CN111872587A - 一种超厚壁板钢塔节段现场环缝焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塔柱壁板厚度为80mm，加劲肋板厚为60mm的超厚壁板钢塔节段现场环缝焊接方法，根据已安装塔段的高程及平面位置测量数据为依据，调整好待安装塔段的安装姿态，确定待安装钢塔节段的高程和平面位置（轴线偏差），兼顾待安装钢塔节段顶口垫片抄垫量；设计非对称的K型坡口，深坡口朝塔外浅坡口朝塔内，先焊接深坡口侧后焊浅坡口侧；焊前采用电加热设备进行预热，焊后进行后热处理；电焊工分中对称焊接两侧壁板，使钢塔环缝焊接受热均匀；浅坡口侧焊满后（深坡口侧只焊接1半）对已焊焊缝进行超声波预探，壁板焊接完成48小时后再进行最终超声波探伤；对因线形调整导致的组装间隙，改变焊道排列方向达到减小焊接变形。

Description

一种超厚壁板钢塔节段现场环缝焊接方法

技术领域

本发明涉及一种塔柱壁板厚度为80mm，加劲肋板厚为60mm的超厚壁板钢塔节段现场环缝焊接方法，属钢塔节段制造领域。

背景技术

近年来，钢索塔越来越受到桥梁建设者的青睐，按照连接形式划分，国内已建成的钢塔大体分为“金属接触+高栓连接”联合受力型钢塔、焊接钢塔。而焊接钢塔一般作为城市桥梁景观结构，为了缩短建设周期、提高抗震性能、突出景观效果，塔高一般不超过100m，设计要求钢塔安装的轴线偏差不高，且钢板多采用薄板或中厚板（厚度30mm），现场环缝焊接多是在强约束状态下（大量使用马板刚性固定）进行焊接，焊后拆除马板后对母材的损伤比较严重，且钢塔安装线形精度控制不高。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种塔柱壁板厚度为80mm，加劲肋板厚为60mm且焊接钢塔节段间采用熔透焊接连接、塔柱线形要求达到１/4000的要求的超厚壁板钢塔节段现场环缝焊接方法。

设计方案：为了实现上述计目的。本发明结合钢塔节段的设计结构，通过焊接坡口设计、焊接方法选择、焊接方向、焊接顺序、焊工组织及工艺保证，达到预期的质量目标，形成一套完整的大尺寸超厚板焊接变形控制方法，可以有效解决该焊接钢塔安装精度及焊接质量要求，达到设计轴线偏差要求，实现项目施工的降本增效。同时，该项技术也可应用于类似焊接钢塔桥梁连接，为现场安装精度提供技术保障。

在结构设计上：焊接钢塔节段间采用熔透焊接连接，且塔柱线形要求达到１/4000的要求。为了满足线形要求，单个塔段几何精度必须严格控制，确保预拼及安装时的接口匹配；通过在相邻钢塔节段间匹配件上加垫，调整待安装钢塔节塔段的姿态；优化焊接工艺，提高焊接质量、减少返修；采取措施、确保环缝焊接时尽量均匀收缩，以实现钢塔现场环缝无马焊接。

焊接方法：⑴测量已安装节段的实际安装误差及上塔柱的整体制造尺寸（含3mm焊接收缩余量）的误差，即：高程偏差和平面位置（轴线偏差）。⑵根据已安装塔段的高程偏差及平面位置（轴线偏差）的测量数据为依据，调整好待安装塔段的安装姿态，并通过确定节段顶口垫片加垫量（厚度），兼顾待安装钢塔节段的高程和平面位置（轴线偏差），连接节段间的匹配件准备焊接。⑶焊接钢塔定位、接口检查。钢塔节段间定位好后，检查节段间的壁板错台及间隙。对于有间隙的部位，应设计合理的焊道排列以减少焊接对线形的影响。⑷采用药芯焊丝CO2气体保护焊横位多层多道焊接工艺，设计非对称K型坡口（见图4），先焊接大坡口侧焊缝，后清根焊接另外一侧。⑸焊前采用电加热的方式进行预热，并确保预热的效果，避免产生冷裂纹，以保证焊接质量。⑹上、下钢塔节段侧壁板对接焊缝焊接：首先，分中对称焊接两侧壁板塔外侧深坡口焊缝（坡口深度填满至25mm）；其次，碳弧气刨清理塔内侧坡口根部，分中对称焊接两侧壁板塔内侧浅坡口焊缝（坡口填满）；再次，待焊缝冷却后对在塔内侧增加超声波预探伤，有缺陷是进行返修；最后，分中对称焊接两侧壁板塔外侧深坡口焊缝（坡口填满），见图5。⑺焊接完成后，采用电加热片对焊缝进行加热，加热温度250±50℃，保温2小时，达到保温时间后缓慢冷却至室温。⑻ 48小时后进行壁板对接焊缝的超声波探伤。⑼按照⑹、⑺、⑻的要求焊接完成上、下钢塔节段内外壁板焊缝。⑽对称组焊钢塔节段间嵌补段。

本发明与背景技术相比，一是有效控制了钢塔节段的安装线形，整个钢索塔安装线形达到1/5000，远低于轴线偏差1/4000的设计要求，开创了厚壁板钢塔现场焊接线形控制方法，提升了产品质量标准；二是提高了厚板焊接质量，减少了焊接变量；三是采用本发明焊接后，焊接变形很小，很少或几乎不需进行热矫正就行达到标准要求。

