CN103831507B - 大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法 - Google Patents

大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，包括如下步骤：A、预制上弦杆、下弦杆、上弦杆整体节点板、下弦杆整体节点板、腹杆盖板和腹杆腹板；B、拼装焊接预制杆件组成整体桁片；C、焊接过焊孔封堵板及外侧补强加劲板；D、对焊缝进行超声波锤击处理。本发明大大减少了桁片工地拼装时高强度螺栓的使用量，不仅减小了整个结构的重量，并且减少了螺栓施拧的工作量。本发明提供的焊接顺序、焊接材料、焊接规范、焊接顺序等，减小焊接产生的变形，保证了杆件尺寸，保证焊缝金属的力学性能满足要求。为保证整体节点焊接结构抗疲劳强度，本发明还提供了一种焊缝过焊孔封堵及杆件外侧加补强加劲板焊接的工艺，并通过超声波锤击处理，提高了整体桁片全焊节点焊缝的抗疲劳强度。

Description

大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法
技术领域
本发明涉及一种大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接和焊后补强方法，属于铁路桥梁焊接技术领域。
背景技术
目前国内外钢桥梁架设采用的方法基本为散拼和节段吊装两种。受吊机起吊能力的影响，国内早期修建的铁路桁梁桥基本采用散拼，现场杆件拼接和螺栓施拧工作量大，高空施工，作业环境差。随着制造工艺、架设工艺和吊机起吊能力的提高，近几年国内修建的重庆菜园坝长江大桥、武汉天兴洲长江大桥等采用了节段吊装架设的方法。采用节段吊装，大量的杆件拼接和螺栓施拧工作在钢梁制造厂或钢梁预拼厂完成，明显改善了施工作业环境，提高了施工质量，加快现场拼接速度。对于荷载重、跨度大、技术标准高，钢梁采用了全焊接节点、桁片式架梁的设计施工工艺而言，全焊接节点焊接难度大，焊接质量要求更高。
发明内容
为了实现大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点的结构形式，保证全焊节点的焊缝质量并满足杆件尺寸及结构受力要求，本发明提供了一套可实现腹杆与弦杆整体节点全焊、焊缝性能满足要求、焊后消除残余应力的方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：采用这种大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，包括如下步骤：
A、预制上弦杆、下弦杆、上弦杆整体节点板、下弦杆整体节点板、腹杆盖板和腹杆腹板；
B、拼装焊接预制杆件组成整体桁片；
C、焊接过焊孔封堵板及外侧补强加劲板；
D、对焊缝进行超声波锤击处理。
所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，步骤A所述预制杆件还包括加工腹杆盖板与上、下弦杆整体节点板间对接焊缝的双面V形坡口，2mm钝边，0-3mm间隙，坡口角度60-70°，以保证尽可能小的减少焊缝金属的填充量，减少焊接变形。
所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，步骤B所述拼装焊接预制杆件包括：上弦杆和下弦杆在胎架上定位，待杆件位置调整好之后，焊接步骤为：先焊接腹杆腹板与上、下弦杆整体节点板间角焊缝，再焊接腹杆盖板与上、下弦杆整体节点板间对接焊缝；对接焊缝焊接时先焊接仰位侧，然后平位气刨清根，再焊接平位侧坡口。
所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，所述拼装焊接预制杆件的焊接参数包括：腹杆腹板与上、下弦杆整体节点板平位角焊缝打底焊道：电流240±30A，电压30±3V；其它焊道：电流260±30A，电压30±3；腹杆腹板与上、下弦杆整体节点板仰位角焊缝：电流180±30A，电压30±3V，CO2气体流量均为15-25L/min；腹杆盖板与上、下弦杆整体节点板对接焊缝：仰位电流180±30A，电压28±3V；平位打底：电流220±30A，电压30±3V；其它焊道：电流240±30A，电压30±3V，CO2气体流量均为15-25L/min。
