孫口黃河大橋鋼樑整體節點的焊接工藝

tags:    時間:2014-03-12 02:13:11
孫口黃河大橋鋼樑整體節點的焊接工藝簡介
     關鍵字:焊接技術 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點栓焊連續桁梁,跨度為……
孫口黃河大橋鋼樑整體節點的焊接工藝正文
    
關鍵字:焊接技術  

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點栓焊連續桁梁,跨度為4×180 m,共4聯。整體節點為國內首次採用的新結構,具有節省鋼材和高強度螺栓,有利於工地架設等優點,是今後的發展方向。整體節點構造複雜,焊縫密集。既有對接焊縫,又有稜角焊縫和角焊縫,焊接質量要求高,屈服強度控制嚴,在焊接實驗中還存在對接、稜角接熔深儲備不夠,稜角焊有溝槽、咬邊、高溫裂紋和燒穿等問題。在寶雞橋樑廠和有關單位的共同努力下,使問題得到解決,確保了焊接質量,並提前一個多月完成。

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指標:

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 -25℃,AKV≥48J(35J)。
2.2 焊接工藝研究

對SM490C鋼對接、稜角接、角接焊接工藝進行了研究。用優化的H08MnT或H10Mn2、H08MnA焊絲、SJ101焊劑和焊接工藝施焊各種焊接接頭,按照修訂后的技術指標衡量,得知H10Mn2焊絲能夠滿足對接、稜角接技術指標要求,H08MnA焊絲能夠滿足角接頭技術指標的要求。

在焊接過程中,對熔深儲備不夠的焊縫,通過改變坡口尺寸、坡口角度和調整焊接參數,使之得到了改善;對稜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位置,調整焊接順序,使之得到了解決;對於稜角焊縫的第1道焊縫產生的高溫裂紋,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氣體保護焊打底,使之得到了解決。

3 孫口黃河大橋整體節點的焊接
3.1 整體節點的構造

孫口黃河大橋上下弦桿採用的整體節點,是由2塊帶節點的腹板、2塊蓋板、6塊隔板和內撐板、接頭板、平聯節點板、各種連接板等部件組成。為了節省鋼材,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,防止部件傾倒進行了定位焊。因定位焊焊道短,冷卻速度快,焊接熱影響區易產生淬硬組織,從而形成冷裂紋。為此,用斜Y形坡口焊接裂紋試驗法制定了防止冷裂紋的預熱溫度。定位焊採用含氫量低、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,坡口內和小焊腳的定位焊用?φ3.2 mm的焊條,其餘用?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

整體節點上、下弦桿的蓋、腹板是由不同尺寸、不同厚度的鋼板對接而成。此項工藝在弦桿上首次應用,為確保對接接頭的韌性,選用了含錳高的?φ5標準焊絲H10Mn2和SJ101焊劑。用優化的焊接參數施焊各種對接接頭(見下表)。引弧試板數據證明:各種對接接頭的機械性能均滿足技術指標要求。對接焊選用MZ-1-1000型焊機施焊。此焊機在遇到定位焊時,弧壓不變,電流自動減小,不能將定位焊熔化掉,嚴重地影響了對接焊的熔透和定位焊時的氣孔逸出,為此在生產中增加了用碳弧氣刨清根的措施。

表 對接、稜角接、角接焊接參數

接頭
型式
組成
板厚
焊絲
直徑
mm
焊劑 焊 接 參 數
焊道數 V
m*n-1
I/A u/V V
m*n-1
預熱/℃ 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
稜角 24~28
+24~36
5 SJ101 1
2
  710±35 28±1
31±1
21.5 無~≥20 ≤135 20
稜角 28+
32~36
5 SJ101 1
2
  710±35 28±1
31±1
21.5 ≥20 ≤135 20
稜角 20~24
+20~36
5 SJ101 1
2
  710±35 28±1
31±1
25 無~≥20 ≤135 20
稜角 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
角接
k=10
16~20
+16~28
5 SJ101 1
1
62.5 730±35 30±1 19.5 無~≥20

3.2.3 稜角接

整體節點的稜角接系國內首次應用,選用了含錳高的標準焊絲H10Mn2和SJ101焊劑,用優化的焊接參數(見表1)施焊各種稜角接頭,各項機械性能均滿足技術指標要求。由於稜角焊縫長,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道焊縫中出現焊偏、燒穿和高溫裂紋,嚴重地影響了焊縫質量。針對以上存在問題,對加裝的剛性軌道採取精心調整軌道和焊絲對準位置,縮短焊頭自由擺動高度來防止焊偏。對出現的間隙超差採取在隔板部位用手工焊打底,其餘部位用夾具強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,改善焊縫成形係數,使焊縫中的低熔點夾雜物易於上浮,防止高溫裂紋。對熔深儲備不夠的問題採取用?φ3.2 mm的焊條進行定位焊,並改善CO2氣體保護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) 埋弧自動焊用來焊接整體節點上、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,用優化的焊接參數施焊各種角接頭,各項機械性能均滿足技術指標要求。上、下弦桿的下翼緣角焊縫有變截面,用MZ1-1000型焊機施焊易焊偏,採取精心調整焊絲對準位置來防止。稜角焊縫難度大,為了減少此類焊縫的工作量,設計上將上弦桿的稜角縫改為角焊縫。為了節省鋼材,盡量減少伸出肢的高度,工廠設計了焊機托架。

(2) 手工焊用來焊接平聯節點板、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 整體節點的焊接順序

為了確保整體節點的焊縫質量和製造精度,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餘應力,蓋、腹板對接在單元上進行。② 上、下弦桿組成槽形后,焊接槽形內兩端頭翼緣角焊縫和隔板角焊縫,為了減小焊接變形,焊接方向從外向內側施焊。③上、下弦桿組成箱形后,為確保整體節點的製造精度,先焊兩端頭內側翼緣角焊縫,再焊稜角焊縫,最後焊外側翼緣角焊縫。④ 其它部件和上弦平聯節點板組裝后的焊接。

為確保焊縫質量和節點板部位蓋板的平面度,改進坡口尺寸並先焊平聯節點外側角焊縫,然後焊接平聯節點板內側角焊縫、平聯節點板和撐板的角焊縫,矯正後再焊蓋板和撐板的角焊縫。為了改善平聯節點板端部疲勞強度,除將端部修磨勻順外還增加了錘擊。

4 結 論

(1) 用優選的焊接材料和焊接工藝施焊的各種焊接接頭和生產中採取的多項措施使焊縫外形美觀,內部質量良好,對接焊縫一次探傷合格率達到了99.85%,稜角焊縫一次探傷合格率達到了96.43%,角接焊縫一次探傷合格率達到了99.13%。超出了歷史最好水平。各項機械性能均滿足技術指標要求。

(2) 整體節點的對接、稜角接和平聯節點板端部的錘擊在我國尚屬首次應用,此項新技術已接近國際先進水平。
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