橫隔板平面度的控制

張海燕(中鐵山橋集團有限公司,河北秦皇島 066200)

橫隔板平面度的控制

張海燕(中鐵山橋集團有限公司,河北秦皇島 066200)

橫隔板是使橋梁成為空間整體結構的重要組成部分,在梁段組裝時起內胎的作用,對其平面度的控制是橫隔板制造精度的關鍵。橫隔板在車間的制作過程中,對其平面度控制應該從鋼板、下料、組焊、修整等幾個方面考慮。組焊時焊接機器人的使用對橫隔板平面度的控制尤為重要。

橫隔板平面度 鋼板 下料 焊接機器人

1 簡述

在橋梁結構中，橫隔板是為保持截面形狀、增強橫向剛度而在梁內設置的構件，它是使橋梁成為空間整體結構的重要組成部分，在梁段組裝時起到內胎的作用，其制造精度直接影響到梁段的幾何尺寸和相鄰梁段箱口間的匹配精度。因此，橫隔板制造是鋼箱梁制造的關鍵之一。橫隔板的平面度是在橫隔板的制造中始終要保證的一個量，可以說確保橫隔板的平面度是橫隔板制造精度的關鍵。

應怎樣保證橫隔板的平面度、精度呢？現以港珠澳大橋崖十三梁段橫隔板為例。分析一下橫隔板的平面度控制。

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，是連接香港特別行政區、廣東省珠海市、澳門特別行政區的大型跨海通道，是國家高速公路網規劃中珠江三角洲地區環線的組成部分和跨越伶仃洋海域的關鍵性工程。港珠澳大橋工程包括三項內容：一是海中橋隧工程；二是香港、珠海和澳門三地口岸；三是香港、珠海、澳門三地連接線。港珠澳大橋主體橋梁工程全長約22.9km，其中CB01、CB02合同段起于島隧工程結合部非通航孔橋西端，起點樁號為K13+413，經深水區非通航孔橋、跨越崖13－1氣田管線橋、青州航道橋、江海直達船航道橋，止于淺水區非通航孔橋，終點樁號為K29+237，全長約15.824km。圖1跨越崖13－1氣田管線橋為整幅變截面鋼箱連續梁，梁寬33.1m，中墩墩頂5m區段梁高6.5m，墩頂等高梁段兩側各37.5m區段梁高從6.5m線性變化至4.5m，其余區段梁高為4.5m。

圖1 跨越崖13－1氣田管線橋

圖2 橫隔板的組成

2 橫隔板的平面度控制

2.1 橫隔板的種類,組成

跨越崖13－1氣田管線橋橫隔板分為普通橫隔板、支座處橫隔板和端橫隔板。除端橫隔板外，其余橫隔板均分為上、下兩部分，上部接板、下部橫隔板。接板與頂板連接，橫隔板上設置水平加勁和豎向加勁，人孔和管線孔處設置人孔加勁和管線孔加勁，如圖2橫隔板的組成。

圖3 等高段橫隔板的劃分

圖4 數控切割機自動劃線和噴寫標識

2.2 橫隔板的平面度對板單元劃分的要求

由于橫隔板的幾何尺寸比較大，在焊接及板單元的吊裝運輸過程中長桿件容易產生變形，影響橫隔板的平面度，因此在投入生產以前，需對橫隔板進行板塊劃分，尤其是梁段變高部位的橫隔板，高度方向上也要進行劃分。板單元的劃分除了要考慮橫隔板的平面度外還要綜合考慮鋼板的大小、橫隔板的工地組裝、焊接強度等情況。對于本橋的斷面尺寸比較大的變高梁段橫隔板采用的是車間下料，現場組裝的方案，而對于等高梁段的橫隔板只有長度方向的劃分，車間采用先進工藝和先進機器，精準組裝，批量生產，能夠很好的控制橫隔板的平面度，如圖3等高段橫隔板的劃分。

2.3 橫隔板的鋼板與號料

橫隔板的平面度在橫隔板的制造中是始終都保證的一個量，要保證橫隔板的平面度就要從鋼板說起。橫隔板制造所用的鋼板材料應為檢驗合格的材料。鋼板的不平直、銹蝕、油污等都會影響橫隔板的號料或切割質量，所以在號料前應矯正和清理。鋼材的起吊、搬移、堆放過程中，應注意保持其平直度。

橫隔板的作樣和號料應嚴格按施工圖紙和制造工藝要求進行。

2.4 橫隔板在切割下料中對平面度的控制

橫隔板本身形狀特殊，本橋鋼板下料采用效率高，切割面質量好，能確保零件尺寸精度的空氣等離子切割設備，數控等離子切割，劃線的精度達到±0.5mm，切割精度達到±1mm，完全能夠滿足港珠澳大橋橫隔板切割精度及平面度的技術要求。同時該設備還帶有自動劃線和噴號功能(如圖4)，可以在下料前將母材各類信息噴寫在各個零件上，實現零件材質跟蹤，還可以同時劃出板肋組裝基線，取消了人工劃線工序，避免出現人為偏差，提高效率和精度。隔板板肋下料采用數控火焰切割，下料后，要進行趕平和調直，保證板面平整和直線度(表1)。鋼板下料中的平直，是保證板單元平整的基礎。

