波形鋼腹板PC連續(xù)剛構橋施工中自動化焊接技術的應用

付凱斌

（廣東冠粵路橋有限公司，廣州 511450）

1 引言

自動化焊接技術已經在各行各業(yè)中得到了廣泛的應用，但是在波形鋼腹板PC 連續(xù)剛構橋中的應用更是處于初級階段。近年來，橋梁工程對成品焊接質量不斷提高，考慮到自動化焊接與傳統(tǒng)手工焊接相比具有較大優(yōu)勢，如能夠有效提升焊接效率、品質和作業(yè)環(huán)境，降低能源、材料消耗和作業(yè)強度，保護環(huán)境，節(jié)約生產成本，開展自動化焊接技術在波形鋼腹板PC 連續(xù)剛構橋懸臂施工階段的應用研究具備重要社會經濟效益[1]。

2 工程概況

九綿高速LJ20 標蜈蚣口特大橋全長311 m，跨徑設計為75 m+160 m+75 m，上部結構為波形鋼腹板連續(xù)剛構，主梁單箱單室，頂板寬12.6 m，底板寬7.5 m，翼緣懸臂2.55 m，翼緣端厚20 cm，懸臂根部厚80 cm，頂板厚30 cm，墩頂位置局部加厚至130 cm；跨中及邊跨合龍段梁高4.0 m，墩梁結合的根部斷面及0 號梁段高10 m；底板厚從120 cm 漸變至35 cm，梁高、底板厚度采用1.8 次拋物線。橋梁下部結構采用雙薄壁墩。其中，上部結構波形鋼腹板的安裝定位，涉及鋼板與混凝土的連接施工，節(jié)段施工過程中每塊波形鋼腹板成品之間需要進行連接。本橋采用的是搭接連接，即先用螺栓臨時固定，在雙面貼角焊，焊接作業(yè)通常是在波形鋼腹板安裝精確定位，擰緊連接螺栓，固定好臨時支撐體系之后開始。而該橋共有340 塊波形鋼腹板，最大板高達7.9 m，即最長的一道豎向角焊縫高度達7.9 m，橋上焊接工作量非常巨大。考慮到自動化焊接技術有助于提升工作效率，優(yōu)化高空和惡劣環(huán)境下的可操作性，項目擬采用該技術開展懸臂施工焊接，并且對其應用效果進行分析。

3 自動化焊接設備選型

3.1 設備類別

設備選型時遵循安全性、經濟性、先進性和適用性原則，且自動焊接設備需要滿足現場實際需求。目前，市面上用于自動化焊接的設備主要包括剛性自動焊接設備、自適應自動焊接設備及自適應自動焊接設備3 種，品牌主要包括威王、通用/TAYOR、銀象焊機、瑞凌/RILAND、索力得/SOLID、松勒、龍韻/LOMVUM、華奧焊機、凱爾達/Kaierda、華意隆/HYL、上海庫奇HCD 系列等。本工程選用上海庫奇HCD500-8 自動焊接小車進行波形鋼腹板的焊接施工。

3.2 設備規(guī)格及技術參數

HCD500-8 是采用齒輪、齒條驅動的垂直行走焊接裝備，廣泛應用于水平對接焊、立向對接焊和橫焊，特別適合厚板焊接，該自動化焊接設備無須編程。小車主要組成包括行走本體、擺動裝置及控制面板，在可拆卸的軌道上行走焊接。此款小車體積小、質量輕、移動和使用非常方便，可替代高技能熟練工的焊接工作。車體上安裝離合裝置，可人工快速移動車體，能夠數字化顯示所有的操作功能，方便調整各項參數；內置程序精密控制行走速度、擺動速度、擺動角度、左右停留時間等，擺動器受程序控制，擺動帶具有左停、右停功能，防止擺動焊接時出現熔池不足的現象。小車具體技術參數如表1 所示。

表1 HCD500-8 自動焊接小車技術參數表

4 剛構橋波形鋼腹板自動化焊接技術應用

波形鋼腹板連續(xù)剛構橋的承載力可靠性及耐久性由腹板的焊接質量直接決定，焊接工作嚴格按圖紙要求進行，質量需要滿足設計及相關規(guī)范要求[2]。焊接工藝流程如下：工藝評定→施工準備→表面處理→焊縫殘渣等清理→質量評定。正式施焊前對操作人員進行焊接工藝指導交底，嚴格按作業(yè)指導書施焊。

4.1 焊接工藝評定

焊接前本橋焊接工藝評定根據材質、工藝、坡口形式等確定，評定合格后方可在項目中執(zhí)行。鋼腹板焊接中，焊接操作人員由勞動部門認可的等級焊工組成，且須有認可的焊接上崗證方可進行焊接工藝操作。

4.2 施工準備

施焊前焊縫邊緣30～50 mm 范圍內的雜物應清理干凈，金屬表面光澤。焊接工藝若出現變化，焊接工藝必須重新進行評定試驗。焊接時如遇大風大雨天氣則需設置防風雨棚，保證風速小于3 m/s 才能進一步開展，同時在密閉環(huán)境作業(yè)時應設置通風口和鼓風機，一次作業(yè)時間不超過30 min。

4.3 焊接控制分析

4.3.1 基本要求

現場立焊應由下向上焊接，工人需佩戴防護手套、工作服、面罩；點固焊縫無裂紋才能正式施焊；節(jié)段間開展雙面貼角焊縫前需要在相鄰上翼緣板之間焊接防變形墊塊，控制焊接變形；嚴格按圖紙要求檢查鋼腹板制作尺寸，其焊縫間距滿足規(guī)范要求，否則禁止使用；相鄰塊焊接面偏差應小于0.5 mm，否則應重新校正后再焊接；焊接端部需磨平，以提高端部抗疲勞強度；焊后需清除焊縫殘渣，局部超限需進行打磨處理。在焊接中逐步調整焊接速度、擺動模式、擺動幅度、擺動中心位置、擺動速度和左右停留時間以適應各種自然作業(yè)條件[3]。

