CN110524129A - 一种大尺寸超厚桥梁钢塔承压板焊接变形控制方法 - Google Patents

Abstract

一种大尺寸超厚桥梁钢塔承压板焊接变形控制方法，包括如下步骤：(1)依据对接焊缝长度最短原则，采用5条纵向焊缝纵、1条横向焊缝将承压板划分为12块拼接单元；(2)将焊缝坡口形式设计为双面对称U型坡口，实现双面焊接量基本相等，降低焊接变形朝一侧发展的趋势；(3)合理设计组拼顺序，并采用气保焊打底、埋弧自动焊填充工艺焊接，降低焊接对变形的影响；(4)在焊接前采用预变形设置合理的焊接预变形量，降低焊接对变形的影响；(5)焊接翻身时沿着焊缝方向进行翻转，防止发生弹塑性变形扩大焊接变形量。本发明大大降低了厚板焊接变形，减少了后续矫形量。最大程度确保了钢材的力学性能。提高了施工效率，缩短了施工周期。

Description

一种大尺寸超厚桥梁钢塔承压板焊接变形控制方法

技术领域

本发明属于焊接变形控制技术领域，具体涉及一种大尺寸超厚桥梁钢塔承压板焊接变形控制方法。

背景技术

超厚板在国内大型桥梁钢塔上已使用多次，具有较为成熟的焊接经验，但是其焊接变形控制一直是难点所在。以往超厚板焊接中，虽然采取了一定预控措施，但焊后变形仍然较大，需要采用热矫正进行修整，很难达到预期平整度要求，大大增加了施工成本，降低了施工效率，同时对钢材力学性能也有不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大尺寸超厚桥梁钢塔承压板焊接变形控制方法。结合已有超厚钢板的结构规格，以及公路运输、机械加工水平、起重能力、焊接装备等，从焊缝数量、焊接填充量、焊接工艺参数、对接组拼、焊接预变形及多次翻身焊接等方面制定控制措施，实现大尺寸超厚板焊接变形控制，有效解决超厚钢板焊接变形的技术难题。

本发明的技术解决方案：一种大尺寸超厚桥梁钢塔承压板焊接变形控制方法，包括如下步骤：

(1)依据对接焊缝长度最短原则，采用5条纵向焊缝、1条横向焊缝将承压板划分为12块拼接单元，以减少施工作业量，降低焊接对变形的影响；

(2)将焊缝坡口形式设计为双面对称U型坡口，实现双面焊接量基本相等，降低焊接变形朝一侧发展的趋势；同时U型坡口设计较一般V型坡口减少了焊缝熔敷金属填充量，降低焊接对变形的影响；

(3)合理设计组拼顺序，并采用气保焊打底、埋弧自动焊填充工艺焊接，降低焊接对变形的影响；先两两对接完成二拼一，再将三组二拼一组件组拼为六拼一，最后将两个六拼一组件组拼成十二拼一的整体承压板；焊接时每条二拼一焊缝从焊缝中部向两端进行对称施焊；六拼一的两条焊缝同步从焊缝中部向两端进行对称施焊；十二拼一的焊缝从焊缝中部向两端进行对称施焊；焊接时，严格保证对称焊接，严格控制焊接车速，保证匀速焊接；焊接完成后，采用缓冷或保温措施保护焊缝；

(4)在焊接前采用预变形设置合理的焊接预变形量，降低焊接对变形的影响；二拼一焊接时预变形量为55～60mmm；六拼一焊接时预变形量为15-20mmm；十二拼一焊接时预变形量为8-10mmm；

(5)焊接翻身时沿着焊缝方向进行翻转，防止发生弹塑性变形扩大焊接变形量。

所述焊材为H08Mn2Eφ5.0埋弧焊丝和SJ 105q焊剂；所述焊接工艺参数为预热温度120～200℃、电压32±2V、电流680±30A、车速650±50cm/min。

