钢箱梁制造加工技术

2015-10-31施卫建张永丽

中国科技纵横 2015年18期

关键词：组焊钢箱梁隔板

施卫建　张永丽

（江苏中泰桥梁钢构股份有限公司，江苏江阴　214431）

钢箱梁制造加工技术

施卫建张永丽

（江苏中泰桥梁钢构股份有限公司，江苏江阴214431）

详细介绍了钢箱梁的加工制造方法，并结合泰州大桥和东海大桥两个工程实例，分别描述了这两种不同类型钢箱梁的制造过程，并重点论述了工艺补充量的设置、板单元制造工艺、多梁段连续匹配组焊和预拼装工艺。说明了钢箱梁制造过程中各细节工序的具体要求和实施方法。阐述了制造技术应用于生产效率高、易操作，且质量容易保证，为同类钢箱梁提供了有利的借鉴。

工艺补偿量反变形二次切割整体组焊预拼装工艺质量

1　钢箱梁制造的发展概述

我国从20世纪末建设的虎门珠江大桥、西陵长江大桥、厦门海沧大桥和江阴长江大桥开始，至今已有几十座大桥均采用钢箱梁。在吸取国外经验和其他行业先进技术的基础上，研究了一整套钢箱梁制造工艺方案。

（1）合理的划分板单元件及陶瓷衬垫单面焊双面成型技术的引入，极大地提高了钢箱梁的焊接质量，并改善了焊接作业环境。（2）结合钢箱梁结构特点，开发了板单元件组装、节段连续匹配组装、以及焊接变形综合控制技术等。确保了钢箱梁的几何精度，缩短了制造周期，降低了成本。（3）采用切割和制孔数控化作业，组装和焊接自动化。

2　钢箱梁制作工艺说明

2.1钢箱梁制作工艺流程

根据一般钢箱梁的结构特点，钢箱梁制造与安装可分为三个阶段：即板单元制造、梁段整体组装及预拼、桥位施工。板单元制造完成后，在设置了桥梁竖向线形的整体组装胎架上，同时进行多梁段连续匹配组焊和预拼装。

2.2钢箱梁工艺方案设计指导思想

（1）板单元采用胎型组装。（2）采用分步组装、分步焊接、分步修整的工艺。（3）采用小间隙、小坡口焊接、焊接线能量小的焊接方法。

2.3工艺补偿量设置

工艺补充设置原则：从钢板下料开始直至钢箱梁制作完成的全过程，对每个工艺环节都充分考虑焊接、修整对零部件尺寸的影响，使得每个部件最大限度的保持在设计的位置和尺寸上。

图1　

图2　

图3　

2.3.1板单元焊接和火工矫正工艺量

顶底板单元在组焊过程使用反变形胎架，使得顶底板单元焊接后的矫正变形量较小，可在组装时宽度上每道加劲肋（包括扁钢、U肋、角钢等）之间按0.5mm加放焊接收缩；如板单元在焊接后变形较大、火工矫正量大，则每道之间按1mm加放焊接收缩。同时钢板下料时需在宽度方向上累加工艺量。

在长度方向上，考虑到钢板下料时仅切割基准端，另一端余量端不切割，顶底板单元制作过程中产生的纵向收缩可在余量中得到补偿。

上述工艺补偿量加放工艺措施在泰州大桥钢箱梁制作进行了使用，并取得了很好的效果：

（1）顶底板单元组焊中，顶底板单元每道加劲肋之间按0.5mm加放后，保证了二拼和整体组焊的纵向对接焊缝间隙在6～8mm；（2）在横隔板板单元组焊中，由于腹板厚度为10mm，并且加劲肋数量多，加劲肋组焊后板单元变形很大，火工矫正量大，横隔板单元每道加劲肋之间按1mm加放后，保证了二切割后板单元的尺寸；（3）泰州大桥钢箱梁横隔板均采用了二次切割工艺，并且二次切割是采用变形小的等离子切割工艺。

