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哈爾濱松浦大橋關(guān)鍵焊接技術(shù)

2013-06-28 06:29:16中鐵山橋集團(tuán)有限公司河北秦皇島066205徐向軍
金屬加工(熱加工) 2013年18期
關(guān)鍵詞:箱型松浦縱梁

中鐵山橋集團(tuán)有限公司 (河北秦皇島 066205) 徐向軍

一、工程概述

哈爾濱跨松花江松浦大橋?yàn)槲覈?guó)東北高寒地區(qū)一座獨(dú)塔雙索面斜拉鋼橋(見(jiàn)圖1),鋼梁主跨268m,邊跨208m,全長(zhǎng)476m,橋面全寬39.3m,鋼梁總重約7000t。本橋鋼梁由主縱梁、橫梁、小縱梁及兩側(cè)挑梁組成,其中主縱梁為箱型斷面,外腹板上焊接錨箱。除輔助墩處橫梁采用箱型截面外,其余橫梁均為工型截面。小縱梁和挑梁采用焊接工字型截面。在主縱梁、橫梁、小縱梁頂板上焊接剪力釘。鋼梁間連接主要采用栓接形式,其中LZ0~LB0,LB14~LB19主縱梁間為全斷面焊接,部分橫梁(HL3、HL10)、挑梁與主縱梁間采用焊接連接。

本橋索塔內(nèi)設(shè)置36對(duì)鋼錨梁,鋼錨梁構(gòu)成如圖2所示。每對(duì)鋼錨梁長(zhǎng)4.5m,重6.98~8.86t,總重約270t。本橋主結(jié)構(gòu)采用Q345qE、Q370qE鋼板,板厚10~50mm。

圖1 哈爾濱松浦大橋

圖2 鋼錨梁構(gòu)成示意

二、焊接難點(diǎn)

松浦大橋鋼結(jié)構(gòu)制造過(guò)程中,存在以下焊接難點(diǎn):

(1)松浦大橋結(jié)構(gòu)新穎,主縱梁采用大截面箱型結(jié)構(gòu),外設(shè)斜拉索錨箱;在工廠內(nèi)全部由焊接制造,錨箱、鋼錨梁部位施焊空間狹小,且多為I級(jí)熔透焊縫,焊接難度大。

(2)主要材質(zhì)為Q345qE、Q370qE鋼板,要求焊接接頭-40℃低溫沖擊吸收能量≥34J,接頭韌性標(biāo)準(zhǔn)高。

(3)由于主橋鋼箱梁斷面尺寸大,主縱梁、錨箱、鋼錨梁等受力大的構(gòu)件鋼板厚度大(最大板厚50mm),所以焊接變形大。

(4)主縱梁、橫梁、索塔鋼錨箱工地栓接為主,安裝精度要求高,對(duì)箱型焊接變形的控制要求嚴(yán)格。LZ0~LB0,LB14~LB19主縱梁間為工地全斷面焊接,焊接技術(shù)難度大。

三、焊接質(zhì)量控制

1. 焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)和焊接工藝編制

針對(duì)本橋鋼板進(jìn)行了斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn),確定板厚>30~50mm的鋼板焊前預(yù)熱80℃,能夠防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生。典型的斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)斷面如圖3所示。

圖3 斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)斷面(板厚50mm)

針對(duì)本橋接頭性能要求高、局部施焊空間狹小的特點(diǎn),我們選擇了典型焊縫進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容包括:6組對(duì)接焊縫、2組熔透角焊縫、4組坡口角焊縫以及4組T形角焊縫。由于全位置焊接,所以大量采用了焊接效率高、焊接變形小的氣體保護(hù)焊工藝。根據(jù)施焊空間大小采用不對(duì)稱坡口形式,狹小空間側(cè)采用小坡口。選擇與Q345qE、Q370qE鋼板相匹配的高韌性、低氫型(擴(kuò)散氫含量要求5mL/100g以下)焊接材料,對(duì)接焊縫埋弧焊選擇f4mm的焊絲,控制焊接熱輸入,提高接頭韌性。焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果全部滿足技術(shù)要求,典型接頭的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)項(xiàng)目、接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示。

