廣州珠江黃埔大橋懸索橋加勁梁現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝與質(zhì)量控制

1、廣州珠江黃埔大橋懸索橋加勁梁現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝與質(zhì)量控制姚志安1 張?zhí)? 亢曉明2 （1. 廣州珠江黃埔大橋建設(shè)有限公司，廣州510735； 2. 中鐵寶橋股份有限公司，寶雞 710060；）摘  要：懸索橋鋼箱梁橋位焊接施工環(huán)境較差，橋位焊接質(zhì)量、精度控制十分關(guān)鍵。本文主要介紹了廣州珠江黃埔大橋懸索橋鋼箱梁橋位焊接工藝、焊接精度控制以及焊縫質(zhì)量控制采取的措施和效果。關(guān)鍵詞：鋼箱梁；橋位焊接；工藝與質(zhì)量控制Control of Welding Technics and Quality of the Steel Box Girder in Suspension Bridge of Huan

2、gPu Bridge of Pearl river in GuangzhouYAO Zhi-an 1 Zhang Tai-ke1 HUA Zheng-yang 2 (1. HuangPu Bridge of Pearl river in Guangzhou Construction Co. Ltd. Guangzhou 510735; 2. China Highway Planning and Design Institute Consultants, Beijing 100010;)Abstract: Fielding welding quality and precision contro

3、l is very important for the steel box girder in suspension bridge because of poor construction environment.This paper mainly deals with the effect and measure for improving field welding technics and quality and precision control in the steel box girder suspension of HuangPu Bridge of Pearl River in

4、 GuangZhou.Key words: steel box girder；field welding; control of Welding technics and quality1 工程概況廣州珠江黃埔大橋項(xiàng)目是交通部規(guī)劃的“五縱七橫”中京珠國(guó)道主干線廣州繞城公路的東段，又是珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)形公路的東環(huán)段，廣州珠江黃埔大橋懸索橋是整個(gè)項(xiàng)目的控制性工程。珠江黃埔大橋?yàn)?90m1108m350m雙塔單跨鋼箱梁懸索橋，是華南地區(qū)目前在建工程建設(shè)中規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的橋梁工程之一。廣州珠江黃埔大橋懸索橋全橋共87個(gè)梁段，主橋行車道主梁為扁平流線型全焊加勁鋼箱梁結(jié)構(gòu)，箱梁全寬41.69m，

5、中心梁高3.5m。橋面設(shè)有2%的橫坡，懸索橋鋼箱梁橫斷面見(jiàn)圖1。圖1  懸索橋鋼箱梁橫斷面圖(單位:mm)2鋼箱梁橋位焊接工藝廣州珠江黃埔大橋懸索橋鋼箱梁采用分段制造、全焊連接形式，橋位焊接由跨中開(kāi)始逐步向南北兩岸方向擴(kuò)展。為保證焊接質(zhì)量和效率，橋位焊接基本采用CO2氣體保護(hù)焊、半自動(dòng)焊和埋弧自動(dòng)焊等合理高效焊接工藝；嵌補(bǔ)段采用手工焊接或CO2氣體保護(hù)焊焊接工藝。2.1工藝流程圖見(jiàn)圖2 鋼箱梁橋位吊裝線形調(diào)整完成檢查車由兩端移至中央按焊接次序碼固梁段環(huán)縫施焊軌道對(duì)接修整焊縫位置平面度組焊U肋、板肋嵌補(bǔ)段U肋和板肋嵌補(bǔ)段探傷組焊路緣石、欄桿底座嵌補(bǔ)段環(huán)縫、嵌補(bǔ)段位置打砂除銹環(huán)

