超寬橋面大跨度轉(zhuǎn)體斜拉橋鋼箱梁數(shù)控套料焊接施工技術(shù)

朱立新

（中鐵九局集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110013）

1 工程概況

昆山路高架橋工程跨線主橋?yàn)殇撓淞恨D(zhuǎn)體斜拉橋，跨徑布置為155m+120m，分為44 個(gè)梁段，共13 種類型。主梁中心梁高2.5m，頂板寬31m，1.5%的雙向橫坡，底板寬22.02m，橫向?yàn)槠狡?。鋼箱梁共?264t。本工程通過對(duì)數(shù)控套料、數(shù)控火焰切割、埋弧自動(dòng)焊、藥芯焊絲CO2氣保焊、剛性支架系統(tǒng)焊接質(zhì)量控制等方面嚴(yán)格把控，順利完成了鋼箱梁的焊接、安裝工作，解決了超寬橋面、大跨度、鋼箱梁高精度焊接制作的難題。

2 超寬橋面鋼箱梁焊接技術(shù)特點(diǎn)

2.1 數(shù)控套料特點(diǎn)

將FastCAM 與CAD 結(jié)合，對(duì)比零構(gòu)件尺寸進(jìn)行繪圖和套料，自動(dòng)生成智能數(shù)控切割機(jī)代碼，以圖形的方式演示切割機(jī)的切割過程。

2.2 數(shù)控火焰切割技術(shù)特點(diǎn)

使用增益天然氣作為火焰切割燃?xì)馓娲鷤鹘y(tǒng)乙炔、丙烷、液化氣，不僅節(jié)約了成本，而且解決了傳統(tǒng)燃料遇冷汽化影響生產(chǎn)進(jìn)度的難題。

2.3 埋弧自動(dòng)焊接技術(shù)特點(diǎn)

平接焊縫采用雙絲埋弧自動(dòng)焊接，可實(shí)現(xiàn)小于20mm 厚度鋼板免開坡口焊接，減少了開坡口及清根程序，提高了工作效率。

2.4 藥芯焊絲CO2 氣體保護(hù)焊技術(shù)特點(diǎn)

廠內(nèi)及現(xiàn)場的鋼梁焊接采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊。不僅能提高焊縫性能，而且焊縫效率高、焊接變形小、焊縫成形美觀。

2.5 剛性胎架結(jié)合鋼管支架系統(tǒng)控制焊接質(zhì)量

在廠內(nèi)制作統(tǒng)一可調(diào)整線型的具有一定剛度的胎架，現(xiàn)場搭設(shè)具有足夠穩(wěn)定性的臨時(shí)支架，并且在連接節(jié)段處設(shè)置馬板，焊接完成后再拆除，來確保鋼梁焊接的收縮量及幾何尺寸。

3 施工工藝流程及關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

3.1 鋼箱梁焊接施工工藝流程

利用數(shù)控套料、數(shù)控火焰切割的方式生產(chǎn)鋼箱梁零構(gòu)件；采用埋弧自動(dòng)焊與藥芯焊絲CO2氣保焊的焊接工藝完成鋼箱梁的廠內(nèi)焊接及現(xiàn)場拼接；通過廠內(nèi)剛性胎架與現(xiàn)場穩(wěn)定的臨時(shí)支架系統(tǒng)控制鋼箱梁的制作及拼接質(zhì)量。鋼箱梁焊接施工工藝流程見圖1。

圖1 鋼箱梁焊接施工工藝流程

3.2 鋼箱梁焊接施工操作要點(diǎn)

3.2.1 數(shù)控套料

由于CAD 繪制的零件圖難免會(huì)有多余的點(diǎn)，重疊的線，以及連續(xù)小折線組成的曲線，如果直接拿這種DWG 文件進(jìn)行套料編程切割，就會(huì)造成切割機(jī)跑空車、重復(fù)切割、頻繁加減速等現(xiàn)象，不僅影響切割效率和切割質(zhì)量，還會(huì)對(duì)切割機(jī)造成傷害。所以套料前一定要使用FastCAM 軟件的CAD 優(yōu)化功能，對(duì)DWG 文件進(jìn)行優(yōu)化處理。最后通過FastPLOT 程序?qū)μ琢辖Y(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，校驗(yàn)過程中可以通過切割軌跡和分布模式檢驗(yàn)套料結(jié)果是否符合原有設(shè)想，發(fā)現(xiàn)不足之處及時(shí)調(diào)整。

3.2.2 構(gòu)件切割下料

切割供氧采用液氧，雖然一次性投入大，但是切割速度快，切割斷面光滑整齊，切割縫窄，節(jié)省了大量后續(xù)處理的時(shí)間和人工成本，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高。

3.2.3 試件焊接、確認(rèn)焊接參數(shù)

全橋采用Q345qe 鋼材，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及工程的實(shí)際制造情況，雙絲埋弧自動(dòng)焊應(yīng)用于頂板、底板、腹板的對(duì)接焊縫；CO2氣體保護(hù)焊應(yīng)用于箱室內(nèi)的焊接及現(xiàn)場安裝焊接。埋弧自動(dòng)焊選擇CHW-STH550-Ⅲ型焊絲（φ4mm），焊材滿足《埋弧焊用高強(qiáng)鋼實(shí)心焊絲、藥芯焊絲和焊絲-焊劑組合分類要求（GB/T 36034—2018）》；CO2氣體保護(hù)焊選擇GFR-81W2（φ1.2mm）藥芯焊絲，TH550-NQ-Ⅲ型（φ1.2mm）實(shí)心焊絲，保護(hù)氣體CO2濃度不低于99.5%，焊材滿足《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲（GB/T 818.2008）》。箱梁各梁段主要構(gòu)件鋼板厚度參數(shù)見表1。

