tǒng)線等劃出，需嚴(yán)格控制誤差，劃線前的打磨除銹處理、專人劃線安排以及嚴(yán)格復(fù)核也不容忽視；（5）邊緣加工。在零件劃線后，需做好直線度、垂直度的偏差檢測(cè)，必要時(shí)需要重新劃線。開坡口需嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求，此外，還要關(guān)注零件刨（銑）加工要求、坡口精密切割（機(jī)加工）與偏差控制。

1.3 單元件預(yù)制要點(diǎn)

以頂板單元件制造為例，具體需要關(guān)注以下幾方面要點(diǎn)：（1）基于剛性組拼平臺(tái)組拼單元件。在組拼前需要?jiǎng)澇鼋M裝定位線，基準(zhǔn)為板基準(zhǔn)邊及系統(tǒng)線；（2）清除待焊區(qū)域有害物。需將待焊區(qū)域的油污、水分、氧化鐵皮、鐵銹、車間底漆等徹底清除，以此保證表面顯露金屬光澤，隨后方可進(jìn)行加勁肋組裝和焊接；（3）嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求。U肋的組焊需關(guān)注焊接可能引發(fā)的角變形，為有效實(shí)現(xiàn)焊接變形量減少，應(yīng)預(yù)置合適的反變形量，減少后續(xù)工作量；（4）U肋與頂、底板焊接熔透深度的控制。結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，焊接需圍繞板單元反變形焊接胎開展，焊縫的熔透深度可由此得到較好保障，同時(shí)又保證了板單元焊后的平面度；（5）焊后調(diào)校?？刹捎脽岢C的方法矯正焊接后加勁肋的角變形，以此在0.5mm內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)角變形的控制，主板與肋板垂直度偏差需要在端部2m范圍內(nèi)小于1mm；（6）焊縫打磨。完成焊接后的焊縫打磨不容忽視，焊縫端部和端隔板處屬于打磨重點(diǎn)，針對(duì)性的焊縫檢查也極為關(guān)鍵；（7）檢驗(yàn)與調(diào)校。板單元組焊完畢后，需開展嚴(yán)格檢驗(yàn)，通過(guò)檢驗(yàn)方可進(jìn)行組拼，如發(fā)現(xiàn)單元機(jī)存在超過(guò)允許偏差，針對(duì)性的調(diào)校必須得到重視。

1.4 工廠組拼及預(yù)拼裝要點(diǎn)

模擬設(shè)置大拼胎架需結(jié)合實(shí)際的橋梁截面變化、縱橫坡變化、弧線形狀、外形特點(diǎn)以及鋼箱梁加工工藝流程、分塊原則，大拼時(shí)需要科學(xué)設(shè)置用于臨時(shí)定位的連接匹配件，以此準(zhǔn)確開展二次拼裝定位，現(xiàn)場(chǎng)分塊節(jié)段施工可順利開展，具體的節(jié)段組裝需要設(shè)法實(shí)現(xiàn)立體階梯式推進(jìn)，組裝和焊接必須做到逐段開展，優(yōu)先級(jí)為底板、橫隔板、錨箱、頂板。下面以典型節(jié)段為例進(jìn)行節(jié)段組裝要點(diǎn)說(shuō)明具體拼裝要點(diǎn)：（1）拼裝節(jié)段底板單元。案例選擇2+1模式的總拼胎架，基于縱向線型設(shè)置，焊接收縮變形量于橫向預(yù)留，同時(shí)進(jìn)行橫向拱度設(shè)置，焊接收縮下?lián)峡捎行У窒?；?）組焊底板單元。為求得反變形量和對(duì)接收縮量，保證組拼質(zhì)量，案例采用了雙拼反變形公式開展針對(duì)性計(jì)算，在具體對(duì)接底板的過(guò)程中，重點(diǎn)標(biāo)記安裝縱隔的位置，采用劃線標(biāo)記方式。拼裝胎架上需要對(duì)底板進(jìn)行鋪設(shè)，隨后方可進(jìn)行其他部位鋪設(shè)，板間需要同時(shí)預(yù)留對(duì)接縫用于襯墊。隔板等安裝位置線也需要標(biāo)記出，對(duì)稱施焊在完成檢查后進(jìn)行，全部底板依次組裝；（3）隔板單元組裝。在完成中間的橫隔板組裝后，方可進(jìn)一步開展兩邊的具體組裝，具體定位采用組裝定位線，橫隔板安裝可由此順利開展。使用水平儀檢查和控制橫隔板的水平基準(zhǔn)線，使之處于水平狀態(tài)。進(jìn)一步施工需嚴(yán)格遵循工藝對(duì)順序的要求，依次完成焊接處理；（4）頂板單元組裝。頂板標(biāo)高的控制在組裝過(guò)程中極為關(guān)鍵，這一控制需以控制點(diǎn)的標(biāo)高入手，以此實(shí)現(xiàn)箱體各類線型的有效控制；（5）錨箱單元和臨時(shí)吊耳安裝。需做好測(cè)量、焊接、微調(diào)，對(duì)接焊縫收縮量的預(yù)留需同時(shí)得到重視；（6）運(yùn)梁臺(tái)車馱運(yùn)。運(yùn)梁臺(tái)車負(fù)責(zé)運(yùn)輸完成拼裝的梁段，后續(xù)梁端拼裝可由此逐步開展；（7）標(biāo)識(shí)與記錄。完成上述各步驟后，還要嚴(yán)格開展記錄工作，相應(yīng)標(biāo)識(shí)也需要科學(xué)設(shè)置，拆分前要以運(yùn)輸設(shè)計(jì)為依據(jù)，隨后開展后續(xù)環(huán)節(jié)的運(yùn)輸。