6、縫、嵌補(bǔ)段位置油漆補(bǔ)涂橋面除銹、涂裝外表面涂裝環(huán)縫探傷圖2 懸索橋鋼箱梁橋位焊接工藝流程圖2.2對(duì)接環(huán)縫焊接工藝1.裝配調(diào)整相鄰兩梁段，保證兩梁段的間隙和高差，再用大型定位碼板點(diǎn)焊固定；2.矯平梁段對(duì)接鋼板的錯(cuò)邊量，調(diào)平后用專用碼板進(jìn)行點(diǎn)固；3.打磨清理焊縫接口，焊縫背面貼陶質(zhì)襯墊，用CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊打底、填充施焊；4.用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行蓋面施焊；5.拆除定位碼板，對(duì)焊縫進(jìn)行修整打磨等。3鋼箱梁橋位焊接的質(zhì)量控制3.1橋位焊接精度控制3.1.1鋼箱梁成橋精度控制目標(biāo)鋼箱梁成橋總長(zhǎng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度與鋼箱梁制造溫度及焊接溫度不一致，再加上鋼箱梁數(shù)量多，對(duì)接環(huán)縫焊接收縮量難以控制，因而為保

7、證鋼箱梁成橋精度目標(biāo)，必須對(duì)橋位焊接進(jìn)行精度控制。廣州珠江黃埔大橋懸索橋鋼箱梁成橋精度控制目標(biāo)是：全橋建成后在200C基準(zhǔn)溫度下，橋面中線偏位在-1010mm范圍內(nèi)，橋長(zhǎng)偏差在-100-300mm范圍內(nèi)。3.1.2鋼箱梁橋位焊接精度控制1.調(diào)整相鄰兩梁段環(huán)縫的間距。環(huán)縫對(duì)接間隙為4-8mm，對(duì)間隙小于4mm的焊縫，要進(jìn)行配切并鏟磨勻順。對(duì)局部8-14mm間隙的焊縫，坡口表面勻順的可不進(jìn)行處理。對(duì)間隙大于14mm的焊縫，要采用大間隙陶瓷襯墊。按環(huán)縫間距誤差0.5mm來(lái)定位，用定位專用碼板固定好相鄰梁段。2.矯平梁段接口處的鋼板對(duì)接平整度。鋼箱梁頂板對(duì)接平整后，平面度公差要小于0.5mm。若兩碼板

8、之間錯(cuò)臺(tái)>1mm，先用火焰校平，再用碼板碼平并點(diǎn)固。采用單面焊接雙面成型工藝的焊縫正式施焊前要盡量采用碼板定位，以減少定位焊縫的起熄弧數(shù)量。碼板定位間距450550mm，施工需要時(shí)，可局部增加碼板數(shù)量。3.確保每道環(huán)縫的焊接工藝。焊接參數(shù)、焊接順序等要嚴(yán)格按照焊接工藝評(píng)定進(jìn)行，頂板、底板打底施焊時(shí)，應(yīng)將焊縫以橋軸中心線分為四段。第一道打底施焊時(shí)，中間兩段從中間向兩側(cè)施焊，兩側(cè)兩段從兩端向中間施焊；第二道填充施焊與打底施焊方向相反；第三道蓋面施焊從橋軸中心線向兩側(cè)施焊，斜頂板和斜底板對(duì)接焊縫須由下向上施焊。4.現(xiàn)場(chǎng)切割、裝配結(jié)構(gòu)嵌補(bǔ)段。鋼箱梁橋位環(huán)縫焊接完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，再裝配其梁段內(nèi)部

9、結(jié)構(gòu)嵌補(bǔ)段。橋面板下的U型肋嵌補(bǔ)段根據(jù)實(shí)測(cè)長(zhǎng)度尺寸，用自動(dòng)切割機(jī)按實(shí)配尺寸現(xiàn)場(chǎng)切割，以保證裝配精度和焊縫間隙。3.1.3鋼箱梁橋位焊接總長(zhǎng)精度控制廣州珠江黃埔大橋懸索橋鋼箱梁橋位焊接前在參考其它項(xiàng)目成功經(jīng)驗(yàn)【3】和理論公式(1)的基礎(chǔ)上，取單道焊縫橫向收縮量3mm進(jìn)行合攏段計(jì)算，即為控制鋼箱梁成橋總長(zhǎng)精度，首先設(shè)定梁段對(duì)接焊縫間隙。B0.2AW/+0.05b (1)式中，AW為焊縫截面積（mm2），為板厚(mm)，b為根部間隙(mm)。對(duì)于焊縫收縮量的誤差，通過(guò)焊縫收縮量試驗(yàn)進(jìn)行修正。修正具體措施是對(duì)鋼箱梁焊接橋長(zhǎng)進(jìn)行正負(fù)補(bǔ)償，補(bǔ)償指導(dǎo)原則：1.補(bǔ)償量平均分配到南、北兩邊所選的調(diào)整縫上。2.南

