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南京大胜关长江大桥钢梁工厂焊接工艺

摘要：通过对南京大胜关长江大桥整体节点钢梁结构的分析，及前期的焊接工艺评定试验，选择合适的焊接方法、焊接材料和工艺参数进行制造焊接。并采取各种工艺措施以减小焊接变形和应力，确保焊接接头的质量能满足设计的要求。

关键词：钢梁焊接工艺焊接变形

一、前言

南京大胜关长江大桥主桥钢梁由两联连续钢桁梁和一联连续钢桁拱组成，连续钢桁梁跨度布置为2×84m，分为A、B两联。由北向南在0#～2#墩之间为A 联，2#～4#墩之间为B联，4#～10#墩间为108+192+2×336+192+108m的连续钢桁拱。桥梁采用三片主桁架结构，承载4线铁路与两线城市轻轨。边桁与中桁中心距为15.0m，双线沪汉蓉铁路、双线京沪高速铁路分别在桁内的上、下游侧通行；在两边桁的外侧，各外挑5.8m的悬臂托架，支撑南京城市轻轨铁路，桥面总宽41.6m。

全桥主要结构采用Q420qE、Q370qE和Q345qD钢材制造，杆件内力大的受压拱肋杆件及节点板采用Q420qE的钢材，主桁及桥面系构件采用Q370qE材质的钢材，联结系杆件及轻轨结构选用Q345qD钢材。

二、工厂制造焊接工艺

（一）焊接方法及焊接工位的选择

根据南京大胜关长江大桥整体节点钢梁的结构形式和受力要求，整理归纳出各部位的接头形式，考虑现场施工的实际情况及工效等因素，对各主要接头部位所采用焊接方法及焊接工位选择见表一。

表一主要部位的焊接方法

通过以上对各主要焊接接头形式的分析，结合《铁路钢桥制造规范》（TB10212-98）和设计文件的相关要求，制定了详细的焊接工艺评定方案并进行试验。试验结果均达到相关规范和设计文件要求，并得到了国内一流专家的认可。

（二）根据前期焊接工艺评定试验所确定的焊接材料和工艺参数，制定如下焊接工艺：

1、焊接顺序和焊接参数

a、钢梁面板、腹板的对接焊缝：采用不对称坡口平位埋弧自动焊进行焊接，先焊大坡口侧后翻身反面气刨清根再焊接，两边施焊方向相反，防止焊后旁弯。具体如下表所示：

b、纵向加劲角焊缝：采用埋弧自动焊在船形位进行焊接，两侧施焊方向保持一致，防止扭曲变形。对于厚板需开对称坡口对称施焊。

c、面板与腹板间焊缝：对于箱型杆件棱角焊缝，采用埋弧自动焊平位施焊，四条焊缝施焊方向保持一致，有效控制箱体的扭曲变形；而对于H型杆件主焊缝，采用埋弧自动焊船型位施焊。

d 、平行弦腹杆接头板与节点板间熔透角焊缝、横梁接头板与腹板间的熔透角焊缝、下弦杆件槽口部位熔透角焊缝：采用CO 2气体保护焊,为减小焊接后的角变形，采用不对称坡口，两边对称施焊，先焊大坡口侧2～3道（不焊满），反面气刨清根后焊接小坡口侧，最后对大坡口盖面，完成整条焊缝。

e 、桥面板U 肋坡口角焊缝：

采用药芯焊丝CO 2气体保护焊，在专用 反变形胎架上进行船型位焊接，从中间向 两边对称施焊，焊接方向均一致。

f 、其余角焊缝。

2、焊前预热及层间温度控制

焊前预热及控制合适的层间温度能降低焊接接头的冷却速度，有利于焊缝中

氢的逸出，有效减小焊接残余应力，避免焊接裂纹的产生。但如果预热及层温过高则导致焊缝冷却速度过慢，使t 8/5冷却时间过长，使焊缝及热影响区软化，降低焊接接头的力学性能。因此，参照钢材供货厂家相关经验资料和相关标准要求，结合焊接工艺评定试验的数据分析后，将温度控制在如下范围内：

3、焊后超声波锤击

超声波锤击处理（Ultrasonic Impact Treatment ）是国际上最新发展的高科技

焊缝处理技术，对改善焊接残余应力状态、提高金属表面强度和硬度、改善焊趾几何形状、降低应力集中有较为显著的效果。根据设计文件要求，对受疲劳的下弦杆件横梁接头板与腹板间的熔透角焊缝、槽口端部150mm 范围、上弦杆件平联接头板端部150mm 范围进行超声波锤击处理，消除焊缝的参与应力，提高接头的疲劳寿命。具体锤击处理方案如下：

a 、锤击部位：接头板与主桁腹板焊接完毕后按下图示沿虚线切割完毕后打磨匀顺，磨痕方向为顺应力方向，最后沿焊趾线进行超声波锤击处理。

焊后处理完毕沿焊趾超声波锤击

b、锤击方法：采用QC25-I型超声波锤击设备进行锤击，锤头沿着焊趾或焊道移动最佳线速度每分钟约0.5～1米，匀速进行，每段往复处理4～5遍。锤击后锤坑深度0.1～0.2 mm，两侧焊趾和焊道间锤坑宽度≥4mm，焊趾处锤坑示意见图示。

4、焊接变形的控制

焊接变形控制是保证钢梁尺寸和质量的主要条件之一。南京大胜关长江大桥整体节点钢梁大多采用中厚板焊接制造，且节点处熔透焊缝密集，焊接填充量增大，焊接热输入量也随之增大，使得焊接收缩和变形较为严重；另一方面，三片主桁结构对各制造尺寸精度要求比两片主桁结构钢梁要高很多，因此，对焊接变形的控制就显得尤为重要。

4.1 尽量采用线能量输入较小的焊接方法及工艺参数，多层多道快速焊，减小焊接热输入，从而减小焊接收缩变形。

4.2 采用合理的焊接顺序和施焊方向，控制焊接变形：箱型杆件四条棱角焊缝施焊方向一致，水平板两棱角焊缝尽可能同时对称施焊，防止箱梁扭曲等变形；对接焊缝反面清根后的施焊方向与正面相反，控制焊缝成形后板件的旁弯。

4.3 熔透焊缝反面清根时也尽量采用小电流气刨，减小热输入，减小收缩量。

4.4 尽量采用自动焊代替手工焊，减小人工操作不稳定等因素的影响，控制焊缝质量的稳定性，减小焊接缺陷，防止返修焊时因再次焊接引起的不规则变形。

4.5 对水平连接板等焊缝采用对称施焊，控制焊接角变形量。

4.6 反变形法：焊前采用机械或火焰预设一定的变形量，焊后变形正好与之抵消；对正交异性桥面板单元件U肋焊接，采用千斤顶和专用胎架预制一定的弧度，控制U肋焊接后的变形；整体节点处棱角焊缝，采用火焰热弯一定角度，保证焊后箱梁的开档尺寸。

4.7 刚性固定法：先焊接箱梁内部焊缝，增加箱体刚度，再焊接箱体外围焊