2 鋼箱梁焊接質(zhì)量控制路徑

2.1 基本路徑

鋼箱梁的焊接要求高、線形控制精度高、架設(shè)安裝難度大，這對(duì)焊接質(zhì)量控制提出了較高挑戰(zhàn)，仍以上文提及的案例工程為例，該工程的鋼箱梁焊接質(zhì)量控制主要以變形控制作為切入點(diǎn)，基于高水平的焊接過(guò)程精度控制，不可控誤差得以排除，構(gòu)件質(zhì)量也得到了保障。板單元組裝和焊接采用自動(dòng)化設(shè)備，焊接變形可有效控制。鋼箱梁?jiǎn)卧木珳?zhǔn)度同時(shí)得到了有效控制，以此規(guī)避相關(guān)誤差，同時(shí)采用數(shù)控機(jī)具對(duì)橫隔板等單元件開展精密切割。在鋼箱梁現(xiàn)場(chǎng)裝焊質(zhì)量控制中，主要采用以下幾方面質(zhì)量控制措施：（1）合理設(shè)置裝配間隙，需重點(diǎn)關(guān)注收縮余量，避免出現(xiàn)不匹配的焊接數(shù)據(jù)；（2）強(qiáng)化橋軸線變化監(jiān)測(cè)。施工過(guò)程中需重點(diǎn)監(jiān)測(cè)橋軸線變化，并保證焊接順利的合理安排，防雨、防風(fēng)措施的科學(xué)設(shè)置也極為關(guān)鍵。

2.2 基于新型技術(shù)的質(zhì)量控制路徑

為更好地控制鋼箱梁焊接質(zhì)量，新型技術(shù)的應(yīng)用同樣需要得到重視，如采用人工智能技術(shù)，基于鋼箱梁焊接的智能編程、焊縫跟蹤、遠(yuǎn)程焊接需要得到重視，同時(shí)還要關(guān)注物料跟蹤技術(shù)。以焊接管理跟蹤系統(tǒng)為例，該技術(shù)近年來(lái)在鋼箱梁焊接中的應(yīng)用日趨廣泛，包含鋼箱梁制造過(guò)程中的各類質(zhì)量管理功能模塊，如焊接工藝、檢驗(yàn)員資質(zhì)、焊工資質(zhì)、焊縫清冊(cè)等。能夠通過(guò)對(duì)焊接參數(shù)、焊接工藝、焊接路徑等的動(dòng)態(tài)調(diào)整保證焊接質(zhì)量，該系統(tǒng)由于具備較高實(shí)用價(jià)值，因此，相關(guān)理論研究和實(shí)踐探索近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注；另外，BIM平臺(tái)在鋼箱梁焊接質(zhì)量控制中的應(yīng)用也不容忽視，如通過(guò)二維碼和物料跟蹤技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，作為構(gòu)件信息載體的二維碼標(biāo)牌可提供實(shí)時(shí)構(gòu)件信息，二維碼掃描器的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速讀取，相關(guān)人員可由此快速獲得構(gòu)件當(dāng)前坡口開設(shè)、裝配、焊接、檢驗(yàn)等狀態(tài)信息，從而有效管控工程質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋼箱梁制造與焊接需要重點(diǎn)關(guān)注各方面因素帶來(lái)的影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的制造節(jié)段劃分要點(diǎn)、板單元制造要點(diǎn)、單元件預(yù)制要點(diǎn)、工廠組拼及預(yù)拼裝要點(diǎn)、基于新型技術(shù)的質(zhì)量控制路徑等內(nèi)容具備較高借鑒價(jià)值。為了更好地滿足現(xiàn)代橋梁建設(shè)需要，鋼箱梁制造與焊接還需要關(guān)注低溫等特殊條件的應(yīng)對(duì)、新型工藝的優(yōu)選和應(yīng)用。