重載鐵路鋼橋焊接工藝分析

李 磊

中鐵一局集團物資工貿(mào)有限公司，陜西 西安 710054

1 工程概況

蒙華鐵路（蒙西—華中煤運鐵路）是國內最長的運煤專線，線路全長1837km，規(guī)劃設計輸送能力為2 億t/年，其重點工程是蒙華鐵路龍門黃河大橋。蒙華鐵路龍門黃河大橋位于陜西省和山西省交界處禹門口地區(qū)，跨越黃河，大橋起始里程DK505+956.100，終止里程DK506+224.600。蒙華鐵路龍門黃河大橋于2016年9月開始修建，2018年9月完工。

橋梁全長268.5m，采用1 ～202m 中承式鋼管混凝土提籃式拱橋，橋面梁長257.1m，鋼結構部分包括鋼管拱、拱上支墩（橫梁）、橋面系縱橫梁三部分，合計約4000t。主橋總體布置見圖1。

2 焊接工藝

鋼橋采用工廠制作、試拼裝完成后運送至施工現(xiàn)場安裝的形式，主要的焊接工作均在工廠內完成。經(jīng)分析，鋼橋的重點受力部位分別為橋面系整體及拱肋吊點與拱肋連接處，其主要材料為Q370qD 和Q370qE，設計焊縫形式為全熔透對接焊縫及全熔透T 型焊縫，具體焊接工藝見表1。

圖1 主橋總體布置圖（單位：mm）

（1）根據(jù)主材材質及焊接方法選取適合的焊材，主材及焊材進廠后按照規(guī)定進行第三方檢測，合格后方能施焊。擬選用焊材及適用部位見表2。

（2）根據(jù)焊接坡口形式，設計相關焊接參數(shù)、選用焊接設備等。擬選用的焊接設備見表3；焊接工藝參數(shù)及焊接條件見表4。

（3）根據(jù)擬定的焊接參數(shù)及條件，制作焊接試板，進行焊接工藝評定，焊接試件根據(jù)要求全部送至第三方有資質的檢測單位進行各項性能檢測，檢測結果均合格。

（4）焊接前根據(jù)構件形狀制作專用平臺卡具，確保焊接時構件均勻受力，避免受力不均勻集中導致焊接應力集如成本、工藝、企業(yè)利潤等因素，質量提升的速度較為緩慢。在選擇焊材時，必須考慮綜合經(jīng)濟成本，優(yōu)先選擇質量可靠、穩(wěn)定的生產(chǎn)廠商。焊材進廠后及時進行第三方檢測，檢測合格后方可投入使用。該工程焊材檢測結果見表5、表6。

表1 接頭坡口形式、焊接方法及代表焊縫

表2 焊接材料及適用部位

表3 擬選用的焊接設備

從表5 和表6 中可以看出，焊材的各項質量出廠及復檢數(shù)據(jù)均在標準范圍內，且無臨界數(shù)據(jù)存在，說明焊材的中，減少構件焊接變形。

表4 焊接工藝參數(shù)及焊接條件

（5）焊接時，以周圍環(huán)境溫度25 ～35 ℃、濕度50%～55%為宜，主要桿件在組裝后24h 內完成焊接，焊接主要在廠房內進行。冬期焊接時，將構件轉移至保溫棚進行焊接，環(huán)境溫度不低于5℃。焊接前根據(jù)要求對待焊件進行預熱，預熱溫度60 ～150℃。埋弧焊絲所用焊機必須嚴格按照要求進行烘焙，且在空氣中暴露時間不得超過2h。

（6）焊接前必須徹底清除待焊區(qū)域內的雜物及有害物，嚴禁在母材的非焊接部位引弧，焊接后及時清理焊縫兩側的焊渣及飛濺物。

（7）針對該橋特點，對于主要受力易疲勞的部位，如錨固系統(tǒng)構件、拱上橫梁及橋面系的支撐等，需要采取以下措施以提高焊縫的抗疲勞強度：①優(yōu)化接頭設計、合理安排焊接順序，以減少焊接應力集中。②修整焊縫成形不良部位，增加焊趾處的過渡角和過渡半徑。③對關鍵焊縫采用超聲波錘擊處理。

