港珠澳大橋青州航道橋索塔鋼錨箱焊接技術

范軍旗 徐向軍

港珠澳大橋青州航道橋索塔鋼錨箱焊接技術

范軍旗 徐向軍

介紹了港珠澳大橋青州航道橋索塔鋼錨箱的結(jié)構(gòu)特點、制造工藝和采取的工藝措施，通過焊接試驗確定了耐候鋼的焊接材料和焊接工藝，有效控制了鋼錨箱的焊接變形，保證了鋼錨箱的制造精度。

1. 工程概述

港珠澳大橋的青州航道橋為鋼箱梁斜拉索橋，斜拉索在塔端的錨固方式包括混凝土錨固及鋼錨箱錨固兩種，第1～第2對斜拉索直接錨固在混凝土底座上，第3～14對斜拉索錨固在鋼錨箱上，鋼錨箱節(jié)段效果如圖1所示。

2. 焊接難點

在港珠澳大橋青州航道橋索塔鋼錨箱鋼結(jié)構(gòu)制造過程中，焊接方面存在以下難點：

第一，鋼錨箱采用Q355NHD耐候鋼，這是我國耐候鋼首次在索塔鋼結(jié)構(gòu)上應用，需要選擇與耐候鋼板相匹配的焊接材料，保證焊接接頭的力學性能和耐候性能。

圖1 青州航道橋鋼錨箱節(jié)段效果

第二，鋼錨箱制造和安裝精度高，結(jié)構(gòu)復雜，鋼板厚度大，且多為熔透角焊縫和深坡口角焊縫，焊接量大，必須采取有效措施控制鋼錨箱的焊接變形，才能保證外形尺寸精度。

3. 焊接性試驗和焊接工藝評定試驗

在青州航道橋索塔鋼錨箱投產(chǎn)前，對鋼錨箱主要材質(zhì)Q355NHD耐候鋼進行了焊接性試驗和焊接工藝評定試驗，試驗用鋼板的化學成分和力學性能如表1和表2所示。

根據(jù)鋼錨箱的制造工藝、接頭形式和耐候鋼的化學成分特點，全部焊縫采用CO2氣體保護焊，林肯的藥芯焊絲LW—81Ni1（φ1.2mm）焊接，焊絲的化學成分和力學性能如表3所示。

（1）焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗 按照《焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗方法》（GB4675.5）對板厚24mm、50mm的Q355NHD耐候鋼板進行焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗，采用φ4mm的E8018—W2（JAC—818W）焊條焊接。結(jié)果板厚

24mm和50mm的Q345qDNH鋼板的焊接熱影響區(qū)最高硬度分別為397HV10和410HV10，均高于380HV10，說明鋼板的焊接性較差。

表1 試驗用Q355NHD鋼板化學成分（質(zhì)量分數(shù)） (%)

表2 試驗用Q355NHD鋼板力學性能

表3 焊絲的化學成分和力學性能

（2）Q 3 5 5 N H D耐候鋼斜Y坡口焊接裂紋試驗 對板厚24mm、50mm的Q355NHD耐候鋼板進行斜Y坡口焊接裂紋試驗，參照《焊接性試驗斜Y坡口焊接裂紋試驗方法》（GB4675.1）進行，采用φ1.2mm的LW—81Ni1藥芯焊絲CO2氣體保護焊。

通過Y坡口焊接裂紋試驗結(jié)果確定了Q355NHD鋼板的焊接預熱溫度：當板厚≤24mm時，不預熱；當板厚＞24~40m m時，預熱80~120℃；當板厚＞40~80mm時，預熱120~150℃。

（3）焊接工藝評定試驗 根據(jù)鋼錨箱的焊接接頭板厚組合和焊接位置，選擇典型焊縫進行焊接工藝評定試驗。部分焊接工藝評定試驗項目如表4所示,焊接參數(shù)如表5所示，接頭力學性能試驗結(jié)果如表6所示，圓柱頭焊釘接頭力學性能試驗結(jié)果如表7所示，結(jié)果全部滿足設計要求。

4. 焊接變形控制

鋼錨箱制造和安裝精度高，單個箱體的長度和寬度允許偏差±2mm，高度允許偏差±1mm，箱口對角線偏差≤3mm，拼裝后整體垂直度偏差≤H/4 000（順橋向和橫橋向），即鋼錨箱組裝后的整體高度30 500mm，整體垂直度偏差≤7.6mm。由于鋼錨箱結(jié)構(gòu)復雜，鋼板厚度大，主要焊接結(jié)構(gòu)最大板厚80mm，且多為熔透角焊縫和深坡口角焊縫，焊接量大，所以控制鋼錨箱的焊接變形，保證外形尺寸精度難度很大。

我們總結(jié)多座大橋鋼錨箱制造的經(jīng)驗，從下料、加工、組

裝、焊接等各個工序制定了一系列的焊接變形控制措施。

表4 鋼錨箱Q355NHD耐候鋼部分焊接工藝評定

第一，板件采用精度高的數(shù)控機床下料，該設備具有自動劃線和噴號功能，在下料前將母材各類信息噴寫在各個零件上，同時劃出后續(xù)組裝基線，取消了人工劃線工序，避免出現(xiàn)人為偏差，提高效率和精度。

第二，錨頭單元組焊完成后，按照不同錨箱角度對兩側(cè)端面整體機加工，保證組裝精度。

第三，采用熱輸入小、熱量集中的氣體保護焊方法焊接，采取對稱施焊措施，焊接過程中隨時檢測焊接變形，及時配合火焰修整，確保鋼錨箱的焊接變形得到有效控制（見圖2）。

第四，對鋼錨箱連接端面劃線，并進行整體機加工（見圖3），保證連接面密貼。

表5 焊接參數(shù)

表6 接頭力學性能試驗結(jié)果

表7 圓柱頭焊釘接頭力學性能試驗結(jié)果

第五，為了保證橋位鋼錨箱順利架設，在發(fā)往工地前，對鋼錨箱進行立體試拼裝，外形尺寸檢查合格后，桿件運往工地架設。由于桿件制造幾何精度高，工廠內(nèi)鋼錨箱立體試拼裝過程順利，使得整體組裝精度結(jié)果滿足設計要求。

5. 結(jié)語

經(jīng)過我公司員工的共同努力，進行了港珠澳大橋青州航道橋索塔鋼錨箱Q345DNH耐候鋼的焊接試驗，確定了鋼錨箱焊接工藝，有限控制了焊接變形，該工藝成功應用于實際制造中，工程質(zhì)量得到監(jiān)理和業(yè)主的好評，為今后類似工程奠定了基礎。

圖2 鋼錨箱焊接

圖3 連接面整體機加工

范軍旗、徐向軍，中鐵山橋集團有限公司。