钢箱梁U肋角焊缝全熔透焊接技术探究.docx

钢箱梁U肋角焊缝全熔透焊接技术探究摘要：阐述目前钢桥梁U肋角焊缝生产制造现状，分析桥面板与U肋角焊缝易出现疲劳裂纹的原因。通过调研分析，研究适用于U肋角焊缝全熔透焊接生产的3种可行性焊接方案，对比分析3种焊接方案的优缺点，确定最优化、最高效的焊接工艺方案关键词：U肋角焊缝全熔透焊接方案近年来，随着经济发展对交通建设的需求日益增长，材料技术、焊接技术、设计技术以及架设施工技术等也在不断进步，大跨径钢桥以其新型、大跨、轻质和美观等优势，得到了突飞猛进地发展。钢箱梁斜拉桥是一种新型结构形式的桥梁，可以实现大跨径、特大跨径的桥梁要求，而成为我国公路桥梁发展的主要方向之一钢桥面板是由较薄的面板、纵向肋和横向肋组成，三者互为垂直，焊接成一w而共同工作，由于在相互垂直方向上的刚度各不相同，在受力行为上呈现各向异性，故称为正交异性板桥面板。钢正交异性板在均布荷载作用下有很大的极限承载力，然而在集中荷载作用下会产生局部“锅底状”变形，而且，任一部件的竖向挠曲变形都将引起与之相邻部件的面外挠曲变形，在焊缝约束处产生次应力1U肋角焊缝疲劳裂纹分析钢正交异性桥面板的构造复