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孫口黃河大橋鋼梁整體節(jié)點(diǎn)的焊接技術(shù)

作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 21:00:47 [收藏]



    1　前　言
    　　孫口黃河大橋是京九線衡水-商丘的一座鐵路雙線下承式無豎桿三角桁式整體節(jié)點(diǎn)栓焊連續(xù)桁梁，跨度為4×180 m，共4聯(lián)。整體節(jié)點(diǎn)為國內(nèi)首次采用的新結(jié)構(gòu)，具有節(jié)省鋼材和高強(qiáng)度螺栓，有利于工地架設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，是今后的發(fā)展方向。整體節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，焊縫密集。既有對接焊縫，又有棱角焊縫和角焊縫，焊接質(zhì)量要求高，屈服強(qiáng)度控制嚴(yán)，在焊接實(shí)驗(yàn)中還存在對接、棱角接熔深儲備不夠，棱角焊有溝槽、咬邊、高溫裂紋和燒穿等問題。在寶雞橋梁廠和有關(guān)單位的共同努力下，使問題得到解決，確保了焊接質(zhì)量，并提前一個多月完成。

    2　孫口黃河大橋的焊接工藝研究
    2.1　焊接接頭的主要技術(shù)指標(biāo)：
    　　對接　σs(W)=σs(B)+100 (MPa);角接　σs(W)=σs(B)+120 (MPa);各種焊接接頭的三區(qū)　-25℃，AKV≥48J(35J)。
    2.2　焊接工藝研究
    　　對SM490C鋼對接、棱角接、角接焊接工藝進(jìn)行了研究。用優(yōu)化的H08MnT或H10Mn2、H08MnA焊絲、SJ101焊劑和焊接工藝施焊各種焊接接頭，按照修訂后的技術(shù)指標(biāo)衡量，得知H10Mn2焊絲能夠滿足對接、棱角接技術(shù)指標(biāo)要求，H08MnA焊絲能夠滿足角接頭技術(shù)指標(biāo)的要求。
    　　在焊接過程中，對熔深儲備不夠的焊縫，通過改變坡口尺寸、坡口角度和調(diào)整焊接參數(shù)，使之得到了改善；對棱角焊縫的溝槽和咬邊問題，通過改變焊絲傾斜角度和焊絲對準(zhǔn)位置，調(diào)整焊接順序，使之得到了解決；對于棱角焊縫的第1道焊縫產(chǎn)生的高溫裂紋，通過改變坡口尺寸，減小焊接電流，減慢車速，提高弧壓或用CO2氣體保護(hù)焊打底，使之得到了解決。

    3　孫口黃河大橋整體節(jié)點(diǎn)的焊接
    3.1　整體節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造
    　　孫口黃河大橋上下弦桿采用的整體節(jié)點(diǎn)，是由2塊帶節(jié)點(diǎn)的腹板、2塊蓋板、6塊隔板和內(nèi)撐板、接頭板、平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板、各種連接板等部件組成。為了節(jié)省鋼材，蓋、腹板由不同尺寸和不同厚度的鋼板拼接而成。
    3.2　焊接
    3.2.1　定位焊
    　　為確保焊前部件的相互位置，防止部件傾倒進(jìn)行了定位焊。因定位焊焊道短，冷卻速度快，焊接熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織，從而形成冷裂紋。為此，用斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)法制定了防止冷裂紋的預(yù)熱溫度。定位焊采用含氫量低、抗裂性能好的E5015常用低氫型焊條焊接。為不影響熔深和防止小焊腳的咬邊，坡口內(nèi)和小焊腳的定位焊用?φ3.2 mm的焊條，其余用?φ4 mm焊條。為了防止定位焊的冷裂紋，對厚板定位焊長度必須≥80 mm，對薄板必須≥50 mm。
    3.2.2　對接焊
    　　整體節(jié)點(diǎn)上、下弦桿的蓋、腹板是由不同尺寸、不同厚度的鋼板對接而成。此項(xiàng)工藝在弦桿上首次應(yīng)用，為確保對接接頭的韌性，選用了含錳高的?φ5標(biāo)準(zhǔn)焊絲H10Mn2和SJ101焊劑。用優(yōu)化的焊接參數(shù)施焊各種對接接頭(見下表)。引弧試板數(shù)據(jù)證明：各種對接接頭的機(jī)械性能均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。對接焊選用MZ-1-1000型焊機(jī)施焊。此焊機(jī)在遇到定位焊時(shí)，弧壓不變，電流自動減小，不能將定位焊熔化掉，嚴(yán)重地影響了對接焊的熔透和定位焊時(shí)的氣孔逸出，為此在生產(chǎn)中增加了用碳弧氣刨清根的措施。

