CN108031957A - 一种耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥的焊接制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥的焊接制造方法，采用与耐候钢相匹配的多种焊接材料和焊接方法进行焊接，控制焊前预热和道间温度，保证焊缝区力学性能和耐候性能与母材相匹配，使其满足寒冷地区免涂装使用要求，同时多种焊接方法的组合使用大大提高了工作效率，缩短了工期；采取全断面焊缝位置的布置、坡口设计、焊接顺序控制、节段间端口调节等措施保证整桥的制造安装精度和减小焊接变形。

Description

一种耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥的焊接制造方法

技术领域

本发明属于钢结构制造领域，尤其是一种耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥的焊接制造方法。

背景技术

全焊连接已成为现代钢桥的主要发展方向之一。从强度方面来看，全焊连接有截面无削弱的特点；从经济层面来看，全焊连接不需要大量的拼接板和螺栓，节约了钢材；从景观角度来看，全焊结构整体性更强更美观，且全焊结构减少了高强螺栓的养护维修工作，减少了对环境的影响。

国内受制造工艺、质量控制、人员因素等的影响，全焊结构的应用范围还有一定局限性，扁平钢箱梁已基本上采用全断面焊接结构，其技术成熟、质量控制严格有保障；即便是构造复杂的钢桁梁、钢拱桥，也越来越多的采用全焊结构。

耐候钢，又称耐大气腐蚀钢，常用耐候钢一般需在钢板中加入Cu、P、Cr、Ni等元素，通过形成稳定的表面锈层，阻止腐蚀，起耐候作用；其中，Cu的耐候作用最为显著，Cr促使致密内锈层的形成，Ni提高锈层的稳定性，P促进锈层非晶态转变。一般而言，Cu、P复合具有最优的耐候效果。但考虑到P导致低温脆性和裂纹敏感性，在重要焊接结构用耐候钢中，一般限制P的含量，只添加Cu、Cr、Ni等合金元素。耐候钢由于合金成本增加，材质的一次性投资高于同等级普通桥梁钢。但由于在工厂和现场减少了构件的表面处理和涂料，所以无论是近期还是远期的经济效益都将非常显著。据计算，经过40年的使用，普通钢+3次反复涂装的费用超过耐候钢裸用成本的2倍。耐候桥梁钢作为具有优良的低温韧性、焊接性和耐蚀性的新钢种正在逐渐的被大家认可和接受。当代耐候桥梁刚正向着免涂装方向发展，越来越多的桥梁将采用耐候钢进行制造，耐候桥梁钢是今后钢桥制造中重要的钢材选择之一。

耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥主桥采用格子梁+混凝土桥面板结合梁方案，加劲梁由主纵梁、次纵梁、横梁和风嘴等组成，格子梁具有钢板较厚、局部刚度更大、焊缝更分散等特点。全桥采用Q345qENH耐候桥梁钢，要求-40℃低温冲击功KV2≥34J，同时要保证耐大气腐蚀性指数I≥6.0，对焊缝质量要求高；而且对其尺寸精度和形位公差有很高的要求。国内没有相关的焊材选配、焊接工艺选择方面的资料可供参考，如果采用常用的焊接工艺，无法达到设计和使用要求。针对上述需求，需要耐候钢加劲梁制造和安装等工艺进行研究，对现场条件下全断面焊接工艺进行研究，以指导大规模的厚板焊接。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥的焊接制造方法，可以确保焊缝区力学性能和耐候性能与母材相匹配，使其满足寒冷地区免涂装使用要求，同时多种焊接方法的组合使用大大提高了工作效率，缩短了工期；采取全断面焊缝位置的布置、坡口设计、焊接顺序控制、节段间端口调节等措施保证整桥的制造安装精度和减小焊接变形。

一种耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥的焊接制造方法，包括如下步骤：

步骤1：制作耐候钢加劲梁工形杆件、箱型杆件、锚拉板单元及风嘴单元；工形杆件除主纵梁工形杆件主角焊缝、吊耳板围焊及外延开坡口角焊缝采用药芯CO2气体保护焊外，其余主角焊缝采用埋弧自动焊；风嘴板单元采用药芯焊丝机器人自动焊焊接；其余平位焊缝采用实心焊丝CO2气体保护半自动焊焊接，立位、仰位焊缝采用药芯焊缝CO2气体保护半自动焊焊接；