2.3.2横隔板单元反变形量的加放

在钢箱梁的整体组焊过程中，受焊接收缩的影响，钢箱梁两侧会向上翘起。为保证钢箱梁几何尺寸，并考虑到钢箱梁自身重力的影响，钢箱梁制造时需要有一定的预拱度，以消除向上翘起的变形，在钢箱梁制作过程中采取的工艺措施有：

（1）合理的组焊顺序，尽可能的减小因焊接产生的内应力。

（2）在横隔板截面上加放反变形的工艺措施，结合已完成的工程，针对不同截面的钢箱梁采取不同方式的反变形，具体如下：

1）钢箱梁为整体横隔板或横隔板被纵隔板（腹板）断开的，按上图左所示进行反变形，L数值根据具体结构确定。2）因运输或桥位吊装的限制，钢箱梁横向被分成块体制作的，仍按上图左所示进行反变形放样制作，并要设置合理的块体组焊顺利和焊接收缩量。3）两个边箱+横梁形式的钢箱梁，反变形设置是中间横梁不变，以斜腹板和直腹板的交点向下放反变形（如图1所示）。

2.3.3顶底板纵缝焊接时的反变形工艺

（1）顶底板单元二拼的对接焊缝均采用单面焊双面成型的焊接工艺，在板单元两拼接宽时，采取预制反变形的工艺措施，即在焊缝处垫高20～30mm。（2）在整体组焊中，顶底板单元也采用采取预制反变形的工艺措施，即在焊缝处垫高20～30mm，焊接纵向对接焊缝，焊接后放平，再焊接其他焊缝。

3　钢箱梁板单元制造

3.1板单元划分的基本要求

在满足设计要求和保证钢箱梁制造质量的前提下，综合考虑供料、运输及批量生产等因素，尽可能将板单元尺寸作大，减少拼接焊缝数量，减少（或尽可能）避免仰位置焊接。

3.2顶底板单元制造工艺

（1）顶底板单元工艺流程：

施工准备→下料、U肋加工→检验→组装U肋→焊接、修整→划总拼组装线→打号标记

（2）顶底板单元制作工艺要点：1）为减小焊接变形及焊后火工矫正量，在板单元反变形焊接胎上进行船位焊接。2）为保证板单元U形肋间距满足横隔板槽口落位的要求，用样板重点检查横隔板组装的位置和顶底板端头的位置。

3.3横隔板单元制造工艺

（1）横隔板制作工艺流程：施工准备→下料、围板加工→检验→组装加劲和围板→焊接、修整→精切槽口→划总拼组装线→打号标记。

（2）横隔板单元制作工艺要点：1）钢板第一次切割出人孔、电缆孔，喷粉划出纵横基准线、水平加劲肋和竖向加劲肋安装位置线。2）一次切割后的钢板转入专用胎架安装加劲肋。3）水平加劲肋和竖向加劲肋焊接、矫正报验合格后，再转入数控等离子切割机进行槽口和周边的切割（即二次切割），切割时以纵横基线进行二次切割的精确定位。

4　钢箱梁整体组焊

4.1钢箱梁整体组焊胎架的要求

钢箱梁是在设置了桥梁竖向线形的胎架上进行多梁段连续匹配组焊和预拼装，即：节段连续匹配组装、焊接和预拼装同时完成。纵向是根据设计图上提供的数值来设线形，横向是根据横隔板预设反变形量设置线形。纵横向的制作线形均通过调整胎架牙板高差来实现。

4.2钢箱梁整体组焊方法说明

根据钢箱梁的结构特点，钢箱梁整体组焊可分为“正造法”和“反造法”，两种方法的相同点和不同点如下：

（1）相同点：这两种整体组焊方法均是以胎架为外胎，以横隔板为内胎，各板单元按纵、横基线进行精确定位，在整体组焊胎架上进行多梁段连续匹配组焊和预拼装。（2）不同点：正造法是按“底板单元组焊→横隔板单元组焊→顶板单元组焊”，一般用于底板为平直结构的钢箱梁；反造法是按“顶板单元组焊→横隔板单元组焊→加劲肋安装→底板组焊”，加劲肋和底板不组焊成单元，一般用于底板为曲面结构的钢箱梁，底板的曲面预先加工，在整体组焊时按横隔板的曲面精确组装到位。

