哈尔滨松浦大桥关键焊接技术

中铁山桥集团有限公司 （河北秦皇岛 066205） 徐向军

一、工程概述

哈尔滨跨松花江松浦大桥为我国东北高寒地区一座独塔双索面斜拉钢桥（见图1），钢梁主跨268m，边跨208m，全长476m，桥面全宽39.3m，钢梁总重约7000t。本桥钢梁由主纵梁、横梁、小纵梁及两侧挑梁组成，其中主纵梁为箱型断面，外腹板上焊接锚箱。除辅助墩处横梁采用箱型截面外，其余横梁均为工型截面。小纵梁和挑梁采用焊接工字型截面。在主纵梁、横梁、小纵梁顶板上焊接剪力钉。钢梁间连接主要采用栓接形式，其中LZ0～LB0，LB14～LB19主纵梁间为全断面焊接，部分横梁（HL3、HL10）、挑梁与主纵梁间采用焊接连接。

本桥索塔内设置36对钢锚梁，钢锚梁构成如图2所示。每对钢锚梁长4.5m，重6.98～8.86t，总重约270t。本桥主结构采用Q345qE、Q370qE钢板，板厚10～50mm。

图1 哈尔滨松浦大桥

图2 钢锚梁构成示意

二、焊接难点

松浦大桥钢结构制造过程中，存在以下焊接难点：

（1）松浦大桥结构新颖，主纵梁采用大截面箱型结构，外设斜拉索锚箱；在工厂内全部由焊接制造，锚箱、钢锚梁部位施焊空间狭小，且多为I级熔透焊缝，焊接难度大。

（2）主要材质为Q345qE、Q370qE钢板，要求焊接接头-40℃低温冲击吸收能量≥34J，接头韧性标准高。

（3）由于主桥钢箱梁断面尺寸大，主纵梁、锚箱、钢锚梁等受力大的构件钢板厚度大（最大板厚50mm），所以焊接变形大。

（4）主纵梁、横梁、索塔钢锚箱工地栓接为主，安装精度要求高，对箱型焊接变形的控制要求严格。LZ0～LB0，LB14～LB19主纵梁间为工地全断面焊接，焊接技术难度大。

三、焊接质量控制

1. 焊接工艺评定试验和焊接工艺编制

针对本桥钢板进行了斜Y形坡口焊接裂纹试验，确定板厚>30～50mm的钢板焊前预热80℃，能够防止焊接冷裂纹的产生。典型的斜Y形坡口焊接裂纹试验断面如图3所示。

图3 斜Y形坡口焊接裂纹试验断面（板厚50mm）

针对本桥接头性能要求高、局部施焊空间狭小的特点，我们选择了典型焊缝进行焊接工艺评定试验。试验内容包括：6组对接焊缝、2组熔透角焊缝、4组坡口角焊缝以及4组T形角焊缝。由于全位置焊接，所以大量采用了焊接效率高、焊接变形小的气体保护焊工艺。根据施焊空间大小采用不对称坡口形式，狭小空间侧采用小坡口。选择与Q345qE、Q370qE钢板相匹配的高韧性、低氢型（扩散氢含量要求5mL/100g以下）焊接材料，对接焊缝埋弧焊选择f4mm的焊丝，控制焊接热输入，提高接头韧性。焊接工艺评定试验结果全部满足技术要求，典型接头的焊接工艺评定试验项目、接头力学性能试验结果如表1、表2所示。

根据焊接工艺评定试验报告，编制了《松浦大桥主梁焊接工艺规程》、《松浦大桥横梁焊接工艺规程》、《松浦大桥钢锚梁焊接工艺规程》、《松浦大桥桥上焊接工艺规程》、《松浦大桥焊缝编号规定》和《松浦大桥焊缝探伤清册》等焊接技术文件，对构件的焊接方法、焊接位置、焊材选用、焊接顺序、焊接参数以及焊缝探伤要求等进行详细规定，用于指导焊接生产。