所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，步骤C所述焊接过焊孔封堵板是指对腹杆腹板上正对对接焊缝的过焊孔进行封堵焊接。
所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，所述焊接过焊孔封堵板具体步骤为：
①焰切封堵用半椭圆形封堵板，材质、板厚与腹杆的腹板相同，为便于放入封堵孔，外形尺寸比过焊孔小3-5mm；封堵用椭圆形钢板的圆弧侧不开坡口，椭圆直径侧开K形坡口，坡口角度45°，在腹杆腹板的过焊孔上焰切对接焊缝坡口，K形坡口，坡口角度45°；
②将待焊接区域及两侧30mm范围内的铁锈、氧化皮打磨干净，将封堵板组对在过焊孔内，保证封堵板平面与腹板面平齐；
③采用药芯焊丝CO2气体保护焊焊接，焊接材料为E501T-1L焊丝；焊前将待焊接区域及两侧100mm范围内预热80～120℃，焊接过程中控制道间温度在80～200℃；
④焊接圆弧侧对接焊缝：首先焊接一侧坡口深度一半，然后背面气刨清根，焊接另一侧对接焊缝；最后焊满正面对接坡口；
⑤对封堵板与腹杆盖板、上下弦杆整体节点板间熔透角焊缝及过焊孔两侧60mm长熔透角焊缝坡口进行清理、打磨，端部气刨10-30mm长的过渡焊斜坡；
⑥焊接熔透角焊缝，首先焊接一侧熔透角焊缝坡口深度一半，然后背面气刨清根，焊接另一侧熔透角焊缝；最后焊满正面熔透角焊缝坡口。
所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，步骤C所述焊接外侧补强加劲板是指在相对应的腹杆盖板和上、下弦杆整体节点板的外侧正对腹杆腹板处组装补强加劲板，焊接补强加劲板的熔透角焊缝。
所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，步骤D所述对焊缝进行超声波锤击处理是指焊缝完成后，采用超声波锤击的方法，对腹杆腹板与上下弦杆整体节点板间角焊缝端部区域、过焊孔封堵圆弧侧对接焊缝、熔透角焊缝和补强加劲板的熔透角焊缝进行超声波锤击处理。
本发明的有益效果包括：
1、实现了大跨度钢桁梁全焊节点的结构形式，大大减少了桁片工地拼装时高强度螺栓的使用量，不仅减小了整个结构的重量，并且减少了螺栓施拧的工作量。
2、本发明提供的焊接顺序、焊接材料、焊接规范、焊接顺序等，减小焊接产生的变形，保证了杆件尺寸，保证焊缝金属的力学性能满足要求。
3、为保证整体节点焊接结构抗疲劳强度，本发明提供了一种焊缝过焊孔封堵及杆件外侧加补强加劲板焊接的工艺，并通过超声波锤击处理，提高了整体桁片全焊节点焊缝的抗疲劳强度。
附图说明
图1为大跨度钢桁梁桥全焊整体桁片示意图
图2为图1的A-A剖面图
图3为图1中腹杆断面图
图4为图2中B-B剖面图
图中：1、上弦杆，1-1、上弦杆整体节点板；
2、下弦杆；2-1、下弦杆整体节点板；
3-1、腹杆盖板，3-2腹杆腹板；
4、过焊孔封堵板；5、补强加劲板；6、腹杆盖板对接焊缝；
7、腹杆腹板与节点板角焊缝；
8、过焊孔封堵板与腹杆腹板椭圆弧侧对接焊缝；
9、过焊孔封堵板与腹杆盖板、弦杆整体节点板熔透角焊缝；
10、补强加劲板与腹杆盖板、弦杆整体节点板熔透角焊缝。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式进一步说明，大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法包括如下步骤：
A、预制杆件：上弦杆1，下弦杆2，上弦杆整体节点板1-1，下弦杆整体节点板2-1，腹杆盖板3-1和腹杆腹板3-2；
上述预制的杆件还包括加工腹杆盖板3-1与上、下弦杆整体节点板间对接焊缝的双面V形坡口，2mm钝边，0-3mm间隙，坡口角度60-70°，以保证尽可能小的减少焊缝金属的填充量，减少焊接变形。
B、拼装焊接预制杆件组成整体桁片；
