波形鋼腹板PC連續剛構橋施工中自動化焊接技術的應用

付凱斌

（廣東冠粵路橋有限公司，廣州 511450）

1 引言

自動化焊接技術已經在各行各業中得到了廣泛的應用，但是在波形鋼腹板PC 連續剛構橋中的應用更是處于初級階段。近年來，橋梁工程對成品焊接質量不斷提高，考慮到自動化焊接與傳統手工焊接相比具有較大優勢，如能夠有效提升焊接效率、品質和作業環境，降低能源、材料消耗和作業強度，保護環境，節約生產成本，開展自動化焊接技術在波形鋼腹板PC 連續剛構橋懸臂施工階段的應用研究具備重要社會經濟效益[1]。

2 工程概況

九綿高速LJ20 標蜈蚣口特大橋全長311 m，跨徑設計為75 m+160 m+75 m，上部結構為波形鋼腹板連續剛構，主梁單箱單室，頂板寬12.6 m，底板寬7.5 m，翼緣懸臂2.55 m，翼緣端厚20 cm，懸臂根部厚80 cm，頂板厚30 cm，墩頂位置局部加厚至130 cm；跨中及邊跨合龍段梁高4.0 m，墩梁結合的根部斷面及0 號梁段高10 m；底板厚從120 cm 漸變至35 cm，梁高、底板厚度采用1.8 次拋物線。橋梁下部結構采用雙薄壁墩。其中，上部結構波形鋼腹板的安裝定位，涉及鋼板與混凝土的連接施工，節段施工過程中每塊波形鋼腹板成品之間需要進行連接。本橋采用的是搭接連接，即先用螺栓臨時固定，在雙面貼角焊，焊接作業通常是在波形鋼腹板安裝精確定位，擰緊連接螺栓，固定好臨時支撐體系之后開始。而該橋共有340 塊波形鋼腹板，最大板高達7.9 m，即最長的一道豎向角焊縫高度達7.9 m，橋上焊接工作量非常巨大。考慮到自動化焊接技術有助于提升工作效率，優化高空和惡劣環境下的可操作性，項目擬采用該技術開展懸臂施工焊接，并且對其應用效果進行分析。

3 自動化焊接設備選型

3.1 設備類別

設備選型時遵循安全性、經濟性、先進性和適用性原則，且自動焊接設備需要滿足現場實際需求。目前，市面上用于自動化焊接的設備主要包括剛性自動焊接設備、自適應自動焊接設備及自適應自動焊接設備3 種，品牌主要包括威王、通用/TAYOR、銀象焊機、瑞凌/RILAND、索力得/SOLID、松勒、龍韻/LOMVUM、華奧焊機、凱爾達/Kaierda、華意隆/HYL、上海庫奇HCD 系列等。本工程選用上海庫奇HCD500-8 自動焊接小車進行波形鋼腹板的焊接施工。

3.2 設備規格及技術參數

HCD500-8 是采用齒輪、齒條驅動的垂直行走焊接裝備，廣泛應用于水平對接焊、立向對接焊和橫焊，特別適合厚板焊接，該自動化焊接設備無須編程。小車主要組成包括行走本體、擺動裝置及控制面板，在可拆卸的軌道上行走焊接。此款小車體積小、質量輕、移動和使用非常方便，可替代高技能熟練工的焊接工作。車體上安裝離合裝置，可人工快速移動車體，能夠數字化顯示所有的操作功能，方便調整各項參數；內置程序精密控制行走速度、擺動速度、擺動角度、左右停留時間等，擺動器受程序控制，擺動帶具有左停、右停功能，防止擺動焊接時出現熔池不足的現象。小車具體技術參數如表1 所示。

表1 HCD500-8 自動焊接小車技術參數表

4 剛構橋波形鋼腹板自動化焊接技術應用

波形鋼腹板連續剛構橋的承載力可靠性及耐久性由腹板的焊接質量直接決定，焊接工作嚴格按圖紙要求進行，質量需要滿足設計及相關規范要求[2]。焊接工藝流程如下：工藝評定→施工準備→表面處理→焊縫殘渣等清理→質量評定。正式施焊前對操作人員進行焊接工藝指導交底，嚴格按作業指導書施焊。

4.1 焊接工藝評定

焊接前本橋焊接工藝評定根據材質、工藝、坡口形式等確定，評定合格后方可在項目中執行。鋼腹板焊接中，焊接操作人員由勞動部門認可的等級焊工組成，且須有認可的焊接上崗證方可進行焊接工藝操作。

4.2 施工準備

施焊前焊縫邊緣30～50 mm 范圍內的雜物應清理干凈，金屬表面光澤。焊接工藝若出現變化，焊接工藝必須重新進行評定試驗。焊接時如遇大風大雨天氣則需設置防風雨棚，保證風速小于3 m/s 才能進一步開展，同時在密閉環境作業時應設置通風口和鼓風機，一次作業時間不超過30 min。

4.3 焊接控制分析

4.3.1 基本要求

現場立焊應由下向上焊接，工人需佩戴防護手套、工作服、面罩；點固焊縫無裂紋才能正式施焊；節段間開展雙面貼角焊縫前需要在相鄰上翼緣板之間焊接防變形墊塊，控制焊接變形；嚴格按圖紙要求檢查鋼腹板制作尺寸，其焊縫間距滿足規范要求，否則禁止使用；相鄰塊焊接面偏差應小于0.5 mm，否則應重新校正后再焊接；焊接端部需磨平，以提高端部抗疲勞強度；焊后需清除焊縫殘渣，局部超限需進行打磨處理。在焊接中逐步調整焊接速度、擺動模式、擺動幅度、擺動中心位置、擺動速度和左右停留時間以適應各種自然作業條件[3]。

