济宁南二环京杭运河大桥钢桁梁焊接方案研究

孙振国

【摘要】济宁南二环京杭运河大桥，主桥上部结构设计为三跨连续中承式钢桁架系杆拱，主跨跨径360m，钢桁拱主桁由3片主桁架组成，桁架之间中心间距17.5m。主桥钢桁拱主跨节间长11m，共22个节间，边跨节间长9m，共9个节间。该桥设计先进，造型美观，但钢桁梁焊接工艺复杂，如何根据其设计特点和施工条件，选择安全可靠、可操作性强的焊接方案，对本工程及国内同类桥梁施工建设具有重大的意义。

【关键词】钢桁焊接；方案；评定；措施

一、本桥钢桁梁焊接特点

杆件为工厂制造，全焊钢结构，在桥位现场安装时整体桥面板与下弦杆采用焊接连接型式，焊接工作量大。选用的钢材质量等级较高，相应的对焊缝质量也高，焊接接头采用等强匹配。设计中杆件棱角坡口大都采用了深浅坡口，端部为深坡口。现场采用高强度螺栓连接，要求连接部位的箱口尺寸精度高，焊接变形质量控制难度大。焊接接头多样，结构连接关系复杂，部分焊缝操作空间狭小，对焊工的操作技能要求高。

二、焊接工艺方案

1、荒料对接焊缝的焊接。钢板对接及加劲肋对接等全部采用埋弧自动焊平位双面焊接。为防止第一道焊漏，施焊前在对接焊缝的背面垫紫铜衬垫或焊剂垫，焊接过程中反面采用碳弧气刨清根，确保焊缝熔透。为了保证焊缝端部的质量，避免出现焊接缺陷，焊接时焊缝端部安装同材质、同厚度、同坡口的引弧板和引出板。根据坡口型式、坡口大小、焊接顺序，预设反变形和焊接收缩量控制焊接变形。

2、U型肋与桥面板的焊接。在专用的桥面板焊接反变形胎架上用CO2焊机配合焊接智能小车，用CO2药芯焊丝气体保护焊施焊U形肋，在焊接中嚴格控制焊接方向和焊接顺序以尽量减小焊接变形。焊接时重点控制焊丝角度、工艺参数，保证熔深和不焊漏，保证焊缝外观成型，避免咬边等缺陷。为了控制焊接变形，桥面板板块的焊接制作专用的焊接反变形胎架，根据不同的板块宽度、厚度，横向设置不同的反变形，板块至于胎架上后周边用丝杠压紧，然后焊接。所有焊缝焊接时都保持焊接方向一致，根据闭口肋数量以及焊缝焊接时产生侧向弯曲的倾向安排合理的焊接顺序，减小产生扭曲变形和侧向弯曲变形的倾向。板块闭口肋端部采用手工电弧焊端部绕焊包头处理，焊后将包角部位用铣销工具打磨成半径不小于12mm的圆弧，减小应力集中，避免缺陷的产生。

3、桥面T形肋角焊缝的焊接。采用埋弧自动焊焊接工形后将腹板切开成T形肋，4条主角焊缝采用埋弧自动焊在船位焊接，焊接时按焊接顺序同方向焊接焊接控制焊接变形。

4、桥面板块对接焊缝（包括桥面横向对接焊缝）。桥面板块组焊成整个桥面时面板之间的对接焊缝受操作位置的限制，采用单面焊双面成形工艺进行焊接。对接焊缝采用V形坡口，根部留6～8mm间隙，背面贴焊接用陶质衬垫，焊接时采用半自动药芯焊丝CO2保护焊打底2道，再用埋弧自动焊填充盖面，在工件组装时预留焊接收缩量调整坡口间隙。

5、横梁（肋）角焊缝的焊接。为了减小腹板的焊接变形，腹板在刚性固定的条件下采用实芯焊丝CO2气体保护焊平角位焊接。焊接前将隔板刚性固定在平台上，然后采取对称、分散、同方向的焊接顺序，先焊接加劲肋的平位角焊缝，然后焊接加劲肋之间的立位角焊缝，控制隔板焊接引起的角变形和边缘波浪变形。隔板加劲下翼缘端焊缝由于经受疲劳应力，为防止出现疲劳裂纹，焊接时控制焊接参数不允许出现咬边缺陷，端部不允许停弧采用绕焊包头处理，焊后将焊缝修磨匀顺。隔板与下翼缘的焊接采用埋弧自动焊进行焊接。

6、箱型杆件盖、腹板与纵肋的焊接。纵肋贴角焊缝采用埋弧自动焊焊接中心或MZ1-1000焊机在船型位置进行焊接。在焊接中严格控制两侧焊缝的焊接方向一致，以防纵肋产生焊接扭曲变形。

