铜陵公铁两用长江大桥双节点弦杆焊接变形控制技术

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇铜陵公铁两用长江大桥双节点弦杆焊接变形控制技术范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：铜陵公铁两用长江大桥，主桁采用双节间整体焊接结构。在制造中通过对焊接收缩量、焊接线形变化趋势提前预测，选定合理的加工公差，制定合理的工艺措施，有效地控制住了杆件焊接变形的影响，确保了杆件制造的精度。

关键词：铁路公路两用桥；双节点弦杆；焊接；预测及控制；桥梁施工

中图分类号： TU97文献标识码： A

工程概况：

铜陵公铁两用长江大桥是合福客运专线铁路、合庐铜Ⅰ级干线铁路和安徽沿江高速公路连接线工程上的关键性工程，主桥为90+240+630+240+90m五跨连续钢桁梁斜拉桥[1]，全桥长1290m。

铜陵桥弦杆为整体双节点箱形杆件[2]，长30米，最大宽度为2.85m，最大高度为6.4m，最大重量为140.6t。腹板由两块异形板与三块方板不等厚对接而成并设一道通长纵肋，盖板由两块方板对接而成并设两道通长纵肋；箱体内设10档隔板，隔板对应外侧设桥面横梁连接板（边桁只有一侧有）。

二、 弦杆焊接变形总体控制方案：

铜陵桥弦杆主要控制点允许偏差为：节点间距±2mm，总长0~6mm，旁弯、拱度ƒ≤5mm，箱口尺寸±1mm，插入竖斜杆处节点内档尺寸0~1.5mm[3]。而杆件超长（标准杆件长30米）、焊接量大、熔透焊缝多，这直接导致了其焊接变形的控制难度比一般的整体节点箱梁要高许多。为了满足精度要求，上下弦杆总体上采用30米杆件整体工厂内加工。工厂制造主要分以下三个主要工序：板单元制造、杆件箱体拼焊、杆件附属件装焊(横梁、桥面接头板下文统称附属件)。首先通过对焊接收缩量、焊接线形变化趋势提前预测。然后根据预测数据制定相应的控制技术。

三、控制技术

3.1、焊接变形预测：

铜陵桥弦杆为箱型截面[4]，共分3种截面形式。所用板厚有：腹板28mm、32mm、36mm；盖（底）板28mm、32mm、36mm；加劲肋28mm、32mm、36mm。

在变形预测时，为了计算方便做了以下简化：①、同一道焊缝采用相同的焊接方法、焊接规范；②、截面形心、惯性矩的计算只计算了构成箱体部分，忽略箱体外部附属件。

3.1.1、杆件焊接纵向收缩量预测：

1）预测公式

双V横向对接焊纵向收缩横对= 0.908*e^（0.0467δ ） δ为板厚 （式一）

纵向焊缝纵向收缩量纵缝=k*ξ*AW*L/A（式二）

k=1+85n*σs/E，为多道焊调整系数；ξ:气体保护焊取0.043，埋弧焊取0.071~0.076；AW:焊缝截面积；A:构件截面积；L:构件长度。

横向T型焊缝纵向收缩量横缝=β*Kl/A（式三）

β指T形接头横向焊接构件沿长度方向收缩系数：双面角焊缝取0.4~0.6，开坡口熔透取大值，不开坡口单面焊取半值;K为焊高；l为焊缝长度。

2）预测结果及数据分析

（1）腹板单元由4道横向熔透对接、1根纵肋双面T型焊组成;盖底板由1道横向熔透对接、2根纵肋双面T型焊组成。把相关数据代入式一和式二可得收缩量预估值1：腹板δ=28mm为15~16mm，δ=32mm为17.5~17.9mm，δ=36mm为20~21mm；盖板为7.5~8.5mm。

（2）杆件箱体及附属件焊接形式有：箱内隔板及贴脚焊缝采用CO2焊接；箱外主焊缝采用埋弧焊焊接；附属件T型熔透角接采用CO2焊接。把相关数据代入式二和式三可得收缩量预估值2：边桁杆件11.5~13mm；中桁杆件14~15.5mm。

综合分析以上数据并结合制造允许公差可得：腹板单元件对接焊前的节点预留焊接收缩量为：δ=28mm边桁杆件留14~15mm，中桁杆件留15~16mm；δ=32mm边桁杆件留15~16mm，中桁杆件留16~17mm；δ=36mm边桁杆件留17~18mm，中桁杆件留17~18mm；盖板单元为10~11mm。使焊后单元件节点间距边桁为6~7mm，中桁为7~8mm；杆件成品节点间距在±2mm以内。

3.2.2旁弯、拱度变化趋势的预测：

纵向焊缝引起的旁弯，拱度值ƒ=C*L2/8曲率C=3.53*10-6q Z’/J（式四）

q焊接线能量=0.24IUη/ν；Z’为焊缝到截面形心的距离；L为焊缝长度；J为截面惯性矩。

横向焊缝引起的旁弯，拱度值ƒ=φ∑a（式五） φ指长度为b的横向焊缝所引起的角位移：=3.53*10-6qb Z’/J(其它符号同式四)