4.3.2 質量控制要點

焊機設備經驗證后，使用人需負責設備保管，做好機具、設備的定期維護、保養工作，解決現場的后顧之憂；焊接要嚴格按照工藝評定和作業指導書進行施工；施焊前嚴格按規范要求檢查坡口質量、鈍邊厚度及裝配間隙，且必須清理坡口兩側，確保兩側100 mm 范圍內無油污等雜質，坡口及兩側10 mm范圍內應打磨出金屬光澤，以提升焊接質量的穩定性；對于不同位置的曲線焊縫，實時調整自動焊接小車的擺動頻率和角度；自動焊接質量的關鍵點在于控制變形量，根據腹板板實際厚度，采取雙面坡口焊以減小波形鋼腹板曲線焊縫變形量。當節段較長時，采取分段對稱焊接，構件加設臨時防變形支撐，最大程度控制變形量[4]。

4.3.3 安全控制要點

相關作業人員經安全培訓教育，考核合格后持證上崗，作業時應穿戴工作服、絕緣鞋、電焊手套并保持干燥和清潔；工作環境潮濕時，地面鋪設防滑絕緣材料；焊接工作開始前，應先檢查焊接小車是否完好無損和安全可靠、焊接電纜絕緣位置是否有損壞的地方、接地和各接線點接觸是否良好；遇有六級及以上大風或惡劣氣候時，應停止露天高處焊接作業；高空作業中所有的材料均應放置平穩，不得妨礙通行和其他作業，作業區的下方設有安全網，高空作業的各項安全措施檢查不合格時，嚴禁高空作業；焊接過程中要經常注意各行程開關動作的靈活性、機械保護塊是否松動和損壞，發現問題要及時派人處置；在往漏斗添加焊劑時，注意不要將焊劑撒落到拖板絲桿及導柱上，以免加快磨損和卡死，如果有撒落必須及時清理；工作結束要斷電，清理現場，并對各導軌、絲桿及螺母運動部位的塵土進行清理。

4.4 焊接設備檢查及維護

為了安全、長期使用自動焊接小車，要定期進行設備維護。技術人員需要經常清理控制盒面板、焊槍調整部位的飛濺，防止出現線路板損壞、焊槍無法調整的現象；經常清除導向輪、驅動輪、軌道、磁鐵和滑塊部位的焊渣及異物；檢查固緊焊槍夾具和導向輪的螺釘是否出現松動，若出現松動會造成行走不穩及焊接不良等現象；經常檢查插頭、焊槍控制線是否損壞，蓄電池是否能正常充、放電；經常檢查行走電機、擺動電機、行走機構等部位的運行狀況，確認是否有異常的發熱或雜音等。

4.5 焊縫質量檢驗

焊接完成后，需要檢查焊縫100%外觀，不得有裂紋、氣孔、夾渣、咬邊（咬肉）、未焊透、焊瘤、熔合性飛濺等病害，且焊縫質量需要滿足表2 所示規定[5]。

表2 焊縫質量標準

焊縫外觀檢查合格后，零部件、桿件的焊縫應在24 h 后進行無損檢驗；現場對焊縫開展超聲波探傷，探傷部位、檢驗等級和質量驗收級別按圖紙和規范要求進行，無損檢測結果應滿足現行國家標準的規定；外觀檢查和超聲波探傷合格后，方可進行下道工序[6]。本橋波形鋼腹板加工生產及安裝施工中焊縫質量等級和檢驗標準，因在設計圖紙中沒有明確規定，施工現場對波形鋼腹板焊縫檢驗流程為先廠內自檢（探傷比例100%），然后委托第三方檢測單位外檢并提交檢測報告。檢驗標準按表3 執行。

表3 波形鋼腹板焊縫檢驗標準

焊接過程中出現焊縫缺陷時，則需要分析焊縫缺陷產生的原因，并提出改進措施，繼而參照焊接工藝，制定焊接返修工藝；同一焊縫的返修次數不應大于2 次，根部缺陷只允許返修1 次；缺陷必須清除干凈才能返修；修補處則需要預熱處理，控制溫度100 ℃。返修焊縫應確保與原焊縫基本一致[7]。

5 結語

根據現場實際施工結果，在波形鋼腹板PC 連續剛構懸臂施工階段，采用自動化焊接技術可使焊接效率提高2 倍。通過調節焊接設備擺動幅度、擺動速度和左右停留時間等參數能夠保證在惡劣環境下的焊接效果良好，焊接缺陷較少，且焊縫成型后能保證美觀度，且焊接均勻。波形鋼腹板PC 連續剛構橋施工中，自動化焊接技術具備良好的應用前景?，F場自動化焊接受各種條件的限制影響也較為明顯，如焊接時現場高空作業工序較多，施工環境復雜，現場布置的鋼筋、剪力釘、支撐架及模板等都會影響軌道安裝及焊機走位，自動化焊接技術的全方位推仍舊需要進行設備的進一步創新。