金安金沙江大橋正交異性橋面板U肋全熔透焊縫焊接工藝方案

趙杰

上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司 上海 200125

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

金安金沙江大橋是主橋主跨為1386米的雙塔雙索面單跨簡(jiǎn)支板桁結(jié)合加勁梁懸索橋，華坪岸邊跨為跨徑320米的無(wú)懸吊結(jié)構(gòu)，麗江岸為跨徑205米的無(wú)懸吊結(jié)構(gòu)。跨度為330+1386+205米，橫向纜距27米，吊索順橋向間距為10．8米。正交異性橋面板的頂板板厚為16毫米，U肋板厚為8毫米，要求U肋與頂板的縱縫為全熔透焊縫，并確保U形加勁肋內(nèi)側(cè)和外側(cè)的焊縫均能成型飽滿光順。

2 編制目的

（1）為了充分驗(yàn)證金沙江大橋板單元U肋與頂板全熔透焊接工藝的可行性、方案的合理性、設(shè)備加工能力以及工裝的適用性。

（2）保證板單元U肋焊接批量化生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

（3）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定金沙江項(xiàng)目板單元U肋板單元全熔透焊縫檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、探傷工藝、以及無(wú)損檢測(cè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

（4）后續(xù)對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、比對(duì)、總結(jié)，不斷對(duì)板單元U肋焊接工藝方案進(jìn)行完善。

3 U肋板試驗(yàn)板單元

為驗(yàn)證板單元U肋與頂板全熔透焊接工藝的可行性，選取金安金沙江大橋項(xiàng)目中典型U肋橋面板單元作為U肋熔透焊試驗(yàn)，尺寸為2320＊9500毫米的U肋板單元，包含4根9．5米長(zhǎng)U肋進(jìn)行3件試驗(yàn)[1]。

4 焊接方案選擇

為選擇合適的板單元U肋全熔透焊接方法，對(duì)各焊接方案進(jìn)行比選，采用多種焊接材料、焊接氣體、焊接角度、焊縫坡口，進(jìn)行多種焊接方式組合的焊接工藝試驗(yàn)，擇優(yōu)選取焊接方案。

表1 U肋全熔透方案比選

表2 各種U肋全熔透方案目的

通過(guò)對(duì)比分析試驗(yàn)結(jié)果，試樣方案3的焊接工藝更可保證U肋與頂板間的全熔透，且無(wú)損檢測(cè)合格率較高。為驗(yàn)證此焊接工藝方案的穩(wěn)定、可靠，板單元U肋全熔透試驗(yàn)采用方案3進(jìn)行焊接試驗(yàn)。

5 焊接材料選擇

根據(jù)板單元U肋熔透焊的技術(shù)要求，通過(guò)焊接試驗(yàn)及技術(shù)選型，確定如下類別的焊接材料。

表3 焊接材料選用表

6 板單元U肋試制件制造工藝流程

6.1 板單元U型肋制作

板單元U肋采用常規(guī)數(shù)控切割機(jī)數(shù)控下料。坡口采用機(jī)加工，兩端螺栓孔需按中心線劃線后機(jī)加工出孔。長(zhǎng)度允許偏差：±2．0毫米，寬度允許偏差：±2．0毫米。

6.2 橋面板劃線

（1）在試驗(yàn)件頂板上劃出縱、橫向基準(zhǔn)線，基線兩端各打三個(gè)樣沖眼。根據(jù)基線及縱向U形肋圖紙定位尺寸，頂、底板拼接組裝間隙和焊接收縮量，劃出縱向U肋裝配線。

6.3 U肋裝配

（1）將頂板置于無(wú)碼組裝胎架上，根據(jù)縱基線控制縱基線與橫向限位擋的距離，用夾緊裝置固定頂板，復(fù)測(cè)縱基線與橫向限位擋的距離，合格后方可進(jìn)行后續(xù)工作。

（2）組裝U肋板：以U肋板裝配線為基準(zhǔn)用無(wú)碼組裝胎架組裝U肋板，組裝時(shí)需要注意的事項(xiàng)如下：

①每塊板單元組裝完成后必須嚴(yán)格檢查U肋板的各個(gè)定位尺寸。合格后方可進(jìn)行后續(xù)工作。

②組裝后，在醒目位置按照要求標(biāo)注相關(guān)標(biāo)識(shí)，確保唯一性，方便后續(xù)跟蹤。

③距端部30毫米以內(nèi)不進(jìn)行定位焊，焊縫長(zhǎng)70毫米，每道定位焊間隔為500毫米，U肋定位焊焊縫厚度3-4毫米,裝配間隙≤0．5毫米。