附图说明

图1 是钢塔节段桥位环缝连接示意图，其中1-1钢塔T0节段 1-2钢塔T1节段 1-3钢塔T2节段 1-4钢塔T3节段 1-5钢塔T4-T9节段 1-6曲臂节段。

图2是图1中A-A部示意图，其中1-7钢塔节段间匹配件。

图3是非对称K型坡口示意图。

图4是钢塔节段断面图示示意图，其中2-1内壁板 2-2外壁板 2-3侧壁板 2-4横隔板。

图5是钢塔节段上、下节段壁板环缝坡口结构示意图，其中3-1上塔段壁板 3-2下塔段壁板。

图6是钢塔节段上、下壁板环缝焊接方向示意图。

图7是上下塔段壁板无间隙时焊道排列示意图。

图8是上下塔段壁板有间隙时焊道排列示意图。

具体实施方式

实施例1：参照附图1-8。⑴焊接钢塔定位、接口检查钢塔节段间定位好后，检查节段间的壁板错台，并在四角作出焊缝收缩检查点，焊接过程中检查焊接收缩量。⑵钢塔焊接前预热温度（预热温度100℃--120℃）及预热措施检查。钢塔壁板均为厚板焊接（板厚度为80mm），焊缝一旦出现缺陷返修难度很大，且会导致钢塔安装线性出现偏差，而焊接预热可防止焊接裂纹产生。⑶接口间采用非对称的K型坡口，即：塔段底端加工成平的，顶端加工坡口。⑷在安装过程中，因塔柱线形调整需要，钢塔上、下塔段间出现间隙时（该区域焊缝焊接填充量大将导致焊缝收缩量大，可能会引起线形变化），焊道排列应由内向外调整为由下向上进行堆焊，见图7-8。上塔段壁板3-1、下塔段壁板3-2相对间为无间隙焊道排列（图7）或有间隙时焊道排列5-2（图8）。

如航道桥采用双塔单索面钢-混组合梁5跨连续斜拉桥，焊接钢塔总高114.7m，塔高超过了一般焊接钢塔。钢塔为厚板全焊接钢塔，钢塔节段为变截面八边形，结构复杂，端面尺寸大，几何精度要求高。钢塔横桥向宽度7.36m～4.0m，顺桥向宽度6.66m～5.0m。塔柱壁板厚度为80mm，加劲肋板厚为60mm。该桥钢塔节段T0、T1、T2、T3为单节段吊装后现场焊接，钢塔大节段连同曲臂单元整体吊装，与钢塔节段T3现场焊接，节段间连接示意见图1-图4。钢索塔安装后的轴线偏差要达到设计要求的1/4000的控制精度，而现有焊接钢塔多采用中厚板及传统安装工艺，焊接无经验可循，本发明改变以往大量使用马板刚性固定的焊接方法，通过对待安装钢塔节段的姿态调整（平面位置及轴线位置）、焊前预热、焊接坡口设计、焊接方法、焊接方向、有间隙焊时的焊道排列、焊工组织及工艺保证措施，解决超厚钢板现场焊接技术难题和大量使用马板焊接的不利因素，实现设计要求的钢塔安装线形。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种超厚壁板钢塔节段现场环缝焊接方法，其特征是：

⑴ 测量已安装节段的实际安装误差及上塔柱的整体制造尺寸的误差且含3mm焊接收缩余量，即：高程偏差和平面位置轴线偏差；

⑵ 根据已安装塔段的高程偏差及平面位置轴线偏差的测量数据为依据，调整好待安装塔段的安装姿态，并通过确定节段顶口垫片加垫量的厚度，兼顾待安装钢塔节段的高程和平面位置轴线偏差，连接节段间的匹配件准备焊接；

⑶ 焊接钢塔定位、接口检查：钢塔节段间定位好后，检查节段间的壁板错台及间隙，对于有间隙的部位，应设计合理的焊道排列以减少焊接对线形的影响；

⑷ 采用药芯焊丝CO2气体保护焊横位多层多道焊接工艺，设计非对称K型坡口，先焊接大坡口侧焊缝，后清根焊接另外一侧；

⑸ 焊前采用电加热的方式进行预热，预热温度为100℃-120℃并确保预热的效果，避免产生冷裂纹，以保证焊接质量；

⑹ 上、下钢塔节段侧壁板对接焊缝焊接：首先，分中对称焊接两侧壁板塔外侧深坡口焊缝坡口深度填满至25mm；其次，碳弧气刨清理塔内侧坡口根部，分中对称焊接两侧壁板塔内侧浅坡口焊缝坡口填满；再次，待焊缝冷却后对在塔内侧增加超声波预探伤，有缺陷是进行返修；最后，分中对称焊接两侧壁板塔外侧深坡口焊缝坡口填满；

⑺ 焊接完成后，采用电加热片对焊缝进行加热，加热温度250±50℃，保温2小时，达到保温时间后缓慢冷却至室温；

⑻ 48小时后进行壁板对接焊缝的超声波探伤；

⑼ 按照⑹、⑺、⑻的要求焊接完成上、下钢塔节段内外壁板焊缝；

⑽ 对称组焊钢塔节段间嵌补段。

2.根据权利要求1所述的超厚壁板钢塔节段现场环缝焊接方法，其特征是：非对称K型坡口是指钢塔节段上塔段壁板(3-1)、下塔段壁板(3-2)环缝坡口一侧为开口角度为45度-50度、另一侧开口角度为50度-55度，且上塔段壁板(3-1)、下塔段壁板(3-2)环缝坡口中心不对中。

3.根据权利要求2所述的超厚壁板钢塔节段现场环缝焊接方法，其特征是：塔段底端加工成平的，顶端加工坡口。

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