步骤2：杆件制造完毕后，对杆件进行清除表面油污、清除标记、清除飞溅物和其他外来物的处理，然后喷砂、存放、洒水加速锈蚀；

步骤3：将多个耐候钢加劲梁杆件拼装成梁段，从中间向两边依次拼装，焊接完成后根据需要完成二次切割；

步骤4：预拼装耐候钢加劲梁梁段吊至桥上预定位置，相关数据测量完毕后，进行多点焊接定位，焊接桥上耐候钢加劲梁梁段间焊缝；

其中，焊接桥上耐候钢加劲梁梁段间全断面焊缝的工艺措施包括：

a）顶板、底板及腹板采用双边V型坡口，坡口角度为40°，间隙6mm，背面衬陶瓷衬垫；顶板和底板对接采用实心焊丝CO2气保护焊打底配合药芯焊丝CO2气保护焊填充盖面的焊接方法，腹板对接采用药芯焊丝CO2气保护焊；

b）全断面焊接采用错缝设计，即顶板、腹板、底板的对接焊缝不在一个平面内，在车间焊接腹板与顶底板间主角焊缝时，端部预留200mm不焊，现场安装时利用未焊部位调节腹板和顶底板错边和错缝，焊接完顶底板、腹板对接焊缝后焊接预留主角焊缝部分；

c）焊缝尽量对称布置，两侧主纵梁、风嘴全断面对接焊缝对称布置，横梁与主纵梁上接头板全断面对接焊缝对称布置，小纵梁全断面对接焊缝对称布置；

d）横向施焊顺序从桥面中轴线向两侧焊接，并做到对称施焊，同时同向采用相同的焊接参数进行焊接，对称焊缝的起弧和收弧位置保持一致；先焊刚度大的焊缝，后焊刚度小的焊缝，定位焊完成后，先焊顶底板对接焊缝，后焊腹板立位对接焊缝，最后焊接工形杆件主角焊缝的预留部分。

优选的，实心焊丝CO2气体保护半自动焊配套使用牌号为CHW-55NHQ1、直径为Φ1.2mm的实心焊丝；药芯焊丝CO2气体保护半自动焊配套使用牌号为CHT71NHQ、直径为Φ1.2mm的药芯焊丝；药芯焊丝CO2气体保护机器人自动焊配套使用牌号为JQ.YJ501NiCrCu-1、直径为Φ1.4mm的药芯焊丝；手工电弧焊配套使用牌号为E5015-G、直径为Φ4.0mm的耐候钢焊条；埋弧自动焊，配套使用牌号为CHW-55NHQ3、直径为Ф4.0mm的焊丝，配牌号为CHF105NHQ的焊剂。

优选的，控制焊前预热和道间温度，厚度≤24mm的钢板焊前不需预热，道间温度控制在≤200℃；板厚＞24~40mm的钢板焊接最小预热温度为80℃，道间温度控制在80~200℃；板厚＞40~60mm的钢板焊接最小预热温度为120℃，道间温度控制在120~200℃。

优选的，在预定位置设有预制胎架，梁段拼装过程在预制胎架上进行。

本发明使用多个加劲梁工形杆件、箱型杆件、吊耳板单元及风嘴单元组成耐候钢加劲梁结构，经由工厂杆件加工、洒水锈层稳定化处理、梁段整拼、梁段吊装定位和桥上焊接等一系列加工步骤后，符合严寒地区免涂装使用的要求，同时具有高精度的外形尺寸；同时具有施工简单方便、效率高、质量优良等优点，采用多种焊接材料和焊接方法组合的焊接方法，严格控制焊前预热和道间温度，选择适当的焊接工艺参数，既保证了对焊接力学性能和耐候性能的要求，同时大大提高了生产效率，节省施工时间；采取全断面焊缝位置的布置、坡口设计、焊接顺序控制、节段间端口调节等措施保证整桥的制造安装精度和减小焊接变形。

