重載鐵路鋼橋焊接工藝分析

李 磊

中鐵一局集團物資工貿有限公司，陜西 西安 710054

1 工程概況

蒙華鐵路（蒙西—華中煤運鐵路）是國內最長的運煤專線，線路全長1837km，規劃設計輸送能力為2 億t/年，其重點工程是蒙華鐵路龍門黃河大橋。蒙華鐵路龍門黃河大橋位于陜西省和山西省交界處禹門口地區，跨越黃河，大橋起始里程DK505+956.100，終止里程DK506+224.600。蒙華鐵路龍門黃河大橋于2016年9月開始修建，2018年9月完工。

橋梁全長268.5m，采用1 ～202m 中承式鋼管混凝土提籃式拱橋，橋面梁長257.1m，鋼結構部分包括鋼管拱、拱上支墩（橫梁）、橋面系縱橫梁三部分，合計約4000t。主橋總體布置見圖1。

2 焊接工藝

鋼橋采用工廠制作、試拼裝完成后運送至施工現場安裝的形式，主要的焊接工作均在工廠內完成。經分析，鋼橋的重點受力部位分別為橋面系整體及拱肋吊點與拱肋連接處，其主要材料為Q370qD 和Q370qE，設計焊縫形式為全熔透對接焊縫及全熔透T 型焊縫，具體焊接工藝見表1。

圖1 主橋總體布置圖（單位：mm）

（1）根據主材材質及焊接方法選取適合的焊材，主材及焊材進廠后按照規定進行第三方檢測，合格后方能施焊。擬選用焊材及適用部位見表2。

（2）根據焊接坡口形式，設計相關焊接參數、選用焊接設備等。擬選用的焊接設備見表3；焊接工藝參數及焊接條件見表4。

（3）根據擬定的焊接參數及條件，制作焊接試板，進行焊接工藝評定，焊接試件根據要求全部送至第三方有資質的檢測單位進行各項性能檢測，檢測結果均合格。

（4）焊接前根據構件形狀制作專用平臺卡具，確保焊接時構件均勻受力，避免受力不均勻集中導致焊接應力集如成本、工藝、企業利潤等因素，質量提升的速度較為緩慢。在選擇焊材時，必須考慮綜合經濟成本，優先選擇質量可靠、穩定的生產廠商。焊材進廠后及時進行第三方檢測，檢測合格后方可投入使用。該工程焊材檢測結果見表5、表6。

表1 接頭坡口形式、焊接方法及代表焊縫

表2 焊接材料及適用部位

表3 擬選用的焊接設備

從表5 和表6 中可以看出，焊材的各項質量出廠及復檢數據均在標準范圍內，且無臨界數據存在，說明焊材的中，減少構件焊接變形。

表4 焊接工藝參數及焊接條件

（5）焊接時，以周圍環境溫度25 ～35 ℃、濕度50%～55%為宜，主要桿件在組裝后24h 內完成焊接，焊接主要在廠房內進行。冬期焊接時，將構件轉移至保溫棚進行焊接，環境溫度不低于5℃。焊接前根據要求對待焊件進行預熱，預熱溫度60 ～150℃。埋弧焊絲所用焊機必須嚴格按照要求進行烘焙，且在空氣中暴露時間不得超過2h。

（6）焊接前必須徹底清除待焊區域內的雜物及有害物，嚴禁在母材的非焊接部位引弧，焊接后及時清理焊縫兩側的焊渣及飛濺物。

（7）針對該橋特點，對于主要受力易疲勞的部位，如錨固系統構件、拱上橫梁及橋面系的支撐等，需要采取以下措施以提高焊縫的抗疲勞強度：①優化接頭設計、合理安排焊接順序，以減少焊接應力集中。②修整焊縫成形不良部位，增加焊趾處的過渡角和過渡半徑。③對關鍵焊縫采用超聲波錘擊處理。

（8）嚴格按照設計要求對焊縫進行無損檢測，檢測不合格的焊縫必須進行返修。同一部位焊縫的返修次數不得大于2 次。

（9）對于因焊接應力導致變形量較大的構件，應及時進行矯正。采用冷矯正時，環境溫度不宜小于5℃，且總變形量不得大于2°；采用熱矯正時，加熱溫度應控制在600～800℃，嚴禁過熱矯正，不宜在同一部位多次重復加熱，且不得錘擊加熱面和用水急冷。

3 要點分析

3.1 焊材質量

隨著鋼企生產工藝的不斷提升，橋梁專用鋼的質量一直處于穩中偏好的局面。而且焊接材料受各種因素影響，質量狀況較穩定。

3.2 焊接工藝

焊接工藝的合理性主要通過對焊接試件進行第三方檢測后的實驗數據所體現。首先焊接完成后，需要對焊縫進行超聲波無損檢測，檢測合格后方能進行接頭拉伸、焊縫金屬拉伸、低溫沖擊試驗、側彎、接頭硬度及宏觀斷面酸蝕等試驗。經第三方檢測機構檢測，所有焊接試件的試驗數據均合格，且無臨界數據存在，這說明擬定的焊接工藝及各項焊接參數滿足該工程項目要求，可以作為實施焊接工藝的依據。

3.3 過程管控

過程管控涉及鋼橋從技術準備到安裝完成的各道工序、各個環節。開工前，制造單位負責人組織編制《鋼橋制造驗收細則》，并根據細則內容編制相應的表格及記錄單，確保每個環節均有據可依、有證可查。其重點控制環節為焊接作業，焊接作業前，需根據焊接工藝評定結果編制焊接作業工藝卡片，工藝卡片信息內容主要有焊接部位、焊縫形式、所用焊材、焊接電流電壓參數、焊道數量等。焊接時有專人進行記錄，每位焊接作業人員都有唯一的焊工號，確保焊接過程全面受控。焊接作業嚴格實行“三檢”制度：自檢、互檢及專檢。并由作業人員、班組長及質量員在質量記錄上簽字確認，最終形成一套完整的質量記錄文件。制作過程中涉及見證取樣的部位，嚴格按照程序提前聯系總包單位相關人員，做好見證取樣記錄。

4 適用性分析

提籃式鋼管拱鋼橋是近年大跨距鐵路橋梁采用的一種常見形式，作為重載鐵路，中承式提籃拱鋼橋具有顯著的代表性。該橋工程地點為我國北方干旱地區，冬季最低溫度為-20℃，夏季最高溫度為42℃，屬于典型的北方氣候環境特點。我國國產橋梁專用鋼按照屈服強度分類，主要有Q235q、Q345q、Q370q 及Q420q 這四個等級，目前Q345q和Q370q 等級的鋼材主要用于鐵路鋼橋。該橋的鋼材主要為Q345q 和Q370q，是鐵路鋼橋主要材料的典型代表。

表5 焊材化學成分復檢表

表6 焊材力學性能復檢表

該橋的焊接工藝編制嚴謹、全面，焊接工藝試驗數據真實，工藝措施合理有效，焊接過程全面受控，焊縫無損檢測合格，整橋施工質量良好。其中，焊接工藝評定及制造驗收細則均按照相關規定進行了專家評審，評審專家給出了較高的評價，一致同意將評審方案應用在此次鋼橋制作中。

5 結束語

重型鋼結構橋梁制作的重要控制點是焊接工藝，而選擇合適的焊接工藝的前提是焊材與母材的匹配選型，尤其是對焊材的選用及各項性能的試驗檢測。綜上所述，該橋的焊接工藝適用性較強，內容全面，對于國內其他重載鐵路鋼橋的制造具有較高的借鑒意義。