2.5 橫隔板組焊時對平面度的控制

保證橫隔板的平面度，最關鍵的工序就是組焊。

2.5.1 組焊的技術難題

(1)板單元加工，薄板單面加勁板焊接，不均勻變形。

港珠澳大橋跨越崖13－1氣田管線橋鋼箱梁中，普通橫隔板等高段板厚為12mm、變高段板厚為16mm、主墩支座處橫隔板板厚為26mm、24mm，其中以12mm為主。橫隔板均采用單側加勁形式，這樣所有勁板焊接都在一側，使得鋼板單面受熱變形，板面不平影響長寬尺寸及力的傳遞。

(2)橫隔板單元加勁肋目前主要采用氣體保護半自動方法手工焊接，受人為因素的影響，焊接質量不穩定，焊接變形大。

2.5.2 處理措施

(1)使用CO2氣體半自動焊時對橫隔板平面度的控制。傳統的使用CO2氣體半自動焊機的橫隔板制作，先制造反變形胎架，橫隔板單元組焊在反變形胎架上實施，能大幅抵消橫隔板板肋單面焊接所造成的單面彎曲；注意定位點焊間距及大小，定位焊縫應距設計焊縫端部30mm以上，定位焊縫長度為50～100mm，定位焊縫間距一般為400～600mm。加勁肋角焊縫定位焊的焊角尺寸不大于3mm。定位點焊對分步焊接前后溫差影響所產生的變形有較好的控制作用；注意焊接順序，先對稱焊接橫隔板上豎向加勁肋、水平加勁肋與橫隔板間角焊縫，再焊接人孔、管線孔圍板角焊縫，最后焊接人孔、管線孔圍板對接焊縫，這樣可以減少橫隔板在焊接過程中的變形，確保橫隔板的平面度。

圖5 橫隔板單元自動化焊接系統

表1 零件矯正允許偏差(mm)

表2 橫隔板單元矯正允許偏差(mm)

(2)焊接機器人焊接時對橫隔板平面度的控制。CO2氣體保護半自動方法手工焊接受人為因素的影響，焊接變形大，焊接質量不穩定，橫隔板的平面度不好控制。如果采用機器人自動化、智能化焊接系統，將橫隔板的焊接順序和焊接規范參數等信息輸入程序，通過程序控制橫隔板上加勁肋的焊接，質量穩定，焊接變形小，焊接效率高。本橋在控制橫隔板的平面度、精度，最大的創新就是將焊接機器人應用于橫隔板單元焊接(如圖5)，其焊接質量好，生產效率高。根據港珠澳大橋橫隔板的結構特點，焊接機器人系統采用龍門式結構，龍門架在縱向軌道上縱向行走，機器人在門架橫梁上橫向移動，使系統具有足夠大的作業范圍，能夠滿足橫隔板單元的焊接。采用兩個機器手加托盤的構造，托盤帶動兩個機器手同時旋轉和移動，使兩個機器手在焊接范圍內可以實現所有方向的同時焊接和同一板肋兩側焊縫同時施焊。機器手之間具有通信功能，能夠根據其中一個機器手的施焊情況同步對另一機器手進行修正調整。但是受結構形式和施焊空間等條件的制約，某些部位的焊接仍需要采用手工半自動焊工藝。為實現對焊接過程的有效控制，確保焊接質量的穩定性，開發應用了先進的焊接數據管理系統。

傳統的焊接質量控制，主要靠質檢人員現場巡視檢查焊工對焊接工藝的執行情況，可控性差。通過建立焊接數據管理系統，可以將焊接參數輸入焊接設備，通過局域網實現在線監控，對施焊過程中的焊接電流、電壓、施焊速度等參數實現實時記錄，保證每條焊縫的焊接質量具有可控性和可追溯性。提高了對橫隔板平面度控制的技術含量。

2.5.3 焊后修整

圖6 橫隔板的檢測驗收

焊后修整是確保橫隔板平面度最后的工序。板單元在焊接后產生的焊接變形，是導致橫隔板不平的最主要的原因，通常采用火焰矯正的工藝方法對橫隔板進行矯正。其工藝的特點是：在板單元的背面焊縫的位置加熱，通過鋼板應力釋放，使得板單元達到“修平”的目的。采用反變形翻轉胎架預設反變形，使得板單元焊接后的變形得到控制，而使用焊接機器人船位焊接則使焊縫的外觀質量得到了更大的提高，從而大大減少了火焰修整量。橫隔板單元焊后修整允許偏差見表2。

2.6 橫隔板的驗收

利用良好的鋼板，采用精準的下料，采用焊接機器人自動焊接，橫隔板的平面度得到了很好的控制，經檢測驗收，橫隔板的平面度完全達到了技術要求的精度，如圖6。

[1]TB 10202-2009.鐵路鋼橋制造規范[S].

[2]CJJ2-2008,城市橋梁工程施工與質量驗收規范[s].

[3]GB50017-2003,鋼結構設計規范[p].

[4]陳祝年,焊接工程師手冊[M].北京:機械工業出版社,2012.

[5] 魏云詳,胡廣瑞,徐向軍.港珠澳大橋自動化課題研究中間成果報告10.10修訂,2013.

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