钢箱梁焊接变形控制论文

沈阳南站市政交通工程（一期工程）匝道桥钢箱梁

焊接变形及焊缝质量控制措施

惠新亚

（中国十七冶集团有限公司安徽马鞍山）

摘要：沈阳南站市政交通工程（一期工程）匝道桥钢箱梁为全焊接连续钢箱梁结构，横截面呈鱼腹式断面、不等截面，桥面线型由直线和曲线（圆曲线+缓和曲线）组合而成，结构复杂、安装量大、熔透焊缝多、制作安装难度大等特点。采取纵向与横向分段相结合的形式，顶底板上对接熔透的一级焊缝较多，均采用陶质衬垫富氩C0：气体保护焊进行焊接和打底焊接；同时，采取合理的焊接工艺与焊接顺序，确保钢箱梁整体安装尺寸的精度；通过对焊缝进行射线、超声波及磁粉等检测，焊缝质量符合设计与规范要求。

关键字：钢箱梁高架桥；焊接；质量控制

引言：在桥梁工程领域，为满足使用功能和承载功能的要求，钢箱梁应用比较广泛，箱型梁具有强度大、刚性好的显著优点，但因其属于封闭式杆件，且内外连接板件较多，制作技术比较复杂，成型后的构件变形难以矫正。因此，抓好板件制作、组装、焊接和整体预拼装等各环节的工艺品质，特别是控制组装焊接变形量，是确保产品质量的关键。

1 工程概况

沈阳南站市政交通工程（一期工程）位于沈阳市浑南新城东部小羊安村地界内，现场地形较为平坦。该工程建成后主要包括公交枢纽（规划地铁轨道交通4号线与10号线换乘站）、地下出站主通道、出租车蓄车场、社会车辆停车场、商业服务及相配套的其他附属功能。

本工程包括4条匝道桥，其中北侧有两个匝道DZ1、DZ2，南侧有两个匝道DZ3、DZ4；总长度为1032.597m ，总高架平台接线匝道面积：19827m2，其中钢梁面积：9523m2，总重量约5000吨。

2 钢箱梁的结构特点

2.1全焊接鱼腹式钢箱梁连续结构，截面呈鱼腹式、不等截面，桥面线型由直线和曲线（圆曲线+缓和曲线）组合而成，全桥呈三维空间曲面；由顶板单元（顶板+U 肋）、隔板单元、腹板单元、板条肋、加劲肋、底板等组成。

2.2结构用钢 Q345qE 、铸钢，主要板厚有20mm 、16mm 、14mm 、12mm 等规格；

2.3由于钢箱梁结构复杂、安装量大、熔透焊缝多、制作安装难度大等特点。采取纵向与横向分段相结合的形式，节段单板厚度与刚度较小、焊缝密集，有大量的全熔透对接接头、熔透或坡口角接接头、T 型角接接头等多种接头形式以及不同的焊接部位，且焊缝要求级别高，必须采取有效措施确保焊接质量。

DZ-4匝道桥

DZ-1匝道桥

DZ-2匝道桥

3 焊前准备

3.1材料复检

钢箱梁构件采用低合金高强度钢Q345q-E钢。材料进场后按照GB/T 714-2000《桥梁用结构钢》及TB10212-2009《铁路钢桥制造规范》标准要求对材料进行复检，检验项目包括化学成分分析、拉伸、弯曲、冲击、时效冲击等，复验合格后方能使用。

钢箱梁焊接采用CO2气体保护焊、埋弧焊两种焊接方法，其中气保焊丝采用实芯焊丝：HTW-60F，药芯焊丝：HTW-711Ni；埋弧焊丝H10Mn2G，焊剂采用SJ101Q。焊材出厂应提供合格的质量证明书或检验报告，使用前应按照有关规范进行化学成分、力学性能的复检。