所述U型坡口夹角26°，坡口宽48mm，坡口深70mm，坡口底为R10mm圆弧，墩边10mm。

所述二拼一焊接时，正面焊接30～35mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后背面焊接40～45mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后正面再焊接20～25mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后背面再焊接10～15mmm厚度，施焊后二拼一板面基本达到平整度要求；

所述六拼一焊接时，正面焊接35～40mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后背面焊接40～45mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后正面再焊接30～35mmm厚度，施焊后六拼一板面基本达到平整度要求；

所述十二拼一焊接时，正面焊接35～40mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后背面焊接80～85mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后正面再焊接30～35mmm厚度，施焊后十二拼一板面基本达到平整度要求。

本发明与已有技术相比，具有如下显著优点：

⑴有效控制了焊接变形量，达到预期的质量目标。通过本发明的应用，大尺寸超厚板整体焊后平整度控制在±3mm以内，远远超过设计要求，提升了产品质量标准，这是已有技术难以实现的。

⑵大大降低了厚板焊接变形，减少了后续矫形量。以往厚板焊接，焊后变形大，热矫正工作量大，很难达到预期效果；采用本发明后，焊接变形很小，很少或几乎不需进行热矫正就能达到标准要求。实现降本增效。

⑶最大程度确保了钢材的力学性能。已有采用焊后热矫正保证平面度的方法，在一定程度上对钢材的力学性能有较大损失；通过本发明的应用，可以减小因矫形给钢材带来的影响。

⑷提高了施工效率，缩短了施工周期。已有通过热矫正修整超厚板变形，持续时间长，效果不明显，且难以达到预期要求。通过本发明的应用，施工效率大大提高。

附图说明

图1为本发明组拼结构示意图，

图2为本发明U型坡口结构示意图，

图3为本发明焊接前预变形示意图，

图4为本发明一种实施例的示意图。

具体实施方式

结合附图1、2、3、4描述本发明的一种实施例。

一、通过结构分析，确定合理的单元划分方案。

以承压板结构尺寸约150mmX14650mmX15850mm为例，其总重量约273.4t,通过市场调研钢厂供货能力t150mm钢板为25t，为此，承压板划分单元应不少于11块。

若采用通长纵向焊缝将承压板划分为11块，其焊缝最短长度为：10条×14.65m＝146.5m；采用纵横向焊缝将承压板划分为12块，其焊缝长度为：5条×15.85m+1条×14.65＝93.9m。因此，采用纵横向划分承压板焊缝长度将减少约50％，对施工作业量、焊接变形控制有较大作用。结合承压板上孔群及其上部结构位置，考虑划分后对接焊缝长度最短原则，决定将承压板划分为12块拼接单元进行加工制作(见图4)。

二、根据板厚、焊接方法设计对接接头坡口形式。

根据承压板板厚(t150mm),借鉴以往类似项目焊接工艺及施工用焊接设备，依据设计要求的熔透焊接要求，将连接焊缝坡口形式设计为双面对称U型坡口，U型坡口夹角26°，坡口宽48mm，坡口深70mm，坡口底为R10mm圆弧，墩边10mm(见图2)。

采用对称坡口设计，可实现双面焊接量大致相等，降低了焊接变形朝一侧发展的趋势；U型坡口设计较一般V型坡口减少了焊缝熔敷金属量填充量，对于焊接变形量大大降低。

三、进行焊接工艺试验，制定焊接工艺及参数。

承压板对接焊缝要求熔透焊接，且需满足GB/T 11345-2013Ⅰ级焊缝质量要求。针对以上要求，从焊接方法上优先考虑采用气保焊打底+埋弧自动焊工艺；从材料性能方面，根据承压板Q345D的材料特性及使用要求，选择与之相匹配的焊材，即H08Mn2Eφ5.0埋弧焊丝和SJ 105q焊剂；在焊接工艺参数方面，拟按预热温度120～200℃、电压32±2V、电流680±30A、车速650±50cm/min等参数控制。