7、箱型杆件隔板焊缝的焊接。采用半自动药芯焊丝CO2气体保护焊进行焊接。箱型杆件隔板焊缝为隐蔽工程，为确保隔板的焊接质量，在封焊最后一块水平板组成箱体前，对已焊的其它箱型杆件隔板焊缝进行严格检查和修补，消除缺陷，修磨焊缝端部成平顺过渡。

8、箱型杆件四条棱角焊缝的焊接。本桥设计中杆件棱角坡口焊缝大都采用了深浅坡口，在深浅交接出采用不小于1：5的斜坡过渡。焊缝采用实芯焊丝CO2保护焊+埋弧自动焊组合方法进行焊接，焊接时由多名焊工用实芯焊丝CO2保护焊打底1道，在用实芯焊丝CO2保护焊将端部深坡口处填至于浅坡口一样平，再用埋弧自动焊进行填充盖面。埋弧自动焊采用焊接中心或MZ-1-1000焊机施焊，焊接在平角位置进行，在焊接过程中随时调整焊丝的对正，以免焊偏。在焊接中严格控制四条焊缝的焊接方向一致，以防工件产生扭曲变形。端部焊接时采用一定的工艺措施控制箱口的焊接变形，确保箱口尺寸满足《制造规则》的要求。

9、形熔透角焊缝。平联横联接头板的T型熔透焊缝采用药芯焊丝CO2气体保护焊或焊条电弧焊进行焊接。焊缝开K型不对称坡口，施焊时先焊接内侧大坡口，再用碳弧气刨清根、砂轮打磨后进行焊接，对于厚板的熔透角焊缝采用双面对称焊接，减少焊接变形。

三、焊接工艺评定

为满足本桥焊缝各项要求，焊接工艺评定项目如下：

1、采用埋弧自动焊，按照钢板的不同厚度范围进行钢板的对接工艺评定试验，确定厂内钢板对接的焊接材料、焊接坡口形式、焊接工艺参数和焊接顺序的控制。

2、采用半自动实芯焊丝CO2保护焊+埋弧自动焊的组合焊接方法，按照钢板的不同厚度范围和要求的熔深大小，对箱形杆件棱角焊缝进行工艺评定试验。确定焊接材料、焊接坡口形式、焊接工艺参数。

3、采用埋弧自动焊，对工形杆件纵肋角焊缝（坡口角焊缝）进行工艺评定试验。确定焊接材料、焊接工艺参数。

4、采用自动药芯焊丝CO2气体保护焊进行桥面板与U形肋的单面坡口焊缝的焊接工艺评定试验，确定桥面板与U形肋的单面坡口焊缝的焊接工艺参数、焊接材料。

5、采用埋弧自动焊，按照钢板的不同厚度范围和焊角大小，对工字梁T型焊缝及盖、腹板与加劲肋的T型角焊缝进行焊接工艺评定试验，确定工字梁T型焊缝及盖、腹板与加劲肋的T型角焊缝的焊接工艺参数和焊接材料。

6、采用半自动药芯焊丝CO2气体保护焊+埋弧自动焊组合焊接桥面板纵、横方向的对接焊缝。确定焊接材料、焊接坡口形式、焊接工艺参数。

7、采用半自动药芯焊丝CO2气体保护焊，焊接熔透角焊缝，焊接时控制焊接变形。确定焊接材料、焊接坡口形式、焊接工艺参数。

四、焊接质量控制措施

1、焊接方法上以自动焊为主，确保施工效率和焊缝质量稳定。工厂制作焊接时自动焊中以埋弧焊和药芯焊丝CO2气体保护焊为主，尽可能的控制和减小变形。现场安装焊缝以高韧性的低氢焊条焊接，采取防冷裂措施确保焊缝在大厚板强约束下不开裂，保证焊缝质量。

2、角焊缝优先采用药芯焊丝CO2气体保护焊进行焊接，确保焊缝外观质量，提高焊缝的内部质量。

3、严格控制焊材质量，控制硫、磷等杂质含量，提高和稳定焊接接头的各项机械性能指标。严格仓储管理，按规定认真对焊材进行烘干、保温。

4、根据焊接工艺评定试验实际情况制定预热温度和层间温度。定位焊及施焊时构件焊缝部位温度不得低于确定的预热温度，湿度不高于80%，当环境条件不满足需要时，采取局部预热的方法，创造局部施工环境。

5、严格执行检验制度，外观、磁粉、超声波、射线拍片等均按规定认真执行，并做好记录，一丝不苟控制焊接质量。

6、焊工持证上岗，进行岗前技术培训和考试，考试合格后发给合格证书，在不超越合格证规定的范围内进行焊接作业。接受和服从设计人员和咨询监理人员的监督和指导，共同协作，为保证质量尽全力。