鋼箱梁制造工藝及焊接質量控制研究

張佳弟

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

鋼箱梁具備組裝方便、工作效率高、安全穩定性高等特點，但同時對制造工藝和焊接施工存在較高要求。為保證鋼箱梁較好地服務于現代橋梁建設，不僅需要關注質量控制要點，同時，還需要積極應用各類新型技術進行鋼箱梁制造和焊接，這類內容正是本文研究的重點所在。

1 鋼箱梁制造工藝應用要點

本文研究對象選擇重力式錨懸索鋼橋，該工程以扁平鋼箱梁作為主橋鋼箱梁，具體為正交異性橋面板流線型，中間梁段、標準梁段、邊梁段的長度分別為13m、12m、8.65m。設置實體式橫隔板4道于標準梁段鋼箱梁內，以3m為橫隔板間距，頂板U肋栓接外。該工程鋼箱梁采用全焊結構。

1.1 制造節段劃分要點

受自身體積因素影響，存在較高運輸難度的鋼箱梁需要進行分解，以此滿足運輸需要，分解需要圍繞鋼箱梁的具體設計、結構特點開展針對性分析，同時，還需要考慮運輸情況帶來的影響，科學完成橫向、縱向分段，需盡量采用大塊件分段，現場焊縫數量可有效減少，多數情況下采用焊接作為連接方式，如本文研究的工程主要依托吊裝能力、運輸條件、不同長度的加勁梁特點開展制造節段劃分，最終劃分梁端數量為57個，采用栓、焊結合形式開展梁段連接。

1.2 板單元制造要點

為完成高質量的板單元制造，具體實踐嚴格參照了具體設計，以板單元圖、桿件圖等施工工藝圖為依據，同時圍繞制造工藝開展深入研究，最終得以明確各個制造工序的控制點、難點、重點，并結合工廠工藝和技術要求細化，圍繞工藝文件和施工工藝圖開展工藝性審查，并在存在問題時及時溝通設計人員，在確認無誤后進行生產，具體需關注五方面要點：（1）鋼板平板處理。為實現軋制內應力的消除，鋼板平板處理需圍繞進廠后的厚板進行，趕平的同時可將軋制內應力在一定程度上消除；（2）放樣、作樣及號料。基于較高的工藝要求，需關注預留余量的留存，如發現鋼料存在油污污物、平直等問題，需開展針對性的清洗和校正。號料尺寸往往存在一定偏差，需將偏差控制在±1mm內。號料過程需要關注板件對接的盡量減少，鋼材主應力方向與軋制方向的一致性也要得到重視，鋼板起吊、堆放、搬移過程需嚴格控制平整度；（3）下料切割。下料、放樣的焊接收縮補償量、加工余量預留需遵循工藝圖紙要求，精密切割需依托數控機床完成；（4）劃邊緣加工線、折彎線。通過研究工藝圖，即可將板件系統線等劃出，需嚴格控制誤差，劃線前的打磨除銹處理、專人劃線安排以及嚴格復核也不容忽視；（5）邊緣加工。在零件劃線后，需做好直線度、垂直度的偏差檢測，必要時需要重新劃線。開坡口需嚴格遵循設計要求，此外，還要關注零件刨（銑）加工要求、坡口精密切割（機加工）與偏差控制。

1.3 單元件預制要點

以頂板單元件制造為例，具體需要關注以下幾方面要點：（1）基于剛性組拼平臺組拼單元件。在組拼前需要劃出組裝定位線，基準為板基準邊及系統線；（2）清除待焊區域有害物。需將待焊區域的油污、水分、氧化鐵皮、鐵銹、車間底漆等徹底清除，以此保證表面顯露金屬光澤，隨后方可進行加勁肋組裝和焊接；（3）嚴格執行工藝要求。U肋的組焊需關注焊接可能引發的角變形，為有效實現焊接變形量減少，應預置合適的反變形量，減少后續工作量；（4）U肋與頂、底板焊接熔透深度的控制。結合相關設計內容，焊接需圍繞板單元反變形焊接胎開展，焊縫的熔透深度可由此得到較好保障，同時又保證了板單元焊后的平面度；（5）焊后調校。可采用熱矯的方法矯正焊接后加勁肋的角變形，以此在0.5mm內實現對角變形的控制，主板與肋板垂直度偏差需要在端部2m范圍內小于1mm；（6）焊縫打磨。完成焊接后的焊縫打磨不容忽視，焊縫端部和端隔板處屬于打磨重點，針對性的焊縫檢查也極為關鍵；（7）檢驗與調校。板單元組焊完畢后，需開展嚴格檢驗，通過檢驗方可進行組拼，如發現單元機存在超過允許偏差，針對性的調校必須得到重視。

