超宽桥面大跨度转体斜拉桥钢箱梁数控套料焊接施工技术

朱立新

（中铁九局集团有限公司，辽宁 沈阳 110013）

1 工程概况

昆山路高架桥工程跨线主桥为钢箱梁转体斜拉桥，跨径布置为155m+120m，分为44 个梁段，共13 种类型。主梁中心梁高2.5m，顶板宽31m，1.5%的双向横坡，底板宽22.02m，横向为平坡。钢箱梁共重4264t。本工程通过对数控套料、数控火焰切割、埋弧自动焊、药芯焊丝CO2气保焊、刚性支架系统焊接质量控制等方面严格把控，顺利完成了钢箱梁的焊接、安装工作，解决了超宽桥面、大跨度、钢箱梁高精度焊接制作的难题。

2 超宽桥面钢箱梁焊接技术特点

2.1 数控套料特点

将FastCAM 与CAD 结合，对比零构件尺寸进行绘图和套料，自动生成智能数控切割机代码，以图形的方式演示切割机的切割过程。

2.2 数控火焰切割技术特点

使用增益天然气作为火焰切割燃气替代传统乙炔、丙烷、液化气，不仅节约了成本，而且解决了传统燃料遇冷汽化影响生产进度的难题。

2.3 埋弧自动焊接技术特点

平接焊缝采用双丝埋弧自动焊接，可实现小于20mm 厚度钢板免开坡口焊接，减少了开坡口及清根程序，提高了工作效率。

2.4 药芯焊丝CO2 气体保护焊技术特点

厂内及现场的钢梁焊接采用药芯焊丝CO2气体保护焊。不仅能提高焊缝性能，而且焊缝效率高、焊接变形小、焊缝成形美观。

2.5 刚性胎架结合钢管支架系统控制焊接质量

在厂内制作统一可调整线型的具有一定刚度的胎架，现场搭设具有足够稳定性的临时支架，并且在连接节段处设置马板，焊接完成后再拆除，来确保钢梁焊接的收缩量及几何尺寸。

3 施工工艺流程及关键技术要点

3.1 钢箱梁焊接施工工艺流程

利用数控套料、数控火焰切割的方式生产钢箱梁零构件；采用埋弧自动焊与药芯焊丝CO2气保焊的焊接工艺完成钢箱梁的厂内焊接及现场拼接；通过厂内刚性胎架与现场稳定的临时支架系统控制钢箱梁的制作及拼接质量。钢箱梁焊接施工工艺流程见图1。

图1 钢箱梁焊接施工工艺流程

3.2 钢箱梁焊接施工操作要点

3.2.1 数控套料

由于CAD 绘制的零件图难免会有多余的点，重叠的线，以及连续小折线组成的曲线，如果直接拿这种DWG 文件进行套料编程切割，就会造成切割机跑空车、重复切割、频繁加减速等现象，不仅影响切割效率和切割质量，还会对切割机造成伤害。所以套料前一定要使用FastCAM 软件的CAD 优化功能，对DWG 文件进行优化处理。最后通过FastPLOT 程序对套料结果进行检验，校验过程中可以通过切割轨迹和分布模式检验套料结果是否符合原有设想，发现不足之处及时调整。

3.2.2 构件切割下料

切割供氧采用液氧，虽然一次性投入大，但是切割速度快，切割断面光滑整齐，切割缝窄，节省了大量后续处理的时间和人工成本，综合经济指标高。

3.2.3 试件焊接、确认焊接参数

全桥采用Q345qe 钢材，根据设计要求及工程的实际制造情况，双丝埋弧自动焊应用于顶板、底板、腹板的对接焊缝；CO2气体保护焊应用于箱室内的焊接及现场安装焊接。埋弧自动焊选择CHW-STH550-Ⅲ型焊丝（φ4mm），焊材满足《埋弧焊用高强钢实心焊丝、药芯焊丝和焊丝-焊剂组合分类要求（GB/T 36034—2018）》；CO2气体保护焊选择GFR-81W2（φ1.2mm）药芯焊丝，TH550-NQ-Ⅲ型（φ1.2mm）实心焊丝，保护气体CO2浓度不低于99.5%，焊材满足《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝（GB/T 818.2008）》。箱梁各梁段主要构件钢板厚度参数见表1。