根據(jù)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)報(bào)告,編制了《松浦大橋主梁焊接工藝規(guī)程》、《松浦大橋橫梁焊接工藝規(guī)程》、《松浦大橋鋼錨梁焊接工藝規(guī)程》、《松浦大橋橋上焊接工藝規(guī)程》、《松浦大橋焊縫編號(hào)規(guī)定》和《松浦大橋焊縫探傷清冊(cè)》等焊接技術(shù)文件,對(duì)構(gòu)件的焊接方法、焊接位置、焊材選用、焊接順序、焊接參數(shù)以及焊縫探傷要求等進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定,用于指導(dǎo)焊接生產(chǎn)。

2. 主縱深精度和焊接變形控制

(1)主縱梁大斷面箱型梁制造精度和焊接變形控制 主縱梁箱型結(jié)構(gòu)由頂板、底板、腹板橫隔板單元組成,內(nèi)腹板單元的外側(cè)設(shè)置錨箱結(jié)構(gòu)。板單元制造精度是保證主縱梁箱型制造精度的基礎(chǔ),在板單元制造中精確下料、準(zhǔn)確組對(duì),采用合理的焊接方法和焊接順序,減小焊接變形。其中腹板單元上錨箱結(jié)構(gòu)的焊接是重點(diǎn)和難點(diǎn),從組裝精度、焊前預(yù)熱、焊工資質(zhì)、焊縫質(zhì)量、焊后修整等各工序加強(qiáng)管理,保證錨箱焊縫質(zhì)量,錨箱焊接如圖4所示。對(duì)主縱梁的焊接編制了專門(mén)的焊接工藝,專門(mén)進(jìn)行技術(shù)交底,對(duì)焊接順序進(jìn)行了規(guī)定,對(duì)錨箱、主角焊縫等厚板、焊接量大的焊縫確保焊接質(zhì)量,提高一次探傷合格率,采用對(duì)稱焊接的原則,焊接和修整工序穿插作業(yè),邊焊邊修,防止箱型梁焊接變形的積累和扭曲變形的產(chǎn)生,焊后將箱型梁段進(jìn)行修整,對(duì)外形尺寸進(jìn)行測(cè)量,確保主縱梁外形尺寸滿足技術(shù)要求,主縱梁整體組焊如圖5所示。

表1 典型接頭的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)項(xiàng)目

(續(xù))

表2 接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

圖4 錨箱焊接

(2)橋位主縱梁全斷面對(duì)接制造精度和焊接變形控制 為了確保橋位主縱梁安裝精度,出廠前對(duì)主縱梁進(jìn)行了整體試拼裝,對(duì)主梁高度、長(zhǎng)度、拱度、旁彎、腹板中心距、栓孔通過(guò)率、主梁中心距等項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)真檢測(cè),保證了橋位梁段間栓接、全斷面對(duì)接精度,確保鋼梁架設(shè)線形的正確。廠內(nèi)主縱梁試拼裝如圖6所示。

圖5 主縱梁整體組焊

圖6 廠內(nèi)主縱梁試拼裝

橋位梁段吊裝就位并調(diào)整好線形后,進(jìn)行主梁間全斷面對(duì)接焊縫的焊接,采用低溫韌性好的藥芯焊絲氣體保護(hù)焊,背面襯陶質(zhì)襯墊單面焊雙面成形的焊接工藝,每個(gè)箱梁對(duì)接口選派四名技術(shù)水平高的焊工對(duì)稱施焊,以減小焊接變形。高空焊接作業(yè),要搭設(shè)防風(fēng)棚,并對(duì)焊前清理、預(yù)熱、焊道間清理、焊后保溫等細(xì)節(jié)進(jìn)行了嚴(yán)格要求,確保一次探傷合格率。橋位主梁全斷面焊接如圖7所示。