3.2焊接工艺评定

面、底板的对接焊缝是安装中焊缝的重要检验对象，为便于焊接及保证焊缝质量，采用陶质衬垫CO2气体保护焊方法，面板焊接还配以埋弧自动焊进行填充及盖面。根据陶质衬垫焊的特点及对焊缝间隙的要求，对接焊缝间隙以8～10 mm为标准间隙，安装过程中时常有个别部位的间隙超过标准间隙。因此，在对标准间隙进行工艺评定的基础上，还做了11～15 mm，16～20 mm．21～25 mm 等多种间隙的陶质衬垫。CO2气体保护焊平焊位及立焊位的工艺评定，试验结果均满足TB 10212 - 2009与设计要求。根据焊接工艺评定报告编制“焊接工艺卡”，下发到焊接班组，并进行工艺交底与指导。采取CO2气体保护焊焊接Q345q-E钢材，取得较好的焊接效果。

3.3焊工培训

焊工是决定焊缝质量的重要因素，因此，安装焊工除了必须具备焊工职业资格证书外，到现场焊接前，还必须在焊接培训中心进行不少于10 d的技能培训，重点培训陶质衬垫CO2气体保护焊平焊和立焊，培训合格后才能进行安装焊缝的焊接。

3.4焊接工艺文件

针对焊接工艺进行的工艺评定合格后，编制“钢箱梁焊接作业专项方案”，并组织专家及施工各相关方进行专项评审，评审各方一致认为工艺评定结果及专项方案满足钢箱梁焊接工艺要求。

4安装焊接

4.1坡口形式

钢箱梁分段安装、调整后，即进行焊接工作。安装对接焊缝主要是箱粱分段之间面、底板的纵向、横向对接焊缝及斜腹板间对接立焊缝。面、底板对接焊缝坡口的布置以平焊位焊接，陶质衬垫贴在焊缝下部；斜腹板间对接立焊缝的陶质衬垫贴在外面，以减少仰焊位置的焊接。坡口形式如图所示。

焊接坡口接头形式

4.2焊接顺序

①焊接原则：先中后边、先垂后平、先纵后横、先拉后压、对称同时的焊接原则；

②钢箱梁主体内部构件焊接主要包括横隔板、纵向腹板、加强劲板的焊接，要求焊工进行对称焊，原则上先垂缝，后平缝；先焊纵向结构，后焊横向结构；

③腹板与顶、底板要求密贴，组装焊接间隙不大于5mm；

④装配时应在单坡口的反面进行腹板与顶、底板的定位焊，在箱梁两端要加强定位焊；

⑤钢箱梁主体的四条纵向角焊缝焊接时，先进行两条主角焊缝的手工打底焊，然后翻身，按同样要求进行两条主角焊缝打底焊接；

⑥在进行四条（纵向）主角焊缝的焊接前，完成箱内各构件的全部角焊缝的焊接，焊缝两端应安装起弧板和收弧板，使用两台焊机同时焊满两条主角焊缝，然后翻身焊满另外两条角焊缝，要求焊缝表面呈凹形，缓和过渡到母材，避免咬边。

4.3焊接工艺要点与工艺措施

1)坡口间隙与角度不宜过大，应按照标准宽度进行调整，否则一方面会增加填充量，另一方面也会造成热输入增加，使焊接残余应力增大，引起焊接变形。

2)打底焊接时电流不能过大，防止烧穿衬垫。

3)尽可能减少热量的输入，并以小线能量进行焊接，也不要集中在一个部位焊接，尽可能均等分散。

4）从结构的中心向外进行焊接。当板厚不同时，应从厚板向薄板焊接。

5)气体保护焊风速超过2 m/s时，应采取防风措施，如挡风板及防风雨棚进行局部防风，防止焊缝产生气孔。

4.4产品焊接试板

对于横向受拉的对接焊缝，根据对接接头长度焊制安装产品试板，产品试板经探伤后进行接头拉伸、侧弯和焊缝金属低温冲击试验，试验结果均符合焊接工艺评定的规定。