鐵路鋼管拱橋轉鉸結構加工技術研究

摘要：本文以新建鐵路大理至瑞麗鐵路瀾滄江特大橋中轉鉸結構制造為例，著重介紹了大型高精度要求的轉鉸軸結構的加工制造工藝，明確了相關的施工方法、質量控制、焊接工藝、注意事項等施工技術。

關鍵詞：轉鉸軸 高精度 機加工 焊接工藝 措施

1 概述

隨著高速鐵路的跨越式發展，鋼管混凝土拱橋在我國得到了長足的發展，受安裝條件的限制，轉體施工方法得以廣泛的應用和青睞，而轉鉸結構的加工質量和制造精度，是鋼管拱橋豎轉施工能否順利實現的關鍵，本文以新建鐵路大理至瑞麗鐵路瀾滄江特大橋中轉鉸結構（幾何尺寸：5.2m*2.26m*1.6m，板厚σ30mm-σ50mm，材質Q345qE）的制造為例，詳細介紹轉鉸結構制造工藝、質量檢驗標準及注意事項，以期為同類轉鉸軸結構加工制造提供參考。

2 工藝原理

本工藝采用3D3S、CAD等制圖軟件，創建轉鉸結構的實體模型，為結構的制造提供技術支持；設置特定組裝胎具，對轉鉸軸按順序進行組裝定位；采取工藝措施控制焊接變形及內部質量；而后對轉鉸軸表面進行機加工處理（轉軸采用車削加工、轉鉸采用鏜銑加工），以滿足構件接觸面粗糙度要求；機加工完畢后，進行表面防腐處理和加工面的成品保護。

3 工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程 備料及下料→結構組裝→構件焊接→矯正→質量檢驗→精加工→涂裝及保護。

3.2 備料及下料 為滿足鋼橋的豎轉要求，構件某些部件需進行機加工處理。因此，在材料準備時，預留該部件的機加工余量。

①轉軸下料板厚由設計給定的50mm厚改為55mm厚，預留5mm的外圓車削余量。

②轉軸端頭圓板的直徑下料的尺寸由設計給定的2.2m改為2.21m，預留與軸輥整體焊接后5mm的車削余量。

③預埋底板與底座的接觸面由于需保證12.5的粗糙度要求，預留5mm的銑削余量，板厚由設計的30mm改為35mm。

④轉軸和底座相配合的軸瓦，內表面預留5mm的鏜削余量，板厚由設計給定的50mm改為55mm。

為保證零件下料的尺寸及精度，預埋底板、軸及肋板鋼板采用雙驅動數控切割機進行下料。軸及軸瓦采用液壓式三輥卷板機進行卷制；肋板及加勁板的邊緣、坡口采用銑邊機進行加工。

3.3 結構組裝

3.3.1 組裝胎具設置。根據瀾滄江特大橋轉鉸的外形尺寸，確定加工制作胎具高400mm，由基礎、骨架和面板組成，平臺通過化學錨栓和骨架連接，平臺平整度誤差不大于1mm，兼顧零件的定位卡控作用和防變形、反變形、變形監控作用。

3.3.2 轉鉸組裝。轉鉸組裝前，按圖紙和工藝文件檢查零件的幾何尺寸、坡口，無誤后方可組裝（見圖1）。

①將預埋底板卡死在胎具上，并進行測平。

②分塊間隔安裝間距為450mm轉鉸肋板，對稱焊接、矯正。

③安裝軸瓦，控制軸瓦的軸線與底板平行度、距離，點焊固定。

④安裝軸瓦間加勁板，點焊固定，檢驗轉鉸底座整體幾何尺寸，組裝精度符合工藝要求。

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3.4 焊接與矯正

3.4.1 構件焊接。①為有效控制鉸座的整體焊接變形，采用背靠背+剛性固定+對稱焊接+火焰矯正的組合施工方法以減小焊接變形（見下圖）。

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②底座接頭為T型全熔透焊縫，采用CO2氣體保護藥芯多層多道焊，坡口為30～450的K型對稱形式，控制焊接熱輸入量和層間溫度，采用錘擊法消除部分殘余應力，到達細化晶粒，減小焊接變形的作用。

