無柱雨棚管桁架制作及焊接施工技術

重慶***客站無柱雨棚管桁架制作及焊接施工工藝[摘要]本文通過對新建***（***-***）鐵路重慶***客站無柱雨棚主桁架制作、相貫焊接工藝及施工中問題的解決方案，詳細闡述了管材相貫線切割及相貫線焊接施工工藝。[關鍵詞]相貫線切割相貫線焊接預熱溫度焊后熱處理無損探傷工程概況重慶***客站無柱雨棚主桁架設計為兩跨連續(xù)懸臂巨型空間鋼管桁架拱結(jié)構形式，大跨度為47m，兩側(cè)懸臂長為24.25m。主桁架沿線路方向約20m設一榀，共計28榀，每榀重約40t，母材材質(zhì)為Q235。為了減輕自重，節(jié)省鋼材，設計上采用預應力方法，每榀主桁架設置8根φ44斜拉索。主桁架焊縫質(zhì)量等級設計為二級。主桁架剖面及平面圖如下：主桁架的弦桿與腹桿的連接呈T、Y、K或復合形相貫節(jié)點形式，腹桿的端部應切割馬鞍形曲線，馬鞍形邊緣管壁處必須切割出一定的坡口面角度以與弦桿表面之間形成適于焊透的坡口角度，所須切割的坡口面角度值還與各區(qū)位置以及腹桿與弦桿比相關。同時弦桿與腹桿每個節(jié)點空間坐標位置均不相同，節(jié)點處焊接焊縫密集。因此腹桿端部馬鞍形曲線的切割及相貫節(jié)點的焊接是本工程的重難點。針對切割馬鞍形曲線采用數(shù)控多軸自動馬鞍形曲線管子切割機；針對相貫節(jié)點的復雜性，確保焊接質(zhì)量，制定了詳細焊接作業(yè)指導書。2．相貫焊接施工工藝2.1馬鞍形曲線的切割：依據(jù)主桁加工詳圖，將各相貫線接口的中心線位置、角度及其它有關參數(shù)輸入三維數(shù)相貫切割機，進行馬鞍形相貫接口的切割。具體的程序編制過程如下：⑴、EXCEL中輸入切點坐標，做成一定的文件格式，然后在AUTOCAD中調(diào)用自行開發(fā)的AUTOLISP程序，生成以各節(jié)點坐標為端點的線框模型；⑵、線框模型建成后，轉(zhuǎn)換成DXF（標準圖形交換文件）文件輸入WIN3D設計軟件中；⑶、將WIN3D計算出的桿件角度、長度等參數(shù)輸入PIPE-COAST軟件的“切割數(shù)據(jù)單”，選擇正確的切割速度等工藝元素。并由專人負責對有關參數(shù)進行復查；⑷、PIPE-COAST接受數(shù)據(jù)后，即生成單根管件的加工指令。將加工的切割線與相貫的弦桿進行相貫檢驗，其間隙不得大于2mm。檢驗合格后，采用專用設備進行坡口加工，并對坡口表面進行檢查、刨邊。2.2焊接工藝參數(shù)的確定：2.2.1焊接材料的選擇根據(jù)焊接接頭應與母材等強的原則，手工電弧焊對接焊縫采用E4315焊條，腹桿焊縫采用E4306（E4316）焊條?；瘜W成分及力學性能見下表：焊條型號熔敷金屬化學萬分分（%）熔敷金屬力學性能能CMnSiSPσb（Mpa）σs（Mpa）δ5（%）Ψ（%）AkvJ-3000E43150.0671.120.240.0160.01847035027180E43060.0590.760.260.0080.010140節(jié)點形式及焊接難點本設計節(jié)點形式（見節(jié)點圖）是腹桿與弦桿相貫，其軸線夾角小于750和大于等于300，設計要求在A、B區(qū)為焊透焊縫，C區(qū)可為貼角焊縫（分區(qū)方法見下相貫節(jié)點焊縫的區(qū)域劃分圖），焊接質(zhì)量等級為二級。本工程中，由于T、K、Y節(jié)點處于三維曲面上，有相當一部分節(jié)點的坡口在四個區(qū)域中的變化完全不同，在實際工程中，坡口加工誤差比理論值有較大的差距，給施工現(xiàn)場的安裝焊接帶來更的困難。2.2.3焊接方法：手工電弧焊。2.2.4焊接電流：為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須采用小規(guī)范焊接。具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝。焊道的寬度不大于焊條的3倍，焊層厚度不大于5mm。第一層打底采用Ф3.2電焊條，焊接電流100-130A；第二、三層采用Ф4.0電焊條，焊接電流120-180A。2.2.5預熱溫度：在焊接前對鋼材進行預熱溫度為800。焊后熱處理參數(shù)：為了降低焊接殘余應力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應對焊縫進行熱處理。熱處理溫度為：200-250℃，恒溫不小于1小時。2.3焊接工藝2.3.1焊前預熱：焊接前，首先對翼緣板進行預熱，恒溫30分鐘后開始焊接。焊接的預熱、層間溫度、熱處理由熱處理控溫柜自動控制，采用遠紅外履帶式加熱爐片，微電腦自動設定曲線和記錄曲線，熱電偶測量溫度。預熱時熱電隅的測點距離坡口15mm~20mm。2.3.1焊接方法：⑴在地面上的胎架上將上下弦桿按設計位置進行精確調(diào)整，并用水平尺寸檢查其水平度，合格后將上下弦桿固定在胎架上。⑵按照先焊中間節(jié)點，再向桁架兩面三端節(jié)點擴展的焊接順序，以避免由于焊縫收縮向一端累積而引起桁架各節(jié)點間尺寸誤差。并且不在同一支管的兩端同時施焊。施焊過程中由兩個焊接作業(yè)班組從中間向兩端對稱焊接。⑶對稱焊接：即每個部位的對稱節(jié)點施焊時兩面?zhèn)韧瑫r焊接同一種焊縫。同時兩名焊工在焊接時的沓接電流、焊接速度和焊接層數(shù)保持一致。⑷焊接第二層時，應與第一層方向相反，以此類推，每層焊接接頭應差開15mm~20mm。⑸焊接時采用引弧板，嚴禁在焊縫以外的母材上引弧。多層多道焊時，各層各道間的焊渣必須碳弧氣刨清根，清根結(jié)束后，必須對焊縫進行機械打磨，清理焊縫表面渣碳，露出金屬光澤，防止表層碳化嚴重造成裂紋。焊后熱處理：焊口焊接完成后應在12小時內(nèi)進行熱處理。如不能及時進行熱處理應采取保溫、緩冷措施。在進行焊后熱處理時，應采用兩根熱電偶測溫，熱電偶點焊在焊口的里外側(cè)。2.4焊接質(zhì)量檢驗⑴按《鋼結(jié)構工程施工驗收規(guī)范》有關條款進行焊縫外觀及尺寸檢驗，如需修補要及時進行，并一定要注意保證