表1 箱梁各梁段主要构件钢板厚度参数

3.2.4 焊接试件接头方式及焊接方法

试件1：t=40、32（t×150×400，各2 件）。

焊接位置：平焊对接。

焊接方法：实心焊丝CO2气保焊打底，双丝埋弧自动焊填充、盖面。

试件2：t=20、16、12（t×150×400，各2 件）。

焊接位置：平焊对接。

焊接方法：实心焊丝CO2气保焊打底，双丝埋弧自动焊填充、盖面。

试件3：t=26+20（26×150×400，20×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：药芯焊丝CO2气保焊。

试件4：t=26+32（26×150×400，32×150×400，各1 件）。

焊接位置：仰焊角接。

焊接方法：药芯焊丝CO2气保焊。

试件5：t=16+12（16×150×400，12×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：药芯焊丝CO2气保焊。

试件6：t=8+20（8×150×400，20×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：药芯焊丝CO2气保焊。

试件7：t=8+20（8×150×400，20×150×400，各1 件）。

焊接位置：平焊角接。

焊接方法：药芯焊丝CO2气保焊。

3.2.5 钢箱梁厂内埋弧自动焊焊接制作

钢箱梁平焊对接采用埋弧自动焊，本工法通过对焊接参数的调整实现了小于20mm 厚度钢板免开坡口焊接，采用对接平焊方式即可满足焊接要求。焊接电流分别通过两根独立的焊丝，当焊丝间距小于50mm 时，两根焊丝共同形成一个共熔池，较长的熔池长度使冶金反应更为充分。不仅能提高焊接速度、改善焊缝质量，也可以满足不同板厚的对接和交接及堆焊的应用要求。

3.2.6 药芯焊丝CO2 气体保护焊

在厂内部分钢梁构件连接及现场钢梁焊接施工过程中，采用药芯焊丝CO2气体保护焊。

生产效率方面：与实心焊丝相比，由于药芯焊丝焊接飞溅少、焊缝成形好，减少了清除飞溅与修磨焊缝表面的时间，因此生产效率高。

钢材的适应性方面：与实心焊丝相比，由于药芯焊丝一般是通过药芯过渡合金元素，可以像手工焊条那样方便地从配方中调整合金成分，以适应被焊钢材的要求。

使用成本方面：与手工焊条及实心焊丝相比，虽然药芯焊丝本身的价格高，但对于大型工程来讲，使用药芯焊丝后，生产周期缩短且焊缝质量容易保证，所以带来的综合效益很高。

3.2.7 钢梁吊装

钢箱梁采用工厂集中制作成型，运至施工现场后，整跨式一次吊装到位。

（1）起吊点设立：为保证钢箱梁不变形，吊梁点设置在梁端部横隔板的加强处，并配备扁担梁使其在吊装过程中始终受竖向力。

（2）挂钩：当钢梁运到起吊位置时，起重工开始分别拴绳扣，吊车收绳使钢丝绳稍微吃上力，保持吊钩始终与钢梁中心垂直。

（3）试吊：使钢梁稍微离开加工平台一段距离，并保持一段时间，观察吊车支腿有无变化，若无变化则可以匀速起吊，当起升高度超过临时支架0.5m 时，方可开始回旋就位。

（4）当确定支架顶上没有异物，同时在指挥人员下达命令后方可落钩，梁段缓慢匀速落下，支稳找正，并按要求完成所有的限位结构后才可完全摘钩。

4 结语

昆山西路与304 国道连通—高架桥工程跨线主桥为钢箱梁斜拉桥，跨径布置为155m+120m，钢箱梁分为44 个梁段，共13种类型。主梁采用正交异性桥面板钢箱梁，中心梁高2.5m，顶板宽31m，1.5%双向横坡，底板宽22.02m，横向为平坡。钢箱梁总重4264t。钢箱梁采用厂内分节段制作，现场吊装焊接的方式架设。开工、竣工时间2018年11月10日—2019年7月1日，钢梁外观及探伤检测均达到规范要求。