4.3.2 質量控制要點

焊機設備經驗證后，使用人需負責設備保管，做好機具、設備的定期維護、保養(yǎng)工作，解決現場的后顧之憂；焊接要嚴格按照工藝評定和作業(yè)指導書進行施工；施焊前嚴格按規(guī)范要求檢查坡口質量、鈍邊厚度及裝配間隙，且必須清理坡口兩側，確保兩側100 mm 范圍內無油污等雜質，坡口及兩側10 mm范圍內應打磨出金屬光澤，以提升焊接質量的穩(wěn)定性；對于不同位置的曲線焊縫，實時調整自動焊接小車的擺動頻率和角度；自動焊接質量的關鍵點在于控制變形量，根據腹板板實際厚度，采取雙面坡口焊以減小波形鋼腹板曲線焊縫變形量。當節(jié)段較長時，采取分段對稱焊接，構件加設臨時防變形支撐，最大程度控制變形量[4]。

4.3.3 安全控制要點

相關作業(yè)人員經安全培訓教育，考核合格后持證上崗，作業(yè)時應穿戴工作服、絕緣鞋、電焊手套并保持干燥和清潔；工作環(huán)境潮濕時，地面鋪設防滑絕緣材料；焊接工作開始前，應先檢查焊接小車是否完好無損和安全可靠、焊接電纜絕緣位置是否有損壞的地方、接地和各接線點接觸是否良好；遇有六級及以上大風或惡劣氣候時，應停止露天高處焊接作業(yè)；高空作業(yè)中所有的材料均應放置平穩(wěn)，不得妨礙通行和其他作業(yè)，作業(yè)區(qū)的下方設有安全網，高空作業(yè)的各項安全措施檢查不合格時，嚴禁高空作業(yè)；焊接過程中要經常注意各行程開關動作的靈活性、機械保護塊是否松動和損壞，發(fā)現問題要及時派人處置；在往漏斗添加焊劑時，注意不要將焊劑撒落到拖板絲桿及導柱上，以免加快磨損和卡死，如果有撒落必須及時清理；工作結束要斷電，清理現場，并對各導軌、絲桿及螺母運動部位的塵土進行清理。

4.4 焊接設備檢查及維護

為了安全、長期使用自動焊接小車，要定期進行設備維護。技術人員需要經常清理控制盒面板、焊槍調整部位的飛濺，防止出現線路板損壞、焊槍無法調整的現象；經常清除導向輪、驅動輪、軌道、磁鐵和滑塊部位的焊渣及異物；檢查固緊焊槍夾具和導向輪的螺釘是否出現松動，若出現松動會造成行走不穩(wěn)及焊接不良等現象；經常檢查插頭、焊槍控制線是否損壞，蓄電池是否能正常充、放電；經常檢查行走電機、擺動電機、行走機構等部位的運行狀況，確認是否有異常的發(fā)熱或雜音等。

4.5 焊縫質量檢驗

焊接完成后，需要檢查焊縫100%外觀，不得有裂紋、氣孔、夾渣、咬邊（咬肉）、未焊透、焊瘤、熔合性飛濺等病害，且焊縫質量需要滿足表2 所示規(guī)定[5]。

表2 焊縫質量標準

焊縫外觀檢查合格后，零部件、桿件的焊縫應在24 h 后進行無損檢驗；現場對焊縫開展超聲波探傷，探傷部位、檢驗等級和質量驗收級別按圖紙和規(guī)范要求進行，無損檢測結果應滿足現行國家標準的規(guī)定；外觀檢查和超聲波探傷合格后，方可進行下道工序[6]。本橋波形鋼腹板加工生產及安裝施工中焊縫質量等級和檢驗標準，因在設計圖紙中沒有明確規(guī)定，施工現場對波形鋼腹板焊縫檢驗流程為先廠內自檢（探傷比例100%），然后委托第三方檢測單位外檢并提交檢測報告。檢驗標準按表3 執(zhí)行。

表3 波形鋼腹板焊縫檢驗標準

焊接過程中出現焊縫缺陷時，則需要分析焊縫缺陷產生的原因，并提出改進措施，繼而參照焊接工藝，制定焊接返修工藝；同一焊縫的返修次數不應大于2 次，根部缺陷只允許返修1 次；缺陷必須清除干凈才能返修；修補處則需要預熱處理，控制溫度100 ℃。返修焊縫應確保與原焊縫基本一致[7]。

5 結語

根據現場實際施工結果，在波形鋼腹板PC 連續(xù)剛構懸臂施工階段，采用自動化焊接技術可使焊接效率提高2 倍。通過調節(jié)焊接設備擺動幅度、擺動速度和左右停留時間等參數能夠保證在惡劣環(huán)境下的焊接效果良好，焊接缺陷較少，且焊縫成型后能保證美觀度，且焊接均勻。波形鋼腹板PC 連續(xù)剛構橋施工中，自動化焊接技術具備良好的應用前景。現場自動化焊接受各種條件的限制影響也較為明顯，如焊接時現場高空作業(yè)工序較多，施工環(huán)境復雜，現場布置的鋼筋、剪力釘、支撐架及模板等都會影響軌道安裝及焊機走位，自動化焊接技術的全方位推仍舊需要進行設備的進一步創(chuàng)新。