根据拟定的焊接坡口形式、焊接方法、焊接材料和焊接工艺参数，依据标准规范要求，进行了相应的焊接工艺评定试验，评定结果达到了预期焊缝质量目标，焊缝质量稳定，具有施工可行性。

四、制定切实可行的焊接变形控制措施。

在承压板焊接前、焊接中采取一系列的焊接变形预控措施，约束承压板焊接变形的发生量，确保产品质量达到预期的平整度要求，为此采取以下措施。

1、确定最优的组拼顺序。承压板划分板块多(12块)，合理规划各板块组焊顺利，对于其焊接变形控制具有较大意义。结合以往钢板对接变形的规律，承压板各板块对接顺序(见图1)确定为：先两两对接完成二拼一，再将3组二拼一件组拼为六拼一，最后进行2个六拼一组成整体承压板(十二拼一)。

2、制定严格的焊接顺序。针对承压板组拼的顺序，每条二拼一焊缝从焊缝中部向两端进行对称施焊；六拼一的两条焊缝同步从焊缝中部向两端进行对称施焊；十二拼一的焊缝从中部向两端对称施焊，尽量减少不均匀变形。

3、严格执行焊接工艺施焊。按照焊接工艺评定确定的焊接工艺参数，严格控制施焊预热温度、各道焊缝间温度；严格控制车速，保证匀速焊接；控制电流、电压，尽量采用下限进行施焊；焊接完成后，采用缓冷或保温措施保护焊缝。通过恒定的工艺参数控制，使其焊缝应力均匀，不致产生局部较大变形。

4、确定合理的焊接预变形量。为了有效预防、控制焊接变形的发生量，在焊接前采用预设预变形、焊接中设置变形量控制值的方式，且焊接中变形量控制值由大到小设置，使其焊接变形在可控范围内，即实现焊接变形由大到小逐渐趋于平整的方式渐进控制，具体焊接实施控制过程如下：

a、二拼一焊接：组拼对位后，设置预变形量为55～60mmm。正面焊接30～35mmm厚度，焊接变形达到预定变形量时，翻身后背面焊接40～45mmm厚度，焊接变形达到预定变形量时，翻身后正面再焊接20～25mmm厚度，焊接变形达到预定变形量时，翻身后背面再焊接10～15mmm厚度，施焊后二拼一板面基本达到平整度要求。若施焊过程中，二拼一焊接变形超过预定变形量，而焊缝填充厚度未达到上述要求时，为了控制焊接变形不扩大化，可增加翻身焊接次数，最终达到焊接变形最小的目标。

b、六拼一焊接：组拼对位后，设置预变形量为15-20mmm。正面焊接35～40mmm厚度，焊接变形达到预定变形量时，翻身后背面焊接40～45mmm厚度，焊接变形达到预定变形量时，翻身后正面焊接30～35mmm厚度，施焊后六拼一板面基本达到平整度要求。若施焊过程中，六拼一焊接变形超过预定变形量，而焊缝填充厚度未达到上述要求时，为了控制焊接变形不扩大化，可增加翻身焊接次数，最终达到焊接变形最小的目标。

c、十二拼一焊接：组拼对位后，设置预变形量8-10mmm。正面焊接35～40mmm厚度，焊接变形达到预定变形量时，翻身后背面焊接80～85mmm厚度，焊接变形达到预定变形量时，翻身后正面再焊接30～35mmm厚度，施焊后十二拼一板面基本达到平整度要求。若施焊过程中，十二拼一焊接变形超过预定变形量，而焊缝填充厚度未达到上述要求时，为了控制焊接变形不扩大化，可增加翻身焊接次数，最终达到焊接变形最小的目标。

5、制定安全合理的翻身方案。

虽然承压板较厚，但其尺寸过大，其平面抗弯性能不足，焊接翻身需制定专项方案。考虑承压板尺寸与重量大，采用大型门式起重机、吊索具及焊接吊耳进行翻身，并进行受力分析，确保施工作业安全；结合承压板组焊顺序，考虑焊接变形方向、自重、起重变形等，翻身时沿着焊缝方向进行空中姿态翻转，防止发生弹塑性变形扩大焊接变形量。