10、、北所選擇的調(diào)整縫需滿足數(shù)量相等、分布對(duì)稱原則。3.調(diào)整縫的數(shù)量，視補(bǔ)償量大小選擇，南北兩邊至少5條以上。盡管如此，施工中仍將存在誤差，按約10個(gè)梁段為一控制點(diǎn)，在每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，測(cè)量鋼箱梁的總長(zhǎng)，并與理論結(jié)果比較。如果結(jié)果偏?。▽?shí)際收縮量大于理論收縮量），下一階段應(yīng)適當(dāng)調(diào)大縫寬；如果結(jié)果偏大（實(shí)際收縮量小于理論收縮量），下一階段應(yīng)適當(dāng)調(diào)小縫寬，以保證梁段總縫寬不變。由于鋼箱梁受日照時(shí)間較長(zhǎng)，存在較大的溫差，所以測(cè)量鋼箱梁長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)同時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度和鋼箱梁的溫度，并對(duì)實(shí)測(cè)梁長(zhǎng)進(jìn)行溫度修正。根據(jù)公式(2)L.L.T （2）式中，為鋼板的線膨脹系數(shù)（1.2×10-5 0C），L為梁段長(zhǎng)度（

11、12.8m），T為不同時(shí)刻的溫度變化量。焊接控制工作還應(yīng)根據(jù)實(shí)際工序，及時(shí)調(diào)整控制方案，確保鋼箱梁橋位焊接總長(zhǎng)精度。3.2 橋位焊接質(zhì)量控制3.2.1橋位焊接缺陷原因分析橋位焊接由于施工環(huán)境較為復(fù)雜，露天作業(yè)風(fēng)、雨、潮濕氣候影響大，更容易出現(xiàn)焊接缺陷【2】。經(jīng)過(guò)對(duì)廠內(nèi)總拼焊接與橋位焊接的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)橋位焊接缺陷性質(zhì)與梁段總拼焊接類似，焊縫接頭及十字交叉處是缺陷的多發(fā)地帶。由于橋位焊接加大了裝配力度，碼板數(shù)量增多，氣孔、夾渣、咬邊等焊接缺陷都發(fā)生過(guò)。梁段間U肋嵌補(bǔ)段焊接工作在箱內(nèi)進(jìn)行，通風(fēng)條件差，加之焊接為仰焊，氣孔、焊瘤等焊接缺陷也曾出現(xiàn)。焊接缺陷的影響因素復(fù)雜多樣，某些因素不斷變化，橋位焊接缺

12、陷類型和主要原因見(jiàn)表1。表1 主要焊接缺陷的原因分析缺陷類型主要原因主要產(chǎn)生部位氣孔焊條未使用保溫筒，濕度大，突然遇雨，CO2氣體壓力不足，防風(fēng)措施不力，打磨不徹底CO2氣體保護(hù)焊部位夾渣操作不當(dāng)，打磨不徹底焊道間，焊縫接頭處咬邊電流過(guò)大定位焊，手工電弧仰焊未熔合電流過(guò)小，焊速過(guò)快，操作不當(dāng)對(duì)接焊縫焊縫寬度不齊焊縫間隙不勻，自動(dòng)焊焊接速度不勻?qū)雍干w面焊縫超高操作不當(dāng)，焊道過(guò)多縱肋嵌補(bǔ)段對(duì)接焊未焊滿焊接速度過(guò)快，焊縫間隙過(guò)大對(duì)接焊縫焊縫型面不良焊道過(guò)多，電流過(guò)大，打磨不當(dāng)U肋嵌補(bǔ)段仰位對(duì)接焊焊瘤裝配間隙過(guò)大U肋對(duì)接3.2.2焊接缺陷處理通過(guò)對(duì)外觀質(zhì)量檢查及MT、UT、RT檢查，查出缺陷部位，分