附图说明

图1是耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥梁段的结构示意图；

图2是加劲梁主纵梁工型杆件结构示意图；

图3是加劲梁横梁、次纵梁工型杆件结构示意图；

图4是加劲梁风嘴单元结构示意图；

图5是顶板、底板及腹板全断面对接坡口示意图；

图6是全断面焊接采用错缝设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥的焊接制造方法，包括如下步骤：

步骤1：制作耐候钢加劲梁工形杆件、箱型杆件、吊耳板单元及风嘴单元；工形杆件除主纵梁工形杆件主角焊缝、吊耳板围焊及外延开坡口角焊缝采用药芯CO2气体保护焊外，其余主角焊缝采用埋弧自动焊；风嘴板单元采用药芯焊丝机器人自动焊焊接；其余平位焊缝采用实心焊丝CO2气体保护半自动焊焊接，立位、仰位焊缝采用药芯焊缝CO2气体保护半自动焊焊接；

步骤2：杆件制造完毕后，对杆件进行清除表面油污、清除标记、清除飞溅物和其他外来物的处理，然后喷砂、存放、洒水加速锈蚀；

步骤3：将多个耐候钢加劲梁杆件拼装成梁段，拼装过程要在预制胎架上，进行从中间向两边依次拼装，焊接完成后根据需要完成二次切割；

步骤4：预拼装耐候钢加劲梁梁段吊至桥上预定位置，相关数据测量完毕后，进行多点焊接定位，焊接桥上耐候钢加劲梁梁段间焊缝；

其中，焊接桥上耐候钢加劲梁梁段间全断面焊缝的工艺措施包括：

a）顶板、底板及腹板采用双边V型坡口，坡口角度为40°，间隙6mm，背面衬陶瓷衬垫；顶板和底板对接采用实心焊丝CO2气保护焊打底配合药芯焊丝CO2气保护焊填充盖面的焊接方法，腹板对接采用药芯焊丝CO2气保护焊；

b）全断面焊接采用错缝设计，即顶板、腹板、底板的对接焊缝不在一个平面内，在车间焊接腹板与顶底板间主角焊缝时，端部预留200mm不焊，现场安装时利用未焊部位调节腹板和顶底板错边和错缝，焊接完顶底板、腹板对接焊缝后焊接预留主角焊缝部分；

c）焊缝尽量对称布置，两侧主纵梁、风嘴全断面对接焊缝对称布置，横梁与主纵梁上接头板全断面对接焊缝对称布置，小纵梁全断面对接焊缝对称布置；

d）横向施焊顺序从桥面中轴线向两侧焊接，并做到对称施焊，同时同向采用相同的焊接参数进行焊接，对称焊缝的起弧和收弧位置保持一致；先焊刚度大的焊缝，后焊刚度小的焊缝，定位焊完成后，先焊顶底板对接焊缝，后焊腹板立位对接焊缝，最后焊接工形杆件主角焊缝的预留部分。

不同焊接方法对应焊接材料为：实心焊丝CO2气体保护半自动焊配套使用牌号为CHW-55NHQ1、直径为Φ1.2mm的实心焊丝；药芯焊丝CO2气体保护半自动焊配套使用牌号为CHT71NHQ、直径为Φ1.2mm的药芯焊丝；药芯焊丝CO2气体保护机器人自动焊配套使用牌号为JQ.YJ501NiCrCu-1、直径为Φ1.4mm的药芯焊丝；手工电弧焊配套使用牌号为E5015-G、直径为Φ4.0mm的耐候钢焊条；埋弧自动焊，配套使用牌号为CHW-55NHQ3、直径为Ф4.0mm的焊丝，配牌号为CHF105NHQ的焊剂。

控制焊前预热和道间温度：厚度≤24mm的钢板焊前不需预热，道间温度控制在≤200℃；板厚＞24~40mm的钢板焊接最小预热温度为80℃，道间温度控制在80~200℃；板厚＞40~60mm的钢板焊接最小预热温度为120℃，道间温度控制在120~200℃。