（8）嚴格按照設計要求對焊縫進行無損檢測，檢測不合格的焊縫必須進行返修。同一部位焊縫的返修次數(shù)不得大于2 次。

（9）對于因焊接應力導致變形量較大的構件，應及時進行矯正。采用冷矯正時，環(huán)境溫度不宜小于5℃，且總變形量不得大于2°；采用熱矯正時，加熱溫度應控制在600～800℃，嚴禁過熱矯正，不宜在同一部位多次重復加熱，且不得錘擊加熱面和用水急冷。

3 要點分析

3.1 焊材質量

隨著鋼企生產(chǎn)工藝的不斷提升，橋梁專用鋼的質量一直處于穩(wěn)中偏好的局面。而且焊接材料受各種因素影響，質量狀況較穩(wěn)定。

3.2 焊接工藝

焊接工藝的合理性主要通過對焊接試件進行第三方檢測后的實驗數(shù)據(jù)所體現(xiàn)。首先焊接完成后，需要對焊縫進行超聲波無損檢測，檢測合格后方能進行接頭拉伸、焊縫金屬拉伸、低溫沖擊試驗、側彎、接頭硬度及宏觀斷面酸蝕等試驗。經(jīng)第三方檢測機構檢測，所有焊接試件的試驗數(shù)據(jù)均合格，且無臨界數(shù)據(jù)存在，這說明擬定的焊接工藝及各項焊接參數(shù)滿足該工程項目要求，可以作為實施焊接工藝的依據(jù)。

3.3 過程管控

過程管控涉及鋼橋從技術準備到安裝完成的各道工序、各個環(huán)節(jié)。開工前，制造單位負責人組織編制《鋼橋制造驗收細則》，并根據(jù)細則內容編制相應的表格及記錄單，確保每個環(huán)節(jié)均有據(jù)可依、有證可查。其重點控制環(huán)節(jié)為焊接作業(yè)，焊接作業(yè)前，需根據(jù)焊接工藝評定結果編制焊接作業(yè)工藝卡片，工藝卡片信息內容主要有焊接部位、焊縫形式、所用焊材、焊接電流電壓參數(shù)、焊道數(shù)量等。焊接時有專人進行記錄，每位焊接作業(yè)人員都有唯一的焊工號，確保焊接過程全面受控。焊接作業(yè)嚴格實行“三檢”制度：自檢、互檢及專檢。并由作業(yè)人員、班組長及質量員在質量記錄上簽字確認，最終形成一套完整的質量記錄文件。制作過程中涉及見證取樣的部位，嚴格按照程序提前聯(lián)系總包單位相關人員，做好見證取樣記錄。

4 適用性分析

提籃式鋼管拱鋼橋是近年大跨距鐵路橋梁采用的一種常見形式，作為重載鐵路，中承式提籃拱鋼橋具有顯著的代表性。該橋工程地點為我國北方干旱地區(qū)，冬季最低溫度為-20℃，夏季最高溫度為42℃，屬于典型的北方氣候環(huán)境特點。我國國產(chǎn)橋梁專用鋼按照屈服強度分類，主要有Q235q、Q345q、Q370q 及Q420q 這四個等級，目前Q345q和Q370q 等級的鋼材主要用于鐵路鋼橋。該橋的鋼材主要為Q345q 和Q370q，是鐵路鋼橋主要材料的典型代表。

表5 焊材化學成分復檢表

表6 焊材力學性能復檢表

該橋的焊接工藝編制嚴謹、全面，焊接工藝試驗數(shù)據(jù)真實，工藝措施合理有效，焊接過程全面受控，焊縫無損檢測合格，整橋施工質量良好。其中，焊接工藝評定及制造驗收細則均按照相關規(guī)定進行了專家評審，評審專家給出了較高的評價，一致同意將評審方案應用在此次鋼橋制作中。

5 結束語

重型鋼結構橋梁制作的重要控制點是焊接工藝，而選擇合適的焊接工藝的前提是焊材與母材的匹配選型，尤其是對焊材的選用及各項性能的試驗檢測。綜上所述，該橋的焊接工藝適用性較強，內容全面，對于國內其他重載鐵路鋼橋的制造具有較高的借鑒意義。