4.3钢箱梁整体组焊过程及施工要求

4.3.1整体组焊前板单元准备

顶底板单元接宽组焊（二拼）：为减少占用整体组焊胎架时间和缩短整体组焊周期，同时减少横向焊接收缩量，顶板和底板单元在上胎前先按工艺要求在板块拼装胎架上两两拼成板块。顶底板按纵横基线精确定位后，用焊前样板进行检查，检查合格后在将焊缝顶起；焊缝顶起必须在组装时完成，严禁在在焊缝打底完成后再起顶反变形。最后，顶底板纵缝施焊完成后，再用焊后样板进行检查。

4.3.2钢箱梁整体组焊施工过程

钢箱梁一般采用“正造法”完成梁段的整体组焊，在泰州大桥钢箱梁和东海大桥钢箱梁制作中，均采用“正造法”。泰州大桥钢箱梁梁高3.5m、宽39.1m、标准梁长16m；东海大桥钢箱梁梁高3.45m、宽24.8m、标准梁长7.98m。

（1）泰州大桥钢箱梁整体组焊过程：

1）组焊底板：先定位中心底板单元，再依次组焊两侧平斜底板。2）组焊横隔板：先组装中隔板，然后再组装两侧的边隔板和角点加劲。3）组焊风嘴块体：在无日照影响时依次组装风嘴块体，组装时除对准基线外，还应用经纬仪和水平仪监测吊耳板定位精度。4）组焊两侧顶板：从桥中心线向两侧依次对称组焊中间顶板板块，先施焊中间纵向对接焊缝，然后依次对称焊接其余纵向对接焊缝。5）风嘴块体二次定位：在封箱顶板组焊前，风嘴块体进行二次精确定位，微调吊耳横向尺寸、风嘴顶板的各测点高程，然后完成连接焊缝。6）组焊封箱顶板：先精确测量顶板单元与风嘴顶板之间的距离，配切并组装两侧顶板单元，完成边纵向对接焊缝。7）总拼流程示意图见图2。

（2）东海大桥钢箱梁整体组焊过程：

1）组焊底板：先定位中心底板单元，再依次组焊两侧平底板。2）组焊横隔板：先组焊两侧横隔板，以基准线确定横隔板的位置，同时定位时要严格保证横隔板与底板的垂直度。3）组焊中间纵腹板和两侧斜腹板：以纵、横基准线精确定位纵、斜腹板，两侧斜腹板用“侧靠模”进行定位。4）组焊中间隔板和锚箱：锚箱安装前应在纵腹板与横隔板上划出相应的定位线，保证锚箱的安装角度；索导管应在顶板装焊之后进行焊接。5）顶板安装：边顶板装焊时应用水平仪调整顶板的角度。6）总拼流程示意图见图3。

5　钢箱梁预拼装

5.1钢箱梁预拼装过程

钢箱梁整体组焊完成后，测量吊点纵距后，按照L止顶板=L实测-（L理论+△焊接收缩）、L环口间距=L止顶板+S焊缝间隙配切两端坡口和安装止顶板。精确调整和测量线形、长度、端口尺寸、直线度等，检验合格后组焊工地临时连接件。钢箱梁出胎后按施工图规定的编号喷涂标记。另外，预拼装时要考虑焊接环形焊缝收缩量，并根据上次预拼装后的累计总长和误差，修正本次预拼装梁段的长度，不使误差积累。

5.2预拼装检查

每轮钢箱梁整体组焊完成后直接在整体组焊胎架上进行预拼装检查，检查项点有：纵向线形；吊点中心距偏差、吊点纵距累加长度；扭曲；吊装节段间端口匹配情况等。在梁段预拼前应解除所有组装临时定位的约束，使梁段处于自由状态。所有项目的检查应避免日照影响，并记录环境温度。