超寬橋面大跨度轉體斜拉橋鋼箱梁數控套料焊接施工技術

朱立新

（中鐵九局集團有限公司，遼寧 沈陽 110013）

1 工程概況

昆山路高架橋工程跨線主橋為鋼箱梁轉體斜拉橋，跨徑布置為155m+120m，分為44 個梁段，共13 種類型。主梁中心梁高2.5m，頂板寬31m，1.5%的雙向橫坡，底板寬22.02m，橫向為平坡。鋼箱梁共重4264t。本工程通過對數控套料、數控火焰切割、埋弧自動焊、藥芯焊絲CO2氣保焊、剛性支架系統焊接質量控制等方面嚴格把控，順利完成了鋼箱梁的焊接、安裝工作，解決了超寬橋面、大跨度、鋼箱梁高精度焊接制作的難題。

2 超寬橋面鋼箱梁焊接技術特點

2.1 數控套料特點

將FastCAM 與CAD 結合，對比零構件尺寸進行繪圖和套料，自動生成智能數控切割機代碼，以圖形的方式演示切割機的切割過程。

2.2 數控火焰切割技術特點

使用增益天然氣作為火焰切割燃氣替代傳統乙炔、丙烷、液化氣，不僅節約了成本，而且解決了傳統燃料遇冷汽化影響生產進度的難題。

2.3 埋弧自動焊接技術特點

平接焊縫采用雙絲埋弧自動焊接，可實現小于20mm 厚度鋼板免開坡口焊接，減少了開坡口及清根程序，提高了工作效率。

2.4 藥芯焊絲CO2 氣體保護焊技術特點

廠內及現場的鋼梁焊接采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊。不僅能提高焊縫性能，而且焊縫效率高、焊接變形小、焊縫成形美觀。

2.5 剛性胎架結合鋼管支架系統控制焊接質量

在廠內制作統一可調整線型的具有一定剛度的胎架，現場搭設具有足夠穩定性的臨時支架，并且在連接節段處設置馬板，焊接完成后再拆除，來確保鋼梁焊接的收縮量及幾何尺寸。

3 施工工藝流程及關鍵技術要點

3.1 鋼箱梁焊接施工工藝流程

利用數控套料、數控火焰切割的方式生產鋼箱梁零構件；采用埋弧自動焊與藥芯焊絲CO2氣保焊的焊接工藝完成鋼箱梁的廠內焊接及現場拼接；通過廠內剛性胎架與現場穩定的臨時支架系統控制鋼箱梁的制作及拼接質量。鋼箱梁焊接施工工藝流程見圖1。

圖1 鋼箱梁焊接施工工藝流程

3.2 鋼箱梁焊接施工操作要點

3.2.1 數控套料

由于CAD 繪制的零件圖難免會有多余的點，重疊的線，以及連續小折線組成的曲線，如果直接拿這種DWG 文件進行套料編程切割，就會造成切割機跑空車、重復切割、頻繁加減速等現象，不僅影響切割效率和切割質量，還會對切割機造成傷害。所以套料前一定要使用FastCAM 軟件的CAD 優化功能，對DWG 文件進行優化處理。最后通過FastPLOT 程序對套料結果進行檢驗，校驗過程中可以通過切割軌跡和分布模式檢驗套料結果是否符合原有設想，發現不足之處及時調整。

3.2.2 構件切割下料

切割供氧采用液氧，雖然一次性投入大，但是切割速度快，切割斷面光滑整齊，切割縫窄，節省了大量后續處理的時間和人工成本，綜合經濟指標高。

3.2.3 試件焊接、確認焊接參數

全橋采用Q345qe 鋼材，根據設計要求及工程的實際制造情況，雙絲埋弧自動焊應用于頂板、底板、腹板的對接焊縫；CO2氣體保護焊應用于箱室內的焊接及現場安裝焊接。埋弧自動焊選擇CHW-STH550-Ⅲ型焊絲（φ4mm），焊材滿足《埋弧焊用高強鋼實心焊絲、藥芯焊絲和焊絲-焊劑組合分類要求（GB/T 36034—2018）》；CO2氣體保護焊選擇GFR-81W2（φ1.2mm）藥芯焊絲，TH550-NQ-Ⅲ型（φ1.2mm）實心焊絲，保護氣體CO2濃度不低于99.5%，焊材滿足《氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲（GB/T 818.2008）》。箱梁各梁段主要構件鋼板厚度參數見表1。

