浅析港珠澳大桥钢箱梁桥面板制造工艺

李小松

(中铁山桥集团有限公司,河北秦皇岛 066205)

浅析港珠澳大桥钢箱梁桥面板制造工艺

李小松

(中铁山桥集团有限公司,河北秦皇岛 066205)

根据港珠澳大桥钢箱梁桥面板的结构特点,结合设备和生产实际情况,介绍桥面板划分以及应用焊接机器人进行组装、焊接的生产制造工艺。

钢箱梁 正交异性钢箱梁桥面板 板单元划分 U肋 制造工艺 焊接机器人

According to the structure characteristics of the hong kong-zhuhai-macao bridge steel box girder bridge panel, in combination with the practical situation of equipment and production, this paper introduces the bridge panel, as well as the application of welding robot assembling, welding manufacturing process.

steel box girder orthotropic steel bridge deck plate element division U-shaped stiffener fabrication process welding robot

1 工程简介

港珠澳大桥主体桥梁工程全长约22.9km，东自西人工岛结合部非通航孔桥深水区非通航孔桥的分界墩起(K13+413)，西至拱北/明珠附近的海中填筑的珠海/澳门口岸人工岛止(K35+890)，其中CB01、CB02合同段起于岛隧工程结合部非通航孔桥西端，起点桩号为K13+413，经深水区非通航孔桥、青州航道桥、江海直达船航道桥，止于浅水区非通航孔桥，终点桩号为K29+237，全长约15.824km。本文以深水区非通航孔桥(见图1)为例，介绍港珠澳大桥桥面板的制造方法。

2 桥面板单元划分

桥面板由面板、纵肋(U肋)和横肋组成，三者互为垂直，焊接成一体而共同工作。由于在相互垂直方向上刚度各不相同，在受力行为上呈现各向异性，故又称为正交异性板(Orthotropic Plate)。桥面板划分宽度的大小，直接影响了桥面板块之间对接焊缝的数量及桥面板单元的质量。钢箱梁板块划分需考虑以下几个问题：①钢厂钢板轧制宽度能力；②车间配套生产设备能力；③板块对接缝设置有利于结构受力；④有利于质量控制。早期受钢板轧制能力限制，板单元划分宽度一般为2.4米左右，随着钢厂钢板轧制能力的提高，板单元配套生产设备的不断完善和工艺技术的进步，板单元划分的宽度不断增加，港珠澳大桥桥面板单元最大宽度达到了3.8米，如图2。划分宽度的增加，减少了对接焊缝的数量，节约了组装焊接的时间和成本，提高了桥面板的整体质量。

图1 港珠澳深水区非通航孔桥钢箱梁立体图

图2 港珠澳深水区非通航孔桥桥面板单元划分

图3

3 桥面板单元制造

桥面板单元制造过程中主要有半品件下料(主要是U肋)，板单元的组装焊接，焊后检验等主要工序。桥面板单元制造工艺流程如下：（如图3)

3.1 U肋制作

U肋制作是桥面板制作中的一个重点和难点，港珠澳大桥应用全新的U形肋加工生产线，全面提升了加工精度和生产能力。U肋制造按照“赶平→预处理→号料→焰切→调直→铣边→铣头→卡样→钻孔→滚坡口→修整→压型→修型→焰切手孔、过焊孔→磨手孔、过焊孔”16道主要工序进行。其制作要点如下：

①U形肋边缘加工应用配备了新型直线导轨和加工刀具的铣床，使加工效率提高了30%，加工后板边直线度和尺寸精度更加稳定，直线度偏差不超过1mm，宽度偏差不超过0.5mm。

②坡口采用SMP-/A型数控双边坡口铣床进行加工。该铣床的压紧机构能有效地抑制加工过程中钢板的振动，避免了坡口钢板撕裂和微裂纹，钝边尺寸偏差控制在±0.5mm以内，坡口角度偏差控制在±0.5°以内。

③顶板U形肋钻孔采用先孔法：U形肋的孔在单件制作时一次制完，用摇臂钻床与专用钻孔样板制孔，胎具采用整体机加工而成，胎具上孔群间距偏差控制在±0.5mm以内，保证了U形肋孔群间距在±0.5mm以内。

图3 U形加工生产线

图4 多头机器人组装

图5 反变形多头机器人焊接系统

图6 相控阵检测

④U形肋折弯采用数控折弯机床，该机床的液压油缸压力为4×500t，使折弯质量更加稳定，U形肋加工生产线示意图如图3。

新的U形肋加工生产线有效地保证了U形肋加工的直线度、坡口面粗糙度和钝边尺寸精度，为实现U形肋自动组装、定位和确保U形肋坡口根部焊接质量提供了保证。（如图4）

3.2 桥面板单元的组装焊接

①组装：中标港珠澳大桥后，我公司与合作单位联合研发了U形肋板单元组装定位机床，首次将多头机器人用于桥面板单元的组装焊接，如图5。该机床引进了日本神钢先进的焊接机器人系统完成定位焊，采用世界上先进的电弧跟踪技术，弥补了以往光电跟踪和机械跟踪精度差的缺陷，能实现自动打磨、除尘、组装、定位焊，具有全自动操作、定位精度高、压紧可靠、定位焊质量稳定的特点，使作业效率大大提高。结合我公司的U形肋加工技术，U形肋与顶板的组装间隙完全能控制在0.5mm内，避免了焊接过程中因间隙较大造成的U形肋根部焊穿而造成内部焊接缺陷。（如图5图6）

②焊接：为了控制焊接变形和减小残余应力，在原有船位焊反变形翻转胎架的基础上，采用多头机器人焊接，如图6。反变形胎根据我公司以往经验，精确预留反变形，与焊接产生的热变形相互抵消，保证桥面板单元的平面度。多头机器人应用世界先进的电弧跟踪技术，实现对坡口根部位置偏差的智能化跟踪调整，跟踪精度达到0.2mm，解决了以往多头龙门焊机探针或光电跟踪偏差大的问题。船位焊接焊丝能够更容易伸到坡口根部，焊接过程中的焊速、焊枪摆动幅度都由机器人自动控制实施，更容易实现最理想的焊接参数，能有效保证焊接熔深和焊缝外观成形，从内、外同时提高焊缝疲劳强度。自动化焊接系统与双向反变形船位焊接结合，焊缝成型好，熔深和内部质量稳定可靠，可以最大限度地减小残余应力和应力集中，有效提高板单元抗疲劳性能，增强结构耐久性。

3.3 检验

U肋间距采用精确制作的检查样板检验，焊缝方面在以往焊缝两端用磁粉探伤检验的基础上，我公司在港珠澳大桥上首次使用ISONIC-UPA型相控阵超声波探伤仪检测顶板与U形肋间角焊缝的施工质量，从而更有效的控制顶板与U肋间的焊缝质量，如图6。

4 结语

随着经验的不断积累、新型生产设备的使用，桥面板单元的划分宽度越来越大，生产制作工艺也在不断改进、提高，特别是多头机器人用于桥面板单元的组装焊接，大大提高了生产质量和作业效率。经过车间桥面板单元生产过程的检验，验证了此工艺流程的合理性、适用性及可操作性，为港珠澳大桥桥面板单元优质、高效大规模生产奠定了基础。

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