6.4 U肋內(nèi)焊

板單元U肋內(nèi)側(cè)焊縫采用U肋內(nèi)焊專機(jī)進(jìn)行焊接，焊前調(diào)節(jié)焊絲角度，保證內(nèi)側(cè)焊絲與底板夾角30-45°調(diào)節(jié)。

6.5 板單元U肋外側(cè)焊接打底

板單元U肋外側(cè)焊縫打底時(shí)使用聚弧深熔焊焊接設(shè)備，采用金屬粉芯焊絲進(jìn)行焊接。焊前需檢查聚弧深熔焊設(shè)備，確保穩(wěn)定焊接。焊接時(shí)需注意焊絲與頂板角度以及胎架角度，胎架角度30°，焊槍與底板夾角30-45°調(diào)節(jié)。

6.6 板單元U肋外側(cè)焊接蓋面

板單元U肋外側(cè)焊縫蓋面時(shí)使用U肋焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接，采用金屬粉芯焊絲進(jìn)行焊接，焊接胎架角度30°。

6.7 板單元校正

板單元U肋試驗(yàn)板單元矯正前，需測(cè)量試驗(yàn)板單元焊接橫向收縮及縱向收縮，并準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)。

（1）構(gòu)件應(yīng)根據(jù)變形情況采用冷矯或熱矯對(duì)其進(jìn)行修整矯正。

（2）修整不得使構(gòu)件表面產(chǎn)生凹痕或其它損傷。

（3）火攻矯正時(shí)應(yīng)監(jiān)控加熱溫度，一般應(yīng)控制在600℃以下，嚴(yán)禁過(guò)燒，不宜在同一區(qū)域內(nèi)多次反復(fù)加熱。對(duì)于矯正溫度需超過(guò)600℃時(shí)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果控制矯正溫度上限不得超過(guò)800℃。

（4）加熱后應(yīng)緩慢冷卻，不得用水急冷；在室溫下局部修整采用錘擊時(shí)，需加墊板。

（5）矯正后的構(gòu)件應(yīng)放在平臺(tái)上檢查。

7 檢驗(yàn)檢測(cè)方法、比例、范圍及驗(yàn)收要求

7.1 焊縫質(zhì)量驗(yàn)收等級(jí)

U肋全熔透焊縫的質(zhì)量等級(jí)定為Ⅱ級(jí)。

7.2 板單元檢驗(yàn)批次的劃分及驗(yàn)收

單個(gè)工程應(yīng)將板單元分為：首制件檢驗(yàn)批和批量制造檢驗(yàn)批。

首制件檢驗(yàn)批，按5塊板單元為一個(gè)批次。

批量制造檢驗(yàn)批，按10塊板單元為一個(gè)批次。

7.3 焊縫外觀檢驗(yàn)要求

（1）檢驗(yàn)數(shù)量：全部板單元。

（2）檢驗(yàn)范圍：內(nèi)側(cè)焊縫檢測(cè)兩端各1000毫米范圍，對(duì)斷絲、熄弧等可疑部位應(yīng)采用內(nèi)窺鏡等攝像設(shè)備輔助檢查；外側(cè)焊縫全長(zhǎng)。

（3）檢驗(yàn)時(shí)機(jī)：待焊縫溫度降至室溫后，進(jìn)行VT檢驗(yàn)。

（4）檢驗(yàn)方法：目視檢測(cè)、內(nèi)窺鏡等攝像設(shè)備。

（5）驗(yàn)收要求：按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50-2011中第19．6．1項(xiàng)第1條款執(zhí)行。

7.4 焊縫表面及近表面檢測(cè)要求

（1）檢測(cè)比例：

①首制件制造（前5個(gè)板單元）：全部板單元100%檢測(cè)，每條外側(cè)焊縫兩端各1000毫米；

②批量制造：板單元數(shù)量的10%。

（2）檢測(cè)范圍：每條外側(cè)焊縫兩端各1000毫米。

（3）檢測(cè)時(shí)機(jī)：焊縫經(jīng)100%VT合格后。

（4）檢測(cè)方法：磁粉檢測(cè)，應(yīng)符合《焊縫無(wú)損檢測(cè)磁粉檢測(cè)》GB/T26951-2011的規(guī)定。

（5）焊縫驗(yàn)收：應(yīng)達(dá)到《焊縫無(wú)損檢測(cè)焊縫磁粉檢測(cè)驗(yàn)收等級(jí)》GB/T26952-2011中2X級(jí)的規(guī)定[2]。