2. 主纵深精度和焊接变形控制

（1）主纵梁大断面箱型梁制造精度和焊接变形控制 主纵梁箱型结构由顶板、底板、腹板横隔板单元组成，内腹板单元的外侧设置锚箱结构。板单元制造精度是保证主纵梁箱型制造精度的基础，在板单元制造中精确下料、准确组对，采用合理的焊接方法和焊接顺序，减小焊接变形。其中腹板单元上锚箱结构的焊接是重点和难点，从组装精度、焊前预热、焊工资质、焊缝质量、焊后修整等各工序加强管理，保证锚箱焊缝质量，锚箱焊接如图4所示。对主纵梁的焊接编制了专门的焊接工艺，专门进行技术交底，对焊接顺序进行了规定，对锚箱、主角焊缝等厚板、焊接量大的焊缝确保焊接质量，提高一次探伤合格率，采用对称焊接的原则，焊接和修整工序穿插作业，边焊边修，防止箱型梁焊接变形的积累和扭曲变形的产生，焊后将箱型梁段进行修整，对外形尺寸进行测量，确保主纵梁外形尺寸满足技术要求，主纵梁整体组焊如图5所示。

表1 典型接头的焊接工艺评定试验项目

（续）

表2 接头力学性能试验结果

图4 锚箱焊接

（2）桥位主纵梁全断面对接制造精度和焊接变形控制 为了确保桥位主纵梁安装精度，出厂前对主纵梁进行了整体试拼装，对主梁高度、长度、拱度、旁弯、腹板中心距、栓孔通过率、主梁中心距等项点进行认真检测，保证了桥位梁段间栓接、全断面对接精度，确保钢梁架设线形的正确。厂内主纵梁试拼装如图6所示。

图5 主纵梁整体组焊

图6 厂内主纵梁试拼装

桥位梁段吊装就位并调整好线形后，进行主梁间全断面对接焊缝的焊接，采用低温韧性好的药芯焊丝气体保护焊，背面衬陶质衬垫单面焊双面成形的焊接工艺，每个箱梁对接口选派四名技术水平高的焊工对称施焊，以减小焊接变形。高空焊接作业，要搭设防风棚，并对焊前清理、预热、焊道间清理、焊后保温等细节进行了严格要求，确保一次探伤合格率。桥位主梁全断面焊接如图7所示。

图7 桥位主梁全断面焊接

3. 索塔钢锚梁制造精度控制

松浦大桥钢锚梁在我公司内制造，由于钢板厚度大，且多为熔透角焊缝，故焊接变形和焊后残余应力是不可忽视的。合理的组装和焊接顺序能够最大程度地减小焊接变形和焊接残余应力的产生，为此制定了详细的焊接工艺规程。除了采用变形较小的气体保护焊方法对称施焊外，还要边焊接边修整，焊接与修整两个工序穿插作业，即每焊接3～4道焊缝以后进行一次火焰修整，以减小焊接变形和焊后残余应力。

4. 加强焊缝质量检测

（1）焊接前和焊接过程中的质量控制 在制造过程中认真执行自检、互检、专检相结合的三检制度，每个工序结束后经专检人员检查并在移交表上签字，确认后方可进入下个工序，对零部件从下料到成品的各工序质量进行控制，使产品质量在制造过程中严格处于受控状态。焊接过程中，要求焊接操作者严格执行工艺。焊前认真清理焊缝，由于钢板厚度较大，所以对有预热要求的接头，焊前认真预热。由于坡口深度大，焊接道数多，所以焊接过程中需仔细清理、检查前一道的焊接质量，控制道间温度，并对主要焊缝的施焊过程进行记录。

（2）焊后焊缝外观检查和探伤检测 焊接后认真清理、修磨焊缝，对焊缝外观全部进行检查，合格后进行超声波、射线或磁粉探伤检测，保证内部质量达到设计要求。焊缝探伤合格率统计如表3所示。

表3 焊缝探伤合格率统计

（3）产品检验试板 为了检验产品焊缝的质量状况，按照《哈尔滨松浦大桥制造验收规则》（BZ/HEBQ—GZ ）的要求对主梁、横梁的顶板、底板、腹板对接焊缝，以及桥上梁段间顶板、底板、腹板对接焊缝按照一定比例焊接产品检验试板，对试板进行超声波探伤检测和接头力学性能测试。全部77组焊接产品检验试板的试验结果为：① 厂内钢板对接焊缝58组产品检验试板，合格率100%。② 桥上梁段间对接19组对接焊缝产品检验试板，合格率100%。

四、结语

通过科学组织、严格管理、精心施工，我公司已于2010年10月13日胜利完成了哈尔滨松浦大桥的制造任务，焊接质量受到用户好评。2011年该桥获得中国建设工程质量鲁班奖，2012年被评为全国优秀焊接工程一等奖。