表1 箱梁各梁段主要構件鋼板厚度參數

3.2.4 焊接試件接頭方式及焊接方法

試件1：t=40、32（t×150×400，各2 件）。

焊接位置：平焊對接。

焊接方法：實心焊絲CO2氣保焊打底，雙絲埋弧自動焊填充、蓋面。

試件2：t=20、16、12（t×150×400，各2 件）。

焊接位置：平焊對接。

焊接方法：實心焊絲CO2氣保焊打底，雙絲埋弧自動焊填充、蓋面。

試件3：t=26+20（26×150×400，20×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：藥芯焊絲CO2氣保焊。

試件4：t=26+32（26×150×400，32×150×400，各1 件）。

焊接位置：仰焊角接。

焊接方法：藥芯焊絲CO2氣保焊。

試件5：t=16+12（16×150×400，12×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：藥芯焊絲CO2氣保焊。

試件6：t=8+20（8×150×400，20×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：藥芯焊絲CO2氣保焊。

試件7：t=8+20（8×150×400，20×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：藥芯焊絲CO2氣保焊。

3.2.5 鋼箱梁廠內埋弧自動焊焊接制作

鋼箱梁平焊對接采用埋弧自動焊，本工法通過對焊接參數的調整實現了小于20mm 厚度鋼板免開坡口焊接，采用對接平焊方式即可滿足焊接要求。焊接電流分別通過兩根獨立的焊絲，當焊絲間距小于50mm 時，兩根焊絲共同形成一個共熔池，較長的熔池長度使冶金反應更為充分。不僅能提高焊接速度、改善焊縫質量，也可以滿足不同板厚的對接和交接及堆焊的應用要求。

3.2.6 藥芯焊絲CO2 氣體保護焊

在廠內部分鋼梁構件連接及現場鋼梁焊接施工過程中，采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊。

生產效率方面：與實心焊絲相比，由于藥芯焊絲焊接飛濺少、焊縫成形好，減少了清除飛濺與修磨焊縫表面的時間，因此生產效率高。

鋼材的適應性方面：與實心焊絲相比，由于藥芯焊絲一般是通過藥芯過渡合金元素，可以像手工焊條那樣方便地從配方中調整合金成分，以適應被焊鋼材的要求。

使用成本方面：與手工焊條及實心焊絲相比，雖然藥芯焊絲本身的價格高，但對于大型工程來講，使用藥芯焊絲后，生產周期縮短且焊縫質量容易保證，所以帶來的綜合效益很高。

3.2.7 鋼梁吊裝

鋼箱梁采用工廠集中制作成型，運至施工現場后，整跨式一次吊裝到位。

（1）起吊點設立：為保證鋼箱梁不變形，吊梁點設置在梁端部橫隔板的加強處，并配備扁擔梁使其在吊裝過程中始終受豎向力。

（2）掛鉤：當鋼梁運到起吊位置時，起重工開始分別拴繩扣，吊車收繩使鋼絲繩稍微吃上力，保持吊鉤始終與鋼梁中心垂直。

（3）試吊：使鋼梁稍微離開加工平臺一段距離，并保持一段時間，觀察吊車支腿有無變化，若無變化則可以勻速起吊，當起升高度超過臨時支架0.5m 時，方可開始回旋就位。

（4）當確定支架頂上沒有異物，同時在指揮人員下達命令后方可落鉤，梁段緩慢勻速落下，支穩找正，并按要求完成所有的限位結構后才可完全摘鉤。

4 結語

昆山西路與304 國道連通—高架橋工程跨線主橋為鋼箱梁斜拉橋，跨徑布置為155m+120m，鋼箱梁分為44 個梁段，共13種類型。主梁采用正交異性橋面板鋼箱梁，中心梁高2.5m，頂板寬31m，1.5%雙向橫坡，底板寬22.02m，橫向為平坡。鋼箱梁總重4264t。鋼箱梁采用廠內分節段制作，現場吊裝焊接的方式架設。開工、竣工時間2018年11月10日—2019年7月1日，鋼梁外觀及探傷檢測均達到規范要求。