表1 箱梁各梁段主要構(gòu)件鋼板厚度參數(shù)

3.2.4 焊接試件接頭方式及焊接方法

試件1：t=40、32（t×150×400，各2 件）。

焊接位置：平焊對(duì)接。

焊接方法：實(shí)心焊絲CO2氣保焊打底，雙絲埋弧自動(dòng)焊填充、蓋面。

試件2：t=20、16、12（t×150×400，各2 件）。

焊接位置：平焊對(duì)接。

焊接方法：實(shí)心焊絲CO2氣保焊打底，雙絲埋弧自動(dòng)焊填充、蓋面。

試件3：t=26+20（26×150×400，20×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：藥芯焊絲CO2氣保焊。

試件4：t=26+32（26×150×400，32×150×400，各1 件）。

焊接位置：仰焊角接。

焊接方法：藥芯焊絲CO2氣保焊。

試件5：t=16+12（16×150×400，12×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：藥芯焊絲CO2氣保焊。

試件6：t=8+20（8×150×400，20×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：藥芯焊絲CO2氣保焊。

試件7：t=8+20（8×150×400，20×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：藥芯焊絲CO2氣保焊。

3.2.5 鋼箱梁廠內(nèi)埋弧自動(dòng)焊焊接制作

鋼箱梁平焊對(duì)接采用埋弧自動(dòng)焊，本工法通過對(duì)焊接參數(shù)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)了小于20mm 厚度鋼板免開坡口焊接，采用對(duì)接平焊方式即可滿足焊接要求。焊接電流分別通過兩根獨(dú)立的焊絲，當(dāng)焊絲間距小于50mm 時(shí)，兩根焊絲共同形成一個(gè)共熔池，較長的熔池長度使冶金反應(yīng)更為充分。不僅能提高焊接速度、改善焊縫質(zhì)量，也可以滿足不同板厚的對(duì)接和交接及堆焊的應(yīng)用要求。

3.2.6 藥芯焊絲CO2 氣體保護(hù)焊

在廠內(nèi)部分鋼梁構(gòu)件連接及現(xiàn)場鋼梁焊接施工過程中，采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊。

生產(chǎn)效率方面：與實(shí)心焊絲相比，由于藥芯焊絲焊接飛濺少、焊縫成形好，減少了清除飛濺與修磨焊縫表面的時(shí)間，因此生產(chǎn)效率高。

鋼材的適應(yīng)性方面：與實(shí)心焊絲相比，由于藥芯焊絲一般是通過藥芯過渡合金元素，可以像手工焊條那樣方便地從配方中調(diào)整合金成分，以適應(yīng)被焊鋼材的要求。

使用成本方面：與手工焊條及實(shí)心焊絲相比，雖然藥芯焊絲本身的價(jià)格高，但對(duì)于大型工程來講，使用藥芯焊絲后，生產(chǎn)周期縮短且焊縫質(zhì)量容易保證，所以帶來的綜合效益很高。

3.2.7 鋼梁吊裝

鋼箱梁采用工廠集中制作成型，運(yùn)至施工現(xiàn)場后，整跨式一次吊裝到位。

（1）起吊點(diǎn)設(shè)立：為保證鋼箱梁不變形，吊梁點(diǎn)設(shè)置在梁端部橫隔板的加強(qiáng)處，并配備扁擔(dān)梁使其在吊裝過程中始終受豎向力。

（2）掛鉤：當(dāng)鋼梁運(yùn)到起吊位置時(shí)，起重工開始分別拴繩扣，吊車收繩使鋼絲繩稍微吃上力，保持吊鉤始終與鋼梁中心垂直。

（3）試吊：使鋼梁稍微離開加工平臺(tái)一段距離，并保持一段時(shí)間，觀察吊車支腿有無變化，若無變化則可以勻速起吊，當(dāng)起升高度超過臨時(shí)支架0.5m 時(shí)，方可開始回旋就位。

（4）當(dāng)確定支架頂上沒有異物，同時(shí)在指揮人員下達(dá)命令后方可落鉤，梁段緩慢勻速落下，支穩(wěn)找正，并按要求完成所有的限位結(jié)構(gòu)后才可完全摘鉤。

4 結(jié)語

昆山西路與304 國道連通—高架橋工程跨線主橋?yàn)殇撓淞盒崩瓨?，跨徑布置?55m+120m，鋼箱梁分為44 個(gè)梁段，共13種類型。主梁采用正交異性橋面板鋼箱梁，中心梁高2.5m，頂板寬31m，1.5%雙向橫坡，底板寬22.02m，橫向?yàn)槠狡?。鋼箱梁總?264t。鋼箱梁采用廠內(nèi)分節(jié)段制作，現(xiàn)場吊裝焊接的方式架設(shè)。開工、竣工時(shí)間2018年11月10日—2019年7月1日，鋼梁外觀及探傷檢測均達(dá)到規(guī)范要求。