拼装焊接预制杆件包括：上弦杆1和下弦杆2在胎架上定位，待杆件位置调整好之后再组对腹杆，将腹杆腹板3-2插入上下弦杆两个节点板1-1、2-1内,拼装成钢桁梁桥整体桁片，如图1所示。
图2所示腹板腹杆3-1与弦杆节点连接示意图,每个腹杆与上弦杆或下弦杆整体节点连接口由两个腹杆盖板3-1、腹杆腹板3-2、两个弦杆整体节点板1-1、2-1、两个过焊孔封堵板4、两个补强加劲板5组成。
两个腹杆盖板3-1与弦杆两个整体节点板1-1、2-1分别采用两条对接焊缝6连接，腹杆腹板3-2与弦杆两个整体节点板1-1、2-1分别采用两条角焊缝7连接，两个过焊孔封堵板4与腹杆腹板3-2分别采用两条对接焊缝8连接，两个过焊孔封堵板4与腹杆盖板3-1、弦杆整体节点板1-1、2-1间分别采用两条熔透角焊缝9连接，两个补强加劲板5与腹杆盖板3-1、弦杆整体节点板1-1、2-1间分别采用两条熔透角焊缝10连接，如图3所示。
焊接步骤为：
B-1、首先分别焊接腹杆腹板3-2与弦杆两个整体节点板1-1、2-1间两条角焊缝7。平位角焊缝规范，打底焊道：电流240±30A，电压30±3V。其它焊道：电流260±30A，电压30±3；仰位角焊缝规范：电流180±30A，电压30±3V，CO2气体流量均为15-25L/min。
B-2、对称焊接两个腹杆盖板3-1与弦杆两个整体节点板1-1、2-1间两条对接焊缝6，先焊接仰位侧坡口，然后从平位侧气刨清根，再焊接平位侧坡口。对接焊缝规范，仰位：电流180±30A，电压28±3V，平位打底：电流220±30A，电压30±3V，其它焊道：电流240±30A，电压30±3V，CO2气体流量均为15-25L/min。
C、为了保证焊缝完成后，焊缝的抗疲劳性能满足要求，还要对过焊孔焊接过焊孔封堵板4及外侧补强加劲板5；
封堵过焊孔：将两块过焊孔封堵板4分别组装到两个过焊孔内，焊接对接焊缝8。
焊接过焊孔封堵板4具体步骤为：
C-1、焰切封堵用半椭圆形封堵板4，材质、板厚与腹杆的腹板相同，为便于放入封堵孔，外形尺寸比过焊孔小3-5mm；封堵用椭圆形钢板的圆弧侧不开坡口，椭圆直径侧开K形坡口，坡口角度45°，在腹杆腹板3-2的过焊孔上焰切对接焊缝坡口，K形坡口，坡口角度45°；
C-2、将待焊接区域及两侧30mm范围内的铁锈、氧化皮打磨干净，将封堵板4组对在过焊孔内，保证封堵板4平面与腹板面平齐；
C-3、③采用药芯焊丝CO2气体保护焊焊接，焊接材料为E501T-1L焊丝；焊前将待焊接区域及两侧100mm范围内预热80～120℃，焊接过程中控制道间温度在80～200℃；
C-4、焊接圆弧侧对接焊缝8：首先焊接一侧坡口深度一半，然后背面气刨清根，焊接另一侧对接焊缝；最后焊满正面对接坡口；
C-5、对封堵板4与腹杆盖板3-1、上下弦杆整体节点板1-1、2-1间熔透角焊缝9及过焊孔两侧60mm长熔透角焊缝坡口进行清理、打磨，端部气刨10-30mm长的过渡焊斜坡；
C-6、焊接熔透角焊缝9，首先焊接一侧熔透角焊缝坡口深度一半，然后背面气刨清根，焊接另一侧熔透角焊缝；最后焊满正面熔透角焊缝坡口。
所述焊接外侧补强加劲板5是指在相对应的腹杆盖板3-1和上、下弦杆整体节点板1-1、2-1的外侧正对腹板3-3处组装补强加劲板5，焊接补强加劲板5的熔透角焊缝10。
D、为了提高焊缝抗疲劳性能，还要对焊缝进行超声波锤击处理。
焊缝完成后，采用超声波锤击的方法，对腹杆腹板3-2与上下弦杆整体节点板1-1、2-1间角焊缝端部区域、过焊孔封堵圆弧侧对接焊缝8、熔透角焊缝9和补强加劲板5的熔透角焊缝10进行超声波锤击处理。此工艺措施能将焊缝表面残余的有害拉应力改变成有利的压应力，从而提高焊缝的抗疲劳性能。

Claims (7)

1.大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，其特征包括如下步骤：
A、预制上弦杆（1）、下弦杆（2）、上弦杆整体节点板（1-1）、下弦杆整体节点板（2-1）、腹杆盖板（3-1）和腹杆腹板（3-2）；
B、拼装焊接预制杆件组成整体桁片；
C、焊接过焊孔封堵板（4）及外侧补强加劲板（5）；
D、对焊缝进行超声波锤击处理；
