中寧黃河特大橋鋼桁梁中厚板焊接工藝

【摘要】 對國產橋梁用鋼Q370qE進行了焊接工藝研究，通過對16～36mm中厚板的各種焊接接頭型式的焊接工藝試驗，總結出了Q370qE中厚板焊接工藝參數，可供類似工程參考。

【關鍵詞】 Q370qE；鋼焊接；焊接工藝評定；力學性能；焊接參數

一、鋼橋焊接結構概況

1.工程概況

中寧黃河特大橋是太（太原）、中（中寧）、銀（銀川）鐵路控制性工程，位于寧夏回族自治區中寧縣境內，是國內目前最長的黃河特大橋，屬國家重點工程。中寧黃河特大橋全橋長4459米，118個敦臺，其中全橋有6跨L=96m雙線簡支鋼桁梁。鋼桁梁采用無豎桿三角桁架，桁高12.3m，節間長度12m，主桁中心距11.2m。

2.焊接結構形式

中寧黃河特大橋栓焊結構主要由主桁、橫梁、縱梁、上平聯、橫聯五個部分組成。主桁、橫梁、縱梁設計材質Q370qE，焊接接頭-40℃沖擊值不得低于《橋梁用結構鋼（GB/T714-2000）》鋼材標準。

主桁箱型桿件蓋板與豎板的棱角接頭為開坡口部分熔透焊縫，熔透深度在13～28mm之間，且附加焊角高度不小于5mm。

橫梁箱型桿件的蓋板與豎板棱角接頭為開坡口部分熔透焊縫，熔透深度12mm。橫梁與縱梁聯接的連接板為部分熔透角焊縫，橫梁上蓋板與縱梁端部上蓋板對接全熔透工地焊接。縱梁兩端上蓋板與橫梁上蓋板對接全熔透工地焊接。

3.設計選用鋼材標準

設計采用Q370qE鋼材，技術條件滿足《橋梁用結構鋼》GB/T714-2000要求。

Q370qE鋼板，設計文件要求，鋼板應正火狀態交貨，鋼板沖擊韌性：板厚＞24mm時，-40℃時Akv應大于120J；厚度小于或等于24mm時，-40℃時Akv應大于100J。性能優越的耐寒材料保證了低溫條件下大橋的質量。

4.焊縫力學性能要求和焊接工藝評定試驗規定

(1)焊縫強度：對接焊縫、角接焊縫屈服強度、抗拉強度不低于基材標準（GB/T714-2000）。

(2)焊接接頭韌性：對接焊縫及受拉的開坡口的角接焊縫，-40℃時的卻貝沖擊功不小于41J；角接及棱角接焊縫，-30℃時的卻貝沖擊功不小于34J。

(3)焊接接頭冷彎：對接焊縫180°冷彎不裂。

(4)焊縫伸長率：δ=6～16mm時δ5≥21%，δ＞16mm時δ5≥20%。

二、焊接方法及焊接材料的力學性能

1.焊接方法

本橋采用埋弧自動焊、藥皮焊條手工電弧焊和富氬混合氣體保護焊完成此結構的焊接工作。

2.焊接材料的化學成份和力學性能

焊接材料的化學成份和力學性能，見表1、表2。注：①表中數據化學成份為最大值，力學性能為最小值。②表中數據供貨單位提供。

3.焊材力學性能與母材力學性能的比較

選用的焊接材料力學性能均匹配設計母材，焊接材料力學性能滿足要求。

三、試板接頭形式及焊接條件

1.試板接頭形式及施焊工藝參數

根據設計文件和《鐵路鋼橋制造規范》（TB10212-98）的規定，結合本橋結構的焊接接頭形式及擬采取的焊接方法。焊接工藝評定，選出7組試板，分別對對接接頭、T形接頭、箱形棱角接頭三種形式進行評定試驗。焊接試驗接頭型式、方法、材料和擬定的焊接參數表3。

2.試板的焊接條件

試件采用火焰切割下料，坡口采用火焰切割，用砂輪打磨光順。坡口角度誤差±5°。試件焊接選擇操作技能較好的焊工進行，施焊地點在室內。

焊接均采用直流電源，工件接電源負極。焊前對工件進行了預熱，預熱溫度80-100℃。焊接為多道焊，層間溫度未超過150℃。焊接背面的清理采用碳弧氣刨清根，砂輪打磨的方法。焊接電流、電壓及速度，按初步作業指導書進行。

焊條和焊劑在使用前進行烘干，烘干溫度300～350℃，并保溫2小時后取用。

3.試板的焊縫檢查

(1)外觀質量

試件焊縫外觀成型良好，未見裂紋、夾渣，未熔合、未填滿弧坑和焊瘤等缺陷。

(2)內部探傷

試件焊接完成24小時后，均進行超聲波探傷。對接接頭質量水平達到《鐵路鋼橋制造規范》規定的Ⅰ級要求；3＃、4＃、6＃角接頭達到Ⅱ級要求。

4.焊接試驗結果匯總及數據分析

焊接接頭力學性能試驗委托中國船舶工業武漢材料與結構試驗檢測中心進行性能試驗。試驗結果匯總及分析見表4。

5.試驗結論

本橋焊接工藝試驗通過了專家評審組的評審，評審認為：焊接工藝評定試驗，選擇Q370qE鋼7組有代表性的焊接接頭，采用擬定的初步焊接工藝進行施焊。經檢驗，試件焊縫金屬拉伸、接頭拉伸、接頭沖擊和彎曲試驗結果均符合設計文件和《橋規》中關于試驗驗收要求，各項力學性能試驗結果均大于基材標準。各試件的宏觀酸蝕試驗，均未發現裂紋、未熔合、夾渣、未填滿弧坑和焊瘤等缺陷。硬度試驗結果，最高硬度為HV222，未超過HV350的規定。

擬定的焊接工藝基本合理，各項試驗結果均滿足設計和《橋規》要求，擬定的焊接工藝可以作為正式工藝應用于實際產品焊接。

參考文獻：

[1]陳祝年．焊接工程師手冊．北京：機械工業出版社，2002

[2]馬立鵬，徐向軍.武漢天興洲公鐵兩用長江大橋焊接工藝評定實驗．鋼結構雜志論文集，2008

[3]哈爾濱焊接研究所．14MnNbq鋼焊接材料、焊接工藝試驗研究[R].哈爾濱：哈爾濱焊接研究所，1998