最后，还需要注意的是，以上列举仅是本发明一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥的焊接制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：制作耐候钢加劲梁工形杆件、箱型杆件、锚拉板单元及风嘴单元；工形杆件除主纵梁工形杆件主角焊缝、吊耳板围焊及外延开坡口角焊缝采用药芯CO2气体保护焊外，其余主角焊缝采用埋弧自动焊；风嘴板单元采用药芯焊丝机器人自动焊焊接；其余平位焊缝采用实心焊丝CO2气体保护半自动焊焊接，立位、仰位焊缝采用药芯焊缝CO2气体保护半自动焊焊接；

步骤2：杆件制造完毕后，对杆件进行清除表面油污、清除标记、清除飞溅物和其他外来物的处理，然后喷砂、存放、洒水加速锈蚀；

步骤3：将多个耐候钢加劲梁杆件拼装成梁段，从中间向两边依次拼装，焊接完成后根据需要完成二次切割；

步骤4：预拼装耐候钢加劲梁梁段吊至桥上预定位置，相关数据测量完毕后，进行多点焊接定位，焊接桥上耐候钢加劲梁梁段间焊缝；

其中，焊接桥上耐候钢加劲梁梁段间全断面焊缝的工艺措施包括：

a）顶板、底板及腹板采用双边V型坡口，坡口角度为40°，间隙6mm，背面衬陶瓷衬垫；顶板和底板对接采用实心焊丝CO2气保护焊打底配合药芯焊丝CO2气保护焊填充盖面的焊接方法，腹板对接采用药芯焊丝CO2气保护焊；

b）全断面焊接采用错缝设计，即顶板、腹板、底板的对接焊缝不在一个平面内，在车间焊接腹板与顶底板间主角焊缝时，端部预留200mm不焊，现场安装时利用未焊部位调节腹板和顶底板错边和错缝，焊接完顶底板、腹板对接焊缝后焊接预留主角焊缝部分；

c）焊缝尽量对称布置，两侧主纵梁、风嘴全断面对接焊缝对称布置，横梁与主纵梁上接头板全断面对接焊缝对称布置，小纵梁全断面对接焊缝对称布置；

d）横向施焊顺序从桥面中轴线向两侧焊接，并做到对称施焊，同时同向采用相同的焊接参数进行焊接，对称焊缝的起弧和收弧位置保持一致；先焊刚度大的焊缝，后焊刚度小的焊缝，定位焊完成后，先焊顶底板对接焊缝，后焊腹板立位对接焊缝，最后焊接工形杆件主角焊缝的预留部分。

2.根据权利要求1所述的耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥的焊接制造方法，其特征在于，实心焊丝CO2气体保护半自动焊配套使用牌号为CHW-55NHQ1、直径为Φ1.2mm的实心焊丝；药芯焊丝CO2气体保护半自动焊配套使用牌号为CHT71NHQ、直径为Φ1.2mm的药芯焊丝；药芯焊丝CO2气体保护机器人自动焊配套使用牌号为JQ.YJ501NiCrCu-1、直径为Φ1.4mm的药芯焊丝；手工电弧焊配套使用牌号为E5015-G、直径为Φ4.0mm的耐候钢焊条；埋弧自动焊，配套使用牌号为CHW-55NHQ3、直径为Ф4.0mm的焊丝，配牌号为CHF105NHQ的焊剂。

3.根据权利要求1所述的耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥的焊接制造方法，其特征在于，控制焊前预热和道间温度，厚度≤24mm的钢板焊前不需预热，道间温度控制在≤200℃；板厚＞24~40mm的钢板焊接最小预热温度为80℃，道间温度控制在80~200℃；板厚＞40~60mm的钢板焊接最小预热温度为120℃，道间温度控制在120~200℃。

4.根据权利要求1所述的耐候全焊钢结构加劲梁悬索桥的焊接制造方法，其特征在于，在预定位置设有预制胎架，梁段拼装过程在预制胎架上进行。