摘 要： 介紹了孫口黃河大橋整體節(jié)點(diǎn)的焊接特點(diǎn)。定位焊、不等厚對接焊、棱角焊、角接焊、平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板的焊接技術(shù)，消除了棱角焊等產(chǎn)生的咬邊、溝槽、高溫裂紋、燒穿和焊偏等問題，通過采用合理的焊接順序，確保了整體節(jié)點(diǎn)的制造精度和焊接質(zhì)量。
the welding technique of steel beam
monolithic gusset for sunkou yellow river bridge
su n chang-mao
(baoji bridge plant,baoji 721006,china)
abstract: in this paper,the welding characteristics of monolithic gusset for sunkou yellow river bridge were introduced.by use of welding technique,such as tack weld difference thick butt welding,angle welding fillet welding and the gusset plate welding of longitudinal level bracing,some problems,for example,undercut,flume and ditch,hot crack,burn through and lack of fusion,which was caused by angle welding were eliminated.by rational welding sequence,the manufacture precision and welding quality of the monolithic gusset were ensured.
key words: yellow river bridge；steel bridge；tack weld；butt welding；fillet welding；gusset plate；monolithic gusset;welding technology
1 前 言
孫口黃河大橋是京九線衡水-商丘的一座鐵路雙線下承式無豎桿三角桁式整體節(jié)點(diǎn)栓焊連續(xù)桁梁，跨度為4×180 m，共4聯(lián)。整體節(jié)點(diǎn)為國內(nèi)采用的新結(jié)構(gòu)，具有節(jié)省鋼材和高強(qiáng)度螺栓，有利于工地架設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，是今后的發(fā)展方向。整體節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，焊縫密集。既有對接焊縫，又有棱角焊縫和角焊縫，焊接質(zhì)量要求高，屈服強(qiáng)度控制嚴(yán)，在焊接實(shí)驗(yàn)中還存在對接、棱角接熔深儲(chǔ)備不夠，棱角焊有溝槽、咬邊、高溫裂紋和燒穿等問題。在寶雞橋梁廠和有關(guān)單位的共同努力下，使問題得到解決，確保了焊接質(zhì)量，并提前一個(gè)多月完成。
2 孫口黃河大橋的焊接工藝研究
2.1 焊接接頭的主要技術(shù)指標(biāo)：
對接 σs(w)=σs(b)+100 (mpa);角接 σs(w)=σs(b)+120 (mpa);各種焊接接頭的三區(qū) -25℃，akv≥48j(35j)。
2.2 焊接工藝研究
對sm490c鋼對接、棱角接、角接焊接工藝進(jìn)行了研究。用優(yōu)化的h08mnt或h10mn2、h08mna焊絲、sj101焊劑和焊接工藝施焊各種焊接接頭，按照修訂后的技術(shù)指標(biāo)衡量，得知h10mn2焊絲能夠滿足對接、棱角接技術(shù)指標(biāo)要求，h08mna焊絲能夠滿足角接頭技術(shù)指標(biāo)的要求。
在焊接過程中，對熔深儲(chǔ)備不夠的焊縫，通過改變坡口尺寸、坡口角度和調(diào)整焊接參數(shù)，使之得到了改善；對棱角焊縫的溝槽和咬邊問題，通過改變焊絲傾斜角度和焊絲對準(zhǔn)位置，調(diào)整焊接順序，使之得到了解決；對于棱角焊縫的第1道焊縫產(chǎn)生的高溫裂紋，通過改變坡口尺寸，減小焊接電流，減慢車速，提高弧壓或用co2氣體保護(hù)焊打底，使之得到了解決。