1.4 工廠組拼及預拼裝要點

模擬設置大拼胎架需結合實際的橋梁截面變化、縱橫坡變化、弧線形狀、外形特點以及鋼箱梁加工工藝流程、分塊原則，大拼時需要科學設置用于臨時定位的連接匹配件，以此準確開展二次拼裝定位，現場分塊節段施工可順利開展，具體的節段組裝需要設法實現立體階梯式推進，組裝和焊接必須做到逐段開展，優先級為底板、橫隔板、錨箱、頂板。下面以典型節段為例進行節段組裝要點說明具體拼裝要點：（1）拼裝節段底板單元。案例選擇2+1模式的總拼胎架，基于縱向線型設置，焊接收縮變形量于橫向預留，同時進行橫向拱度設置，焊接收縮下撓可有效抵消；（2）組焊底板單元。為求得反變形量和對接收縮量，保證組拼質量，案例采用了雙拼反變形公式開展針對性計算，在具體對接底板的過程中，重點標記安裝縱隔的位置，采用劃線標記方式。拼裝胎架上需要對底板進行鋪設，隨后方可進行其他部位鋪設，板間需要同時預留對接縫用于襯墊。隔板等安裝位置線也需要標記出，對稱施焊在完成檢查后進行，全部底板依次組裝；（3）隔板單元組裝。在完成中間的橫隔板組裝后，方可進一步開展兩邊的具體組裝，具體定位采用組裝定位線，橫隔板安裝可由此順利開展。使用水平儀檢查和控制橫隔板的水平基準線，使之處于水平狀態。進一步施工需嚴格遵循工藝對順序的要求，依次完成焊接處理；（4）頂板單元組裝。頂板標高的控制在組裝過程中極為關鍵，這一控制需以控制點的標高入手，以此實現箱體各類線型的有效控制；（5）錨箱單元和臨時吊耳安裝。需做好測量、焊接、微調，對接焊縫收縮量的預留需同時得到重視；（6）運梁臺車馱運。運梁臺車負責運輸完成拼裝的梁段，后續梁端拼裝可由此逐步開展；（7）標識與記錄。完成上述各步驟后，還要嚴格開展記錄工作，相應標識也需要科學設置，拆分前要以運輸設計為依據，隨后開展后續環節的運輸。

2 鋼箱梁焊接質量控制路徑

2.1 基本路徑

鋼箱梁的焊接要求高、線形控制精度高、架設安裝難度大，這對焊接質量控制提出了較高挑戰，仍以上文提及的案例工程為例，該工程的鋼箱梁焊接質量控制主要以變形控制作為切入點，基于高水平的焊接過程精度控制，不可控誤差得以排除，構件質量也得到了保障。板單元組裝和焊接采用自動化設備，焊接變形可有效控制。鋼箱梁單元的精準度同時得到了有效控制，以此規避相關誤差，同時采用數控機具對橫隔板等單元件開展精密切割。在鋼箱梁現場裝焊質量控制中，主要采用以下幾方面質量控制措施：（1）合理設置裝配間隙，需重點關注收縮余量，避免出現不匹配的焊接數據；（2）強化橋軸線變化監測。施工過程中需重點監測橋軸線變化，并保證焊接順利的合理安排，防雨、防風措施的科學設置也極為關鍵。

2.2 基于新型技術的質量控制路徑

為更好地控制鋼箱梁焊接質量，新型技術的應用同樣需要得到重視，如采用人工智能技術，基于鋼箱梁焊接的智能編程、焊縫跟蹤、遠程焊接需要得到重視，同時還要關注物料跟蹤技術。以焊接管理跟蹤系統為例，該技術近年來在鋼箱梁焊接中的應用日趨廣泛，包含鋼箱梁制造過程中的各類質量管理功能模塊，如焊接工藝、檢驗員資質、焊工資質、焊縫清冊等。能夠通過對焊接參數、焊接工藝、焊接路徑等的動態調整保證焊接質量，該系統由于具備較高實用價值，因此，相關理論研究和實踐探索近年來受到了廣泛關注；另外，BIM平臺在鋼箱梁焊接質量控制中的應用也不容忽視，如通過二維碼和物料跟蹤技術進行數據讀取，作為構件信息載體的二維碼標牌可提供實時構件信息，二維碼掃描器的應用可實現數據的快速讀取，相關人員可由此快速獲得構件當前坡口開設、裝配、焊接、檢驗等狀態信息，從而有效管控工程質量。

3 結語

綜上所述，鋼箱梁制造與焊接需要重點關注各方面因素帶來的影響。在此基礎上，本文涉及的制造節段劃分要點、板單元制造要點、單元件預制要點、工廠組拼及預拼裝要點、基于新型技術的質量控制路徑等內容具備較高借鑒價值。為了更好地滿足現代橋梁建設需要，鋼箱梁制造與焊接還需要關注低溫等特殊條件的應對、新型工藝的優選和應用。