7.5 焊縫內(nèi)部缺陷檢測(cè)要求

（1）檢測(cè)比例：

①首制件制造（前5個(gè)板單元）：每塊板單元每條焊縫全長(zhǎng)100%；

②批量制造：每批次板單元數(shù)量的10%。

抽檢板單元U型肋兩側(cè)的焊縫至少各一條，且抽檢焊縫條數(shù)占全部焊縫條數(shù)的比例不＜30%，不足一條按一條計(jì)。

抽檢板單元平均一條焊縫不合格缺陷達(dá)到3處時(shí)，增加一塊板單元檢測(cè)。

（2）檢測(cè)范圍：

①整條焊縫（螺栓孔范圍除外）；

②外觀檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)未焊滿、斷弧、電弧跑偏等需100%檢測(cè)，且兩端各延長(zhǎng)100毫米，不受檢驗(yàn)批次限制；

③螺栓孔范圍僅做頂板側(cè)檢測(cè)。

（3）檢測(cè)時(shí)機(jī)：焊縫經(jīng)100%VT合格后。

（4）檢測(cè)方法：超聲檢測(cè)：

①按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行檢驗(yàn)。

②按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50-2011中表F2．0．1全熔透焊縫設(shè)置波幅曲線靈敏度。

（5）焊縫缺陷評(píng)定：

①焊縫熔透為合格。

②單個(gè)缺陷長(zhǎng)度≤100毫米時(shí)判定為合格。

③缺陷累計(jì)指示長(zhǎng)度在任意的焊縫長(zhǎng)度lw（lw=1000毫米）范圍內(nèi)不超過(guò)20%時(shí)，可判定本評(píng)定區(qū)域焊縫合格。缺陷累計(jì)指示長(zhǎng)度是指所有單獨(dú)的可驗(yàn)收顯示在每條焊縫長(zhǎng)度范圍內(nèi)單個(gè)缺陷指示長(zhǎng)度之和。

④裂紋危害性缺陷，判斷為不合格。

7.6 返修后的檢測(cè)

所有修復(fù)后的焊縫按照原檢測(cè)方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，并在返修部位兩端各增加100毫米檢測(cè)。

7.7 批量生產(chǎn)條件

①首制件每塊焊縫全熔透長(zhǎng)度占焊縫全長(zhǎng)的96%時(shí)，方可進(jìn)入批量制造階段。

②首制件首個(gè)檢驗(yàn)批不合格，但在分析原因并采取有效措施，在第二個(gè)首制件檢驗(yàn)批檢驗(yàn)合格，也可進(jìn)入批量生產(chǎn)。

③如首制件第二檢驗(yàn)批不合格，應(yīng)停產(chǎn)整頓，重新制定施工方案。

④當(dāng)設(shè)備或工藝發(fā)生重大調(diào)整時(shí)，或者一個(gè)批次的超過(guò)3個(gè)板單元不合格應(yīng)重啟首制件檢驗(yàn)批的檢驗(yàn)要求。

8 U肋全熔透焊縫工藝指導(dǎo)文件

對(duì)實(shí)際工況進(jìn)行了焊評(píng)試驗(yàn)，根據(jù)焊接工藝焊評(píng)結(jié)果，編制相應(yīng)的焊接工藝文件，用于指導(dǎo)批量生產(chǎn)。

9 返修工藝

板單元U肋焊縫缺陷超出驗(yàn)收要求規(guī)定的上限值，需要采用專項(xiàng)返修方案進(jìn)行返修，板單元U肋坡口缺陷及焊接缺陷的清除范圍除應(yīng)包括缺陷全長(zhǎng)外，還應(yīng)由此缺陷兩端各外延。

9.1 板單元U肋內(nèi)焊?jìng)?cè)缺陷處理

圖1 U肋內(nèi)部焊縫缺陷處理

9.2 板單元U肋外部缺陷處理

10 U肋全熔透試驗(yàn)總結(jié)

10.1 試驗(yàn)板單元探傷結(jié)果

表4 實(shí)芯焊絲+實(shí)芯焊絲+藥芯焊絲焊接試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

表5 實(shí)芯焊絲+金屬粉芯焊絲+藥芯焊絲焊接試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

表6 實(shí)芯焊絲+金屬粉芯焊絲+藥芯焊絲焊接試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

10.2 宏觀腐蝕試樣

為進(jìn)一步查看焊縫質(zhì)量情況，針對(duì)裝配定位焊及易產(chǎn)生缺陷部位進(jìn)行取樣，通過(guò)宏觀金相腐蝕，確認(rèn)該部位是否存在缺陷及類型。從宏觀腐蝕結(jié)果得出，U肋熔深均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且不存在缺陷[3]。

10.3 綜合總結(jié)

（1）采用該U肋全熔透焊接工藝，全尺寸板單元試驗(yàn)探傷合格率不低于96%，極大的提升了U肋橋面板單元的疲勞性能，解決了焊接熔深控制的行業(yè)難題；

（2）高頻脈沖焊接+內(nèi)焊技術(shù)的全熔透焊接工藝成熟穩(wěn)定，可作為金沙江大橋U肋橋面板單元實(shí)際生產(chǎn)的工藝。