3 孫口黃河大橋整體節(jié)點(diǎn)的焊接
3.1 整體節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造
孫口黃河大橋上下弦桿采用的整體節(jié)點(diǎn)，是由2塊帶節(jié)點(diǎn)的腹板、2塊蓋板、6塊隔板和內(nèi)撐板、接頭板、平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板、各種連接板等部件組成。為了節(jié)省鋼材，蓋、腹板由不同尺寸和不同厚度的鋼板拼接而成。
3.2 焊接
3.2.1 定位焊
為確保焊前部件的相互位置，防止部件傾倒進(jìn)行了定位焊。因定位焊焊道短，冷卻速度快，焊接熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織，從而形成冷裂紋。為此，用斜y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)法制定了防止冷裂紋的預(yù)熱溫度。定位焊采用含氫量低、抗裂性能好的e5015常用低氫型焊條焊接。為不影響熔深和防止小焊腳的咬邊，坡口內(nèi)和小焊腳的定位焊用φ3.2 mm的焊條，其余用φ4 mm焊條。為了防止定位焊的冷裂紋，對厚板定位焊長度必須≥80 mm，對薄板必須≥50 mm。
3.2.2 對接焊
整體節(jié)點(diǎn)上、下弦桿的蓋、腹板是由不同尺寸、不同厚度的鋼板對接而成。此項(xiàng)工藝在弦桿上應(yīng)用，為確保對接接頭的韌性，選用了含錳高的φ5標(biāo)準(zhǔn)焊絲h10mn2和sj101焊劑。用優(yōu)化的焊接參數(shù)施焊各種對接接頭(見下表)。引弧試板數(shù)據(jù)證明：各種對接接頭的機(jī)械性能均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。對接焊選用mz-1-1000型焊機(jī)施焊。此焊機(jī)在遇到定位焊時(shí)，弧壓不變，電流自動(dòng)減小，不能將定位焊熔化掉，嚴(yán)重地影響了對接焊的熔透和定位焊時(shí)的氣孔逸出，為此在生產(chǎn)中增加了用碳弧氣刨清根的措施。
表 對接、棱角接、角接焊接參數(shù)
<div align=center> 接頭
型式 組成
板厚 焊絲
直徑
mm 焊劑 焊 接 參 數(shù)
焊道數(shù) v條
m*n-1 i/a u/v v車
m*n-1 預(yù)熱/℃ 層溫/℃ 焊絲傾角/(°)
對接 16+16～18 5 sj101 1
1 730±35 30±1 25 無～≥20 ≤100
對接 20+20～36 5 sj101 2
2 730±35 28±1
31±1 25 無～≥20 ≤135
對接 24+24～36 5 sj101 2
3 730±35 28±1
31±1 21.5 無～≥20 ≤135
對接 28+28～32 5 sj101 2
5 730±35 28±1
31±1 21.5 ≥20 ≤135
對接 32+36 5 sj101 2
5 730±35 28±1
31±1 21.5 ≥20 ≤135
棱角 24～28
+24～36 5 sj101 1
2 710±35 28±1
31±1 21.5 無～≥20 ≤135 20
棱角 28+
32～36 5 sj101 1
2 710±35 28±1
31±1 21.5 ≥20 ≤135 20
棱角 20～24
+20～36 5 sj101 1
2 710±35 28±1
31±1 25 無～≥20 ≤135 20
棱角 16～20
+20～28 1.2
5 sj101 1
1 260±20
710±35 32±2
31±1 21.5 ≥60
無～≥20 ≤135 20
角接
k=12 16～32
+16～36 5 sj101 1
1 68.5 750±35 31±1 18 無～≥20 無
角接
k=10 16～20
+16～28 5 sj101 1
1 62.5 730±35 30±1 19.5 無～≥20 無
</div>
3.2.3 棱角接