圖7 橋位主梁全斷面焊接

3. 索塔鋼錨梁制造精度控制

松浦大橋鋼錨梁在我公司內(nèi)制造,由于鋼板厚度大,且多為熔透角焊縫,故焊接變形和焊后殘余應(yīng)力是不可忽視的。合理的組裝和焊接順序能夠最大程度地減小焊接變形和焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生,為此制定了詳細(xì)的焊接工藝規(guī)程。除了采用變形較小的氣體保護(hù)焊方法對(duì)稱施焊外,還要邊焊接邊修整,焊接與修整兩個(gè)工序穿插作業(yè),即每焊接3~4道焊縫以后進(jìn)行一次火焰修整,以減小焊接變形和焊后殘余應(yīng)力。

4. 加強(qiáng)焊縫質(zhì)量檢測(cè)

(1)焊接前和焊接過(guò)程中的質(zhì)量控制 在制造過(guò)程中認(rèn)真執(zhí)行自檢、互檢、專檢相結(jié)合的三檢制度,每個(gè)工序結(jié)束后經(jīng)專檢人員檢查并在移交表上簽字,確認(rèn)后方可進(jìn)入下個(gè)工序,對(duì)零部件從下料到成品的各工序質(zhì)量進(jìn)行控制,使產(chǎn)品質(zhì)量在制造過(guò)程中嚴(yán)格處于受控狀態(tài)。焊接過(guò)程中,要求焊接操作者嚴(yán)格執(zhí)行工藝。焊前認(rèn)真清理焊縫,由于鋼板厚度較大,所以對(duì)有預(yù)熱要求的接頭,焊前認(rèn)真預(yù)熱。由于坡口深度大,焊接道數(shù)多,所以焊接過(guò)程中需仔細(xì)清理、檢查前一道的焊接質(zhì)量,控制道間溫度,并對(duì)主要焊縫的施焊過(guò)程進(jìn)行記錄。

(2)焊后焊縫外觀檢查和探傷檢測(cè) 焊接后認(rèn)真清理、修磨焊縫,對(duì)焊縫外觀全部進(jìn)行檢查,合格后進(jìn)行超聲波、射線或磁粉探傷檢測(cè),保證內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。焊縫探傷合格率統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 焊縫探傷合格率統(tǒng)計(jì)

(3)產(chǎn)品檢驗(yàn)試板 為了檢驗(yàn)產(chǎn)品焊縫的質(zhì)量狀況,按照《哈爾濱松浦大橋制造驗(yàn)收規(guī)則》(BZ/HEBQ—GZ )的要求對(duì)主梁、橫梁的頂板、底板、腹板對(duì)接焊縫,以及橋上梁段間頂板、底板、腹板對(duì)接焊縫按照一定比例焊接產(chǎn)品檢驗(yàn)試板,對(duì)試板進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)和接頭力學(xué)性能測(cè)試。全部77組焊接產(chǎn)品檢驗(yàn)試板的試驗(yàn)結(jié)果為:① 廠內(nèi)鋼板對(duì)接焊縫58組產(chǎn)品檢驗(yàn)試板,合格率100%。② 橋上梁段間對(duì)接19組對(duì)接焊縫產(chǎn)品檢驗(yàn)試板,合格率100%。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)科學(xué)組織、嚴(yán)格管理、精心施工,我公司已于2010年10月13日勝利完成了哈爾濱松浦大橋的制造任務(wù),焊接質(zhì)量受到用戶好評(píng)。2011年該橋獲得中國(guó)建設(shè)工程質(zhì)量魯班獎(jiǎng),2012年被評(píng)為全國(guó)優(yōu)秀焊接工程一等獎(jiǎng)。

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