板單元U形肋角焊縫全熔透焊接技術研究

劉志新，常國光，劉斌，喬春江

中鐵山橋集團有限公司 河北秦皇島 066299

正交異性橋面板由面板、縱肋和橫肋組成，三者互為垂直焊接而成，其結構板件眾多，受力復雜，長期承受反復的交通荷載作用。縱肋分為開口肋和閉口肋，其中閉口肋形狀主要為U形肋。目前采用的正交異性鋼橋面板，由于U形肋內部空間狹小，難以實現內部焊接，U形肋與頂板之間的角焊縫通常采用單面坡口焊接。然而，橋梁在使用過程中，由于受到車輛行走產生的交變荷載，常常在U形肋的內根部產生疲勞裂紋，導致U形肋的焊縫位置成為鋼橋梁安全隱患的高發區，直接影響橋梁結構安全和行車安全[1]。

針對U形肋角焊縫易出現疲勞裂紋這一問題，提出了一種U形肋角焊縫的雙面熔透焊焊接工藝，并進行了相關性能試驗。

1 試驗設備

本試驗所用主要焊接設備包括U形肋內焊專機、深熔脈沖焊機、龍門焊接機器人三種，設備詳細介紹見表1。

2 試驗方法

試驗用鋼板牌號Q345qD，U形肋板厚為8mm，面板板厚為16mm，坡口形式如圖1所示。U形肋內焊設備采用唐山開元制造的U形肋內焊專機，焊接方法為實芯富氬氣體保護焊，焊接位置為平角位。U形肋坡口側（即外側）打底焊采用YD-500GS脈沖深熔焊機作為電源、機械焊接小車（見圖2）作為行走機構，焊接方法為實芯富氬氣高速脈沖焊，焊接位置為船位，打底焊前不清根。U形肋外側坡口采用龍門焊接機器人進行蓋面焊接，焊接方法為藥芯CO2氣體保護焊，焊接位置為船位。試驗用實芯焊絲為ER50-6，藥芯焊絲為E500T-1，實芯富氬氣保護焊及實芯富氬氣高速脈沖焊保護氣體為80%Ar+20%CO2，藥芯CO2氣體保護焊保護氣體為CO2（≥99.5%）。

圖1 U形肋坡口細節

表1 主要焊接設備介紹

圖2 HCD500-6機械焊接小車

3 試驗過程

3.1 組裝

組裝前將U形肋坡口兩側30mm范圍內的鐵銹、油污等清除干凈，并打磨至露出金屬光澤，采用U形肋組裝機器人在U形肋坡口側進行定位焊，定位焊長度為50～100mm，間距400～600mm，組裝間隙在0～0.5mm內。

3.2 焊接

（1）U形肋內角焊縫的焊接 采用U形肋內焊專機進行U形肋角焊縫的內部焊接（見圖3），焊接參數見表2。為防止焊漏，調整焊絲邊緣與角焊縫根部的距離為1mm。

圖3 U形肋內角焊

表2 U形肋內角焊縫焊接參數

（2）U形肋坡口側打底焊 焊前將定位焊打磨清除，焊接參數見表3。

表3 U形肋坡口側打底焊焊接參數

（3）U肋坡口側蓋面焊 采用焊接機器人進行U形肋坡口側蓋面焊，焊接參數見表4。

4 試驗結果

4.1 焊縫外觀

U形肋角焊縫外觀如圖4所示，從圖4中可以看出，U形肋內角焊縫及外側角焊縫成形良好，焊縫表面無飛濺、氣孔、咬邊等缺陷。

圖4 U形肋角焊縫焊縫外觀

4.2 焊縫無損檢測試驗

焊后24h進行相控陣超聲波檢測，檢測結果為合格。

4.3 U形肋角焊縫宏觀斷面

U形肋角焊縫宏觀斷面如圖5所示，從圖5中可以看出，U形肋角焊縫已實現熔透焊接，焊縫根部熔合良好。

表4 U形肋坡口側蓋面焊焊接參數

圖5 U形肋熔透角焊縫宏觀斷面

5 結束語

通過采用板單元U形肋內焊+外焊的方式，實現了U形肋角焊縫的不清根熔透焊接，U形肋內角焊縫與U形肋外角焊縫熔合較好，焊縫外觀質量良好、探傷結果合格。本工藝全部采用機械化生產，生產效率高，可用于車間大生產。