整體節(jié)點(diǎn)的棱角接系國內(nèi)應(yīng)用，選用了含錳高的標(biāo)準(zhǔn)焊絲h10mn2和sj101焊劑，用優(yōu)化的焊接參數(shù)(見表1)施焊各種棱角接頭，各項(xiàng)機(jī)械性能均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。由于棱角焊縫長，蓋板有加工旁彎，桿件有焊接變形致使組裝間隙局部超差，又因組成的鋼板中含熱裂紋敏感元素nb，曾在第1道焊縫中出現(xiàn)焊偏、燒穿和高溫裂紋，嚴(yán)重地影響了焊縫質(zhì)量。針對以上存在問題，對加裝的剛性軌道采取精心調(diào)整軌道和焊絲對準(zhǔn)位置，縮短焊頭自由擺動(dòng)高度來防止焊偏。對出現(xiàn)的間隙超差采取在隔板部位用手工焊打底，其余部位用夾具強(qiáng)制減少間隙防止燒穿。用減小第1道焊縫的焊接電流，減慢車速，提高弧壓，改善焊縫成形系數(shù)，使焊縫中的低熔點(diǎn)夾雜物易于上浮，防止高溫裂紋。對熔深儲(chǔ)備不夠的問題采取用φ3.2 mm的焊條進(jìn)行定位焊，并改善co2氣體保護(hù)焊的操作方法和限制堆焊高度來確保熔深。
3.2.4 角焊縫
(1) 埋弧自動(dòng)焊用來焊接整體節(jié)點(diǎn)上、下弦桿的下翼緣角焊縫和上弦桿的上翼緣角焊縫。焊絲選用h08mna，焊劑選用sj101，用優(yōu)化的焊接參數(shù)施焊各種角接頭，各項(xiàng)機(jī)械性能均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。上、下弦桿的下翼緣角焊縫有變截面，用mz1-1000型焊機(jī)施焊易焊偏，采取精心調(diào)整焊絲對準(zhǔn)位置來防止。棱角焊縫難度大，為了減少此類焊縫的工作量，設(shè)計(jì)上將上弦桿的棱角縫改為角焊縫。為了節(jié)省鋼材，盡量減少伸出肢的高度，工廠設(shè)計(jì)了焊機(jī)托架。
(2) 手工焊用來焊接平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板、隔板、撐板和接頭板等角焊縫。焊條用e5015，直徑為φ4 mm或φ5 mm兩種。
3.2.5 整體節(jié)點(diǎn)的焊接順序
為了確保整體節(jié)點(diǎn)的焊縫質(zhì)量和制造精度，提高焊接效率，制訂了合理的焊接順序。① 為使部件能夠自由收縮減少焊接殘余應(yīng)力，蓋、腹板對接在單元上進(jìn)行。② 上、下弦桿組成槽形后，焊接槽形內(nèi)兩端頭翼緣角焊縫和隔板角焊縫，為了減小焊接變形，焊接方向從外向內(nèi)側(cè)施焊。③上、下弦桿組成箱形后，為確保整體節(jié)點(diǎn)的制造精度，先焊兩端頭內(nèi)側(cè)翼緣角焊縫，再焊棱角焊縫，zui后焊外側(cè)翼緣角焊縫。④ 其它部件和上弦平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板組裝后的焊接。
為確保焊縫質(zhì)量和節(jié)點(diǎn)板部位蓋板的平面度，改進(jìn)坡口尺寸并先焊平聯(lián)節(jié)點(diǎn)外側(cè)角焊縫，然后焊接平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板內(nèi)側(cè)角焊縫、平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板和撐板的角焊縫，矯正后再焊蓋板和撐板的角焊縫。為了改善平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板端部疲勞強(qiáng)度，除將端部修磨勻順外還增加了錘擊。
4 結(jié) 論
(1) 用優(yōu)選的焊接材料和焊接工藝施焊的各種焊接接頭和生產(chǎn)中采取的多項(xiàng)措施使焊縫外形美觀，內(nèi)部質(zhì)量良好，對接焊縫一次探傷合格率達(dá)到了99.85%，棱角焊縫一次探傷合格率達(dá)到了96.43%，角接焊縫一次探傷合格率達(dá)到了99.13%。超出了歷史水平。各項(xiàng)機(jī)械性能均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。
(2) 整體節(jié)點(diǎn)的對接、棱角接和平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板端部的錘擊在我國尚屬應(yīng)用，此項(xiàng)新技術(shù)已接近*水平。