应用反变形胎架降低钢箱梁面底板U肋焊接变形率.doc

应用反变形胎架降低钢箱梁面底板U肋焊接变形率
(武汉一冶钢结构有限责任公司,武汉430415)
摘要：本工程结构特点桥梁上部结构采用等截面或变截面钢结构斜腹板连续箱梁，根据桥面宽度不同其横截面采用一箱四室或一箱多室箱梁结构。在单元件面底板U肋焊接过程中焊接变形较为严重；对此，首先采用反变形焊接胎架，利用CO2气体保护自动小车进行焊接，从而降低面底板U肋焊接的变形率。提高焊接质量，有效的控制焊接过程中产生焊接变形，降低火焰校正时间，提高生产效率。
关键词：钢箱梁反变形胎架U肋变形率
工程概述
武汉市二环线汉口段（江汉二桥～建设大道）工程起于江汉二桥汉口岸，止于二七长江大桥引桥，全长约11Km，其中高架桥段长约9.7Km，钢结构箱梁桥体安装在混凝土支墩上，分散分布在一、二、四、五标段沿途15个路口段，共有18个联长（含匝道），最长联长段为竹叶山路口，长度186m，桥宽30m～45m，重量约3500t；最短联长段位于汉西二路路口，长度65m，桥宽为26m，跨数为1跨。钢箱梁主线总长度约2112.5m，匝道全长325.5m，总重量约32650t。
工程技术难点及措施
2.1工程技术难点
1）钢箱梁为全焊钢结构，节段单板厚度与刚度较小，焊缝密集。因此，如何控制其焊接变形和焊接残余应力，保证钢箱梁面底板U肋焊接变形是钢箱梁制造的难点。
2）钢箱梁结构复杂，面底板U肋数量较多，长度均在12mm以上，焊接的时候容易长生焊接变形，不容易校正。
3）焊接质量应为箱形梁制造中的重中之重，特别要控制U肋与顶、底板焊接“透而不漏”，不能焊穿。
4）针对此工程，要制定详细的施工组织设计，施工制作方案，所有类型的焊缝在焊接前应作工艺评定试验，编制完善的焊接工艺评定试验报告。
2.2技术措施
1）根据本工程的结构特点，焊接节点形式，母材类型进行焊接工艺评点及制定相应的焊接工艺卡。采用合理的焊接顺序，焊接方位来保证钢箱梁的整体焊接质量。
2）对钢箱梁面底板U肋焊接在专门的焊接胎架中进行，通过胎架刚性固定，控制焊接收缩和焊接变形。
3）要建立一套完整的工艺编制书和审核制度，其好处是在开工之初即先预计到工程进行中的问题，即自己提问题解决问题。通过严格的质量控制来保证钢箱梁面底板U肋的焊接质量。
3.钢箱梁面底板U肋的焊接
3.1钢箱梁面底板U肋焊接产生的四种变形（见图1）
1)角变形
2)纵向收缩变形
3）横向收缩变形
4）纵向面外弯曲变形

图1
3.2四种变形产生的原因：
1）焊接时，U型肋角焊缝和周围热影响区的钢材在凝固和冷却过程中会发生收缩，导致板单元的纵向和横向收缩变形以及纵向面外弯曲变形。
2）由于是在面板的单侧施焊，沿面板的厚度方向存在温度梯度，所以面板有U型肋角焊缝的一面比另一面发生了更大的收缩，在焊缝处形成了角变形。
3）在实际情况中，板单元的整体变形是由四种基本形式组合的复杂变形。
3.3对产生四种变形的原因分析：
由于在焊接面底板U形肋角焊缝时会产生相变应力、热应力等使结构产生收缩变形，由于面底板与U肋的刚度不同，从而产生不同的收缩引起不同的变形。
1）钢板与纵肋焊接后，根据焊接收缩原理，纵肋产生弯曲变形大于面板产生的弯曲变形，所以面板抵抗不了U肋产生的变形。故而形而随纵肋产生变形。
2）板块横向变形，板单元U形角焊缝在面板单侧，在焊接u形肋纵向焊缝时，由于面板两面受热不同而在面板厚度方向产生温度梯度，在有u形肋的一面产生较大的收缩，所以面板产生横向弯曲。
4.面底板U肋焊接完变形的校正
面底板U肋焊接完后一旦产生变形可采用火焰加热的方法加以矫正。对于钢板横向弯曲变形，可以沿纵肋焊接方向，在焊缝背面用火焰烤直道，使焊接残余应力重新分布，由于钢板两面受热不同，冷缩后变形量不同，从而达到矫正的目的。对于面底板纵向弯曲变形可以在U肋上部，间隔一定距离用火焰烤三角形，利用三角形冷却达到矫正的目的采用火焰加热的方法矫正，焊接变形存在以下几个方面的问题：
1）由于面底板U肋焊接完会产生的变形较大，采用火焰校正工作量大，火焰校正变形不容易控制。
2）火焰校正的温度如果控制不好，会损害钢板的力学性能。
3）火焰校正时需要的人工较多，同时，会造成气体的浪费。
5.利用反变形胎架来降底钢箱梁面底板U肋焊接的变形率
面底板U肋角焊缝焊接采用CO2气体保护自动焊机施焊，采用CO2气体保护自动焊机焊接时产生的线能量不大，且焊接运行均匀，所产生的焊接应力分布有规律。经过对一个联长的面底板U肋施焊试验，确定其焊后变形趋势及量值，针对这些变形方向和量值设计反变形焊接胎架，给单元件在焊接前施加反方向等变形量值的预变形，使焊后变形量正好与其反变形量相抵消。经过对一个联长的焊接验证：单元件焊接后的变形得到有效的控制。
为了使面板单元件U形肋焊接熔深及成形更，,将反变形焊接胎架倾斜