五、局部不平整部位采用热矫正措施修整。

采用特征点、拉线法对承压板整体平整度进行检测，对发现的局部翘曲变形，有针对性的制定热矫正方案，对其局部平整度进行修整，使其达到预期目标。

本发明根据承压板设计结构，进行加工单元划分，使其对接焊缝长度最短，减少焊缝数量；根据承压板板厚、焊接方法设计对接接头坡口形式，减少焊接填充量，降低焊接变形；进行焊接工艺及参数研究，提高焊接一次性合格率和焊缝质量；制定组拼方案、预设焊接预变形，设置焊接过程变形控制值及多次翻身焊接等变形控制措施，使其焊接变形在预控范围内，达到预期的平整度要求；对承压板焊后平整度进行检测，对局部不平整部位采用热矫正措施进行调整。

Claims (4)

1.一种大尺寸超厚桥梁钢塔承压板焊接变形控制方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)依据对接焊缝长度最短原则，采用5条纵向焊缝纵、1条横向焊缝将承压板划分为12块拼接单元，以减少施工作业量，降低焊接对变形的影响；

(2)将焊缝坡口形式设计为双面对称U型坡口，实现双面焊接量基本相等，降低焊接变形朝一侧发展的趋势；同时U型坡口设计较一般V型坡口减少了焊缝熔敷金属填充量，降低焊接对变形的影响；

(3)合理设计组拼顺序，并采用气保焊打底、埋弧自动焊填充工艺焊接，降低焊接对变形的影响；先两两对接完成二拼一，再将三组二拼一组件组拼为六拼一，最后将两个六拼一组件组拼成十二拼一的整体承压板；焊接时每条二拼一焊缝从焊缝中部向两端进行对称施焊；六拼一的两条焊缝同步从焊缝中部向两端进行对称施焊；十二拼一的焊缝从焊缝中部向两端进行对称施焊；焊接时，严格保证对称焊接，严格控制焊接车速，保证匀速焊接；焊接完成后，采用缓冷或保温措施保护焊缝；

(4)在焊接前采用预变形设置合理的焊接预变形量，降低焊接对变形的影响；二拼一焊接时预变形量为55～60mmm；六拼一焊接时预变形量为15-20mmm；十二拼一焊接时预变形量为8-10mmm；

(5)焊接翻身时沿着焊缝方向进行翻转，防止发生弹塑性变形扩大焊接变形量。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸超厚桥梁钢塔承压板焊接变形控制方法，其特征在于：所述焊材为H08Mn2E φ5.0埋弧焊丝和SJ 105q焊剂；所述焊接工艺参数为预热温度120～200℃、电压32±2V、电流680±30A、车速650±50cm/min。

3.根据权利要求1或2所述的一种大尺寸超厚桥梁钢塔承压板焊接变形控制方法，其特征在于：所述U型坡口夹角26°，坡口宽48mm，坡口深70mm，坡口底为R10mm圆弧，墩边10mm。

4.根据权利要求3所述的一种大尺寸超厚桥梁钢塔承压板焊接变形控制方法，其特征在于：

所述二拼一焊接时，正面焊接30～35mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后背面焊接40～45mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后正面再焊接20～25mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后背面再焊接10～15mmm厚度，施焊后二拼一板面基本达到平整度要求；

所述六拼一焊接时，正面焊接35～40mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后背面焊接40～45mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后正面再焊接30～35mmm厚度，施焊后六拼一板面基本达到平整度要求；

所述十二拼一焊接时，正面焊接35～40mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后背面焊接80～85mmm厚度，焊接变形达到预设变形量时，翻身后正面再焊接30～35mmm厚度，施焊后十二拼一板面基本达到平整度要求。