③焊接時，先焊接肋板與底板縱向焊縫，而后焊接肋板與軸瓦、加勁板與軸瓦間焊縫，整體的焊接遵循“從中間向兩邊、多層多道、對稱”的原則；采用連續翻身焊方式，以平焊或橫焊為主，避免仰焊或立焊。

④CO2氣體保護焊采用Supercored71H藥芯焊絲，CO2氣體純度達到99.8%以上，焊接電流為220-260A，焊接電壓為29-31V，焊接速度為15m/h，層間溫度為140-150℃。

3.4.2 構件矯正。焊接完成后，底座鋼板、肋板及軸瓦均產生焊接變形，須進行及時矯正；矯正采用火焰與機械相結合的形式，火焰矯正時溫度應在600～800℃，不宜在同一部位重復加熱，不得有過燒現象；機械矯正時需緩慢加力，室溫不宜低于5℃，冷矯總變形量不得大于2%。

3.5 結構機加工 ①設計轉軸直徑為2200mm，組裝完成后外徑為2210mm，預留10mm的加工余量，采用大型臥式車床進行車削加工。機加工前，確定轉軸加工軸線，以軸線為基準，進行圓周的車削加工，軸線基準點為兩端軸封板的圓心。

②設計轉鉸的內徑為2220mm，組裝完成的轉鉸軸外徑為2210mm，預留10mm的加工余量，采用大型鏜銑床進行加工。機加工時先對轉鉸座底板進行平面銑制，以底板為基準面進行瓦面加工，軸瓦加工面與底板平面平行且間距符合設計要求，而后進行轉鉸連接端面的銑制加工。

3.6 涂裝 轉鉸結構加工完成后進行成品防護及防腐涂裝，對機加工的鋼材表面涂刷黃油來隔絕空氣介質腐蝕。轉鉸底座的非機加工表面采用噴砂的方法進行除銹，按照設計要求進行油漆的涂刷。高強度螺栓連接部位，采用電弧噴鋁進行摩擦面處理，鋁層厚度為150μm±50μm，抗滑移系數出廠時不小于0.55。

4 質量控制

4.1 質量標準 參照的施工質量標準為：《鐵路鋼橋制造規范》（TB10212-2009）、《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB50205-2001）、《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ81-2002）、《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》（GB11345-1989）及《鐵路鋼橋保護涂裝》（TB/T

1527-2004）。

4.2 質量控制要點 ①轉軸卷制完成后縱縫對接間隙為0～3mm，對口錯邊小于t/10，且不大于3.0mm，軸及軸瓦橢圓度不大于3.0mm。

②轉鉸結構組裝時，肋板的組裝偏差為±2mm，軸瓦與底板的間距偏差為±2mm。

③構件焊接按工藝規定的焊接位置、焊接順序及焊接方向施焊，嚴格執行工藝文件規定的變形控制措施，不得隨意更改，全熔透焊縫按《鐵路鋼橋制造規范》要求進行檢查，焊縫質量應達到超聲波探傷Ⅰ級。

④轉鉸軸機加工的外形尺寸偏差為±1mm；端頭封板與軸線垂直度偏差±2mm；軸瓦與轉鉸座底板的平行度控制在±1mm范圍內。

5 總結

此施工技術適用于大型高精度的焊接構件加工作業，可應用于大跨度鋼管拱轉鉸、大型焊接橋梁支座及大型整體焊接節點等領域中，應用市場廣泛；本文以新建鐵路大理至瑞麗鐵路瀾滄江特大橋中轉鉸結構的加工制造為例，介紹了轉鉸結構構件下料、組裝、焊接、矯正、質量檢驗標準及注意事項，該施工方法在瀾滄江特大橋、黃河特大橋等工程項目中得以實踐檢驗，安全可靠性高，經濟實用性強，切實解決了鐵路鋼管拱橋轉鉸結構的加工制作難題，具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]TB 10212.《鐵路鋼橋制造規范》.

[2]JGJ81.《建筑鋼結構焊接技術規程》.

[3]GB11345.《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》.

[4]GB50205.《鋼結構工程施工質量驗收規范》.

作者簡介：

田儒洲（1981-），男，工程師，貴州銅仁人，2004年畢業于大連交通大學，研究方向：鋼結構工程。