    表　對接、棱角接、角接焊接參數(shù)




    3.2.3　棱角接
    　　整體節(jié)點(diǎn)的棱角接系國內(nèi)首次應(yīng)用，選用了含錳高的標(biāo)準(zhǔn)焊絲H10Mn2和SJ101焊劑，用優(yōu)化的焊接參數(shù)(見表1)施焊各種棱角接頭，各項(xiàng)機(jī)械性能均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。由于棱角焊縫長，蓋板有加工旁彎，桿件有焊接變形致使組裝間隙局部超差，又因組成的鋼板中含熱裂紋敏感元素Nb，曾在第1道焊縫中出現(xiàn)焊偏、燒穿和高溫裂紋，嚴(yán)重地影響了焊縫質(zhì)量。針對以上存在問題，對加裝的剛性軌道采取精心調(diào)整軌道和焊絲對準(zhǔn)位置，縮短焊頭自由擺動高度來防止焊偏。對出現(xiàn)的間隙超差采取在隔板部位用手工焊打底，其余部位用夾具強(qiáng)制減少間隙防止燒穿。用減小第1道焊縫的焊接電流，減慢車速，提高弧壓，改善焊縫成形系數(shù)，使焊縫中的低熔點(diǎn)夾雜物易于上浮，防止高溫裂紋。對熔深儲備不夠的問題采取用?φ3.2 mm的焊條進(jìn)行定位焊，并改善CO2氣體保護(hù)焊的操作方法和限制堆焊高度來確保熔深。
    3.2.4　角焊縫
    　　(1) 埋弧自動焊用來焊接整體節(jié)點(diǎn)上、下弦桿的下翼緣角焊縫和上弦桿的上翼緣角焊縫。焊絲選用H08MnA，焊劑選用SJ101，用優(yōu)化的焊接參數(shù)施焊各種角接頭，各項(xiàng)機(jī)械性能均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。上、下弦桿的下翼緣角焊縫有變截面，用MZ1-1000型焊機(jī)施焊易焊偏，采取精心調(diào)整焊絲對準(zhǔn)位置來防止。棱角焊縫難度大，為了減少此類焊縫的工作量，設(shè)計(jì)上將上弦桿的棱角縫改為角焊縫。為了節(jié)省鋼材，盡量減少伸出肢的高度，工廠設(shè)計(jì)了焊機(jī)托架。
    　　(2) 手工焊用來焊接平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板、隔板、撐板和接頭板等角焊縫。焊條用E5015，直徑為?φ4 mm或?φ5 mm兩種。
    3.2.5　整體節(jié)點(diǎn)的焊接順序
    　　為了確保整體節(jié)點(diǎn)的焊縫質(zhì)量和制造精度，提高焊接效率，制訂了合理的焊接順序。① 為使部件能夠自由收縮減少焊接殘余應(yīng)力，蓋、腹板對接在單元上進(jìn)行。② 上、下弦桿組成槽形后，焊接槽形內(nèi)兩端頭翼緣角焊縫和隔板角焊縫，為了減小焊接變形，焊接方向從外向內(nèi)側(cè)施焊。③上、下弦桿組成箱形后，為確保整體節(jié)點(diǎn)的制造精度，先焊兩端頭內(nèi)側(cè)翼緣角焊縫，再焊棱角焊縫，最后焊外側(cè)翼緣角焊縫。④ 其它部件和上弦平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板組裝后的焊接。
    　　為確保焊縫質(zhì)量和節(jié)點(diǎn)板部位蓋板的平面度，改進(jìn)坡口尺寸并先焊平聯(lián)節(jié)點(diǎn)外側(cè)角焊縫，然后焊接平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板內(nèi)側(cè)角焊縫、平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板和撐板的角焊縫，矯正后再焊蓋板和撐板的角焊縫。為了改善平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板端部疲勞強(qiáng)度，除將端部修磨勻順外還增加了錘擊。

    4　結(jié)　論
    　　(1) 用優(yōu)選的焊接材料和焊接工藝施焊的各種焊接接頭和生產(chǎn)中采取的多項(xiàng)措施使焊縫外形美觀，內(nèi)部質(zhì)量良好，對接焊縫一次探傷合格率達(dá)到了99.85%，棱角焊縫一次探傷合格率達(dá)到了96.43%，角接焊縫一次探傷合格率達(dá)到了99.13%。超出了歷史最好水平。各項(xiàng)機(jī)械性能均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。
    　　(2) 整體節(jié)點(diǎn)的對接、棱角接和平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板端部的錘擊在我國尚屬首次應(yīng)用，此項(xiàng)新技術(shù)已接近國際先進(jìn)水平。
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