把相应参数代入式四和式五，可得杆件最终的旁弯预估值ƒp：边桁下弦-5~-7mm，边桁上弦4~6mm，中桁下弦-8~-10mm，中桁上弦6~8mm。

ƒg拱度：上拱为正，下挠为负；ƒp旁弯：远离桥纵轴线为正，靠近桥纵轴线为负。

3.3 主要工序焊接变形控制技术

3.3.1、板单元焊接变形控制技术：

合格的单元件是制造合格的杆件的基础，其制造流程为：板预处理下料 对接肋板拼焊。控制难点有：①、双节点腹板单元节点间距及总长的控制；②、单元件焊后平整度及直线度的控制；

1）总长及节点间距的控制技术：

下料时将各工序的焊接收缩量预估值按比例分配到每块构件上，同时在杆件两端的构件上再加10mm端头配切余量。

2）平整度的控制技术：

①下料前对钢板进行冷校平;②厚板对接焊采取正反两面反复分次施焊并同时控制正反两面的焊接热输入量基本一致；③局部不平采取火焰矫平；④纵向肋板焊接采取在专用的焊接反变形胎架上对腹板进行预弯后再焊接。

3）、直线度的控制技术：

①以杆件纵基线为基准加工对接边，控制对接间隙一致（对接间隙≤0.5mm）②在专用平台上将多块钢板纵向拼接（对接错≤0.5mm），各钢板侧边紧靠胎架定位装置，确保多块钢板纵向拼接的直线度；③焊后对钢板纵边缘进行机加工，确保直线度。

3.3.2 杆件箱体及附属件拼焊线形控制技术

主要焊接工序：槽型拼焊主焊缝焊接附属构件拼焊转下道工序。箱体拼焊阶段尤其要做好以下几点：①、箱口尺寸及节点竖斜杆插入处开档的控制；②、杆件拱度、旁弯的控制。

1）箱口尺寸的控制主要通过机加工后的内隔来控制，边桁隔板宽度公差取3~3.5mm,中桁隔板取4~4.5mm；弦杆插装竖杆与斜杆部位在焊前将内档尺寸调整到4~5mm，并设置三道刚性支撑，使焊后插入开档尺寸控制在0~1.5mm之间。

2）弦杆拱度、旁弯控制：由前面预测可知杆件焊后拱度、旁弯已经超过验收要求，必修采取措施进行控制。为了减少控制难度，我们按杆件箱体焊接和附属件焊接两道工序逐步调节的方案来控制。

（1）：箱体拼焊工序的线形控制技术：

由公式四可知杆件的弯曲变形跟焊接的电流、电压成正比，与焊接速度成反比，可以通过优化焊接工艺调整焊接参数控制杆件的弯曲变形。具体措施有：

①、隔板焊接采用小线能量的CO2方式，焊接时安排偶数位焊工以杆件中轴线对称施焊减小焊接变形。

②、主焊缝焊接时线形控制方法：

a、通过工艺试验调整焊接工艺。Z1，Z2焊缝采用CO2打底和填充，参数：I=220-260A，U=25-30V;埋弧焊盖面，参数：I=680-700A、U=28-30V、ν=24m/h.; Z3，Z4采用埋弧焊打底、填充、盖面，参数：打底I=680-700A、U=28-30V、ν=24m/h，其余道次. I=700-720A、U=30-32V、ν=21.6m/h。

b、优化施焊顺序。先Z1，Z2焊接1～2道，翻转90°后焊Z3，再翻转90°焊Z4，最后翻转90°焊完Z1，Z2；同时应注意每道焊缝应连续焊接，四条焊缝施焊方向保持一致并严格控制Z1与Z2、Z3与Z4焊缝的焊接线能量基本一致，达到控制弦杆的直线度和扭曲变形[5]。

（2）：附属件拼焊时线形控制技术：

拼焊附属件时可采取对杆件配重加载反弯和调整支点使杆件自重下挠相结合的方案来抵消或减小焊接对杆件旁弯、拱度的影响。反弯量|ƒ| = |ƒ焊-ƒ自-ƒ验|，加载外力可按式ƒ=PL3/3EI求的。具体措施：

①中桁杆件附属件相对杆件对称布置，组装焊接时采取杆件正立， C02气体保护焊两边对称同时施焊的方法来控制旁弯；拱度控制采取焊接桥面接头板前对杆件进行加载反弯；②边桁杆件为非对称结构，将杆件焊接横梁接头板面朝上施焊，焊接前提前将构件配重预弯来抵消焊接变形。因前面组焊缝焊接时采取了控制措施，在这ƒ一般只需反弯3~4mm即可。

四、结语

目前铜陵公铁两用长江大桥钢桁梁上、下弦杆已全部制造完毕。从制造过程看，通过采取以上控制技术后杆件制造质量稳定，所有控制性数据均几乎不需后续校正即满足设计及制造验收规则要求；在保证质量的同时降低了能耗、加快了制造进度。全焊桁片也已经胜利制造完成。钢梁现场安装己顺利实现合拢。实践证明：铜陵公铁两用长江大桥钢桁梁焊接控制措施是得当的、成功的；可为今后钢桁梁超大杆件制造提供一定的经验。

参考文献

[1]刘白明，王邦楣.斜拉桥手册[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]TB 1002.2-2005，铁路钢桥钢结构设计规范[S].

[3]合福铁路铜陵长江大桥钢梁制造验收规则（修订版2）[w]

[4]TB10212-2009,铁路钢桥制造规范[Z].中国铁道出版社

[5]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京：机械工业出版社，2008.