步骤B所述拼装焊接预制杆件包括：上弦杆（1）和下弦杆（2）在胎架上定位，待杆件位置调整好之后，焊接步骤为：先焊接腹杆腹板（3-2）与上、下弦杆整体节点板（1-1、2-1）间角焊缝（7），再焊接腹杆盖板（3-1）与上、下弦杆整体节点板（1-1、2-1）间对接焊缝（6）；对接焊缝（6）焊接时先焊接仰位侧，然后平位气刨清根，再焊接平位侧坡口。
2.根据权利要求1所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，其特征在于：步骤A所述预制杆件还包括加工腹杆盖板（3-1）与上、下弦杆整体节点板（1-1、2-1）间对接焊缝（6）的双面V形坡口，2mm钝边，0-3mm间隙，坡口角度60-70°，以保证尽可能小的减少焊缝金属的填充量，减少焊接变形。
3.根据权利要求1所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，其特征在于：所述拼装焊接预制杆件的焊接参数包括：腹杆腹板（3-2）与上、下弦杆整体节点板（1-1、2-1）平位角焊缝打底焊道：电流240±30A，电压30±3V；其它焊道：电流260±30A，电压30±3V；腹杆腹板（3-2）与上、下弦杆整体节点板（1-1、2-1）仰位角焊缝：电流180±30A，电压30±3V，CO2气体流量均为15-25L/min；腹杆盖板（3-1）与上、下弦杆整体节点板（1-1、2-1）对接焊缝：仰位电流180±30A，电压28±3V；平位打底：电流220±30A，电压30±3V；其它焊道：电流240±30A，电压30±3V，CO2气体流量均为15-25L/min。
4.根据权利要求1所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，其特征在于：步骤C所述焊接过焊孔封堵板（4）是指对腹杆腹板（3-2）上正对对接焊缝（6）的过焊孔进行封堵焊接。
5.根据权利要求4所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，其特征在于：所述焊接过焊孔封堵板（4）具体步骤为：
①焰切封堵用半椭圆形封堵板（4），材质、板厚与腹杆的腹板相同，为便于放入封堵孔，外形尺寸比过焊孔小3-5mm；封堵用椭圆形钢板的圆弧侧不开坡口，椭圆直径侧开K形坡口，坡口角度45°，在腹杆腹板（3-2）的过焊孔上焰切对接焊缝坡口，K形坡口，坡口角度45°；
②将待焊接区域及两侧30mm范围内的铁锈、氧化皮打磨干净，将封堵板（4）组对在过焊孔内，保证封堵板（4）平面与腹板面平齐；
③采用药芯焊丝CO2气体保护焊焊接，焊接材料为E501T-1L焊丝；焊前将待焊接区域及两侧100mm范围内预热80～120℃，焊接过程中控制道间温度在80～200℃；
④焊接圆弧侧对接焊缝（8-1、8-2）：首先焊接一侧坡口深度一半，然后背面气刨清根，焊接另一侧对接焊缝；最后焊满正面对接坡口；
⑤对封堵板（4）与腹杆盖板（3-1）、上下弦杆整体节点板（1-1、2-1）间熔透角焊缝（9）及过焊孔两侧60mm长熔透角焊缝坡口进行清理、打磨，端部气刨10-30mm长的过渡焊斜坡；
⑥焊接熔透角焊缝（9），首先焊接一侧熔透角焊缝坡口深度一半，然后背面气刨清根，焊接另一侧熔透角焊缝；最后焊满正面熔透角焊缝坡口。
6.根据权利要求1所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，其特征在于：步骤C所述焊接外侧补强加劲板（5）是指在相对应的腹杆盖板（3-1）和上、下弦杆整体节点板（1-1、2-1）的外侧正对腹杆腹板（3-2）处组装补强加劲板（5），焊接补强加劲板（5）的熔透角焊缝（10）。
7.根据权利要求1所述大跨度钢桁梁桥整体桁片全焊节点焊接方法，其特征在于：步骤D所述对焊缝进行超声波锤击处理是指焊缝完成后，采用超声波锤击的方法，对腹杆腹板（3-2）与上下弦杆整体节点板（1-1、2-1）间角焊缝端部区域、过焊孔封堵圆弧侧对接焊缝（8）、熔透角焊缝（9）和补强加劲板（5）的熔透角焊缝（10）进行超声波锤击处理。
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