13、析缺陷性質(zhì)及產(chǎn)生原因，針對(duì)缺陷的性質(zhì)分別采取砂輪打磨、氣刨挖補(bǔ)等辦法進(jìn)行返修，返修焊應(yīng)按原焊縫質(zhì)量要求檢驗(yàn)，同一部位的返修焊不允許超過(guò)兩次。3.2.3焊縫質(zhì)量控制措施 鋼箱梁橋位焊接除工廠焊接質(zhì)量控制措施外，結(jié)合橋位施工作業(yè)條件，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)焊接要求【4】：正式施焊前，應(yīng)按焊接工藝評(píng)定提供的工藝參數(shù)在試板上進(jìn)行試焊，直至滿足規(guī)范要求后，才能正式施焊，嚴(yán)禁在母材上隨意打弧；焊接前應(yīng)將焊縫接口清理干凈，每層焊縫之間必須進(jìn)行清渣、飛濺清理等工作。U肋嵌補(bǔ)段裝配前，應(yīng)將其跨過(guò)的焊縫區(qū)域磨平。焊前除銹打磨工作重點(diǎn)在焊縫交叉、碼板過(guò)焊孔及引熄弧處縫口周圍及焊道間的打磨工作。嚴(yán)格焊材的管理，焊

14、條存放室溫不得低于50C，相對(duì)濕度應(yīng)低于60。陶瓷襯墊使用前必須預(yù)先烘干。焊劑要放在防潮性能良好的筒內(nèi)，以保證干燥。由于懸索橋鋼箱梁位于珠江之上，江面濕度相對(duì)較大，陰天及早晚應(yīng)注意防潮。橋面焊接一定要在風(fēng)雨棚內(nèi)進(jìn)行，風(fēng)雨棚應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度且能牢靠地固定在橋面上。當(dāng)環(huán)境濕度大于80，溫度低于50C時(shí)【1】，焊前要采取預(yù)熱措施。貼置陶質(zhì)襯墊時(shí)，襯墊中心線應(yīng)與焊縫中心線“重合”，襯墊與鋼板應(yīng)貼合緊密、牢靠，焊縫間隙按照規(guī)定修整；焊接過(guò)程中，為了保證橋梁總長(zhǎng)和成橋線型，應(yīng)全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)調(diào)整焊接順序及間隙；鋼箱梁內(nèi)通風(fēng)差、溫度高，加之焊接煙霧不能及時(shí)排除，勞動(dòng)條件嚴(yán)酷必然影響焊接質(zhì)量，必須采取有效措施創(chuàng)造良好的勞動(dòng)條件，如使用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣等。同時(shí)要加強(qiáng)工藝紀(jì)律，嚴(yán)格執(zhí)行焊接操作規(guī)程。3.2.4質(zhì)量控制效果廣州珠江黃埔大橋懸索橋鋼箱梁橋位焊縫外觀質(zhì)量良好，表面沒(méi)有裂紋、未熔合、夾渣、焊瘤、縮孔等缺陷，所有橋位焊接焊縫全部按照設(shè)計(jì)和技術(shù)規(guī)范的要求內(nèi)容和頻率進(jìn)行外觀檢查和內(nèi)部無(wú)損探傷檢驗(yàn)。一次焊接合格率較高，一次X射線探傷合格率達(dá)到98.2以上，一次超聲波探傷合格率達(dá)到96以上。4結(jié)束語(yǔ)懸索橋鋼箱梁橋位焊接施工難度大，質(zhì)量、精度要求高，必須針對(duì)性制訂工藝規(guī)程，采用有效措施，解決高空和野外作業(yè)對(duì)焊接質(zhì)量的影響，保證鋼箱梁橋位焊接精度及焊縫外觀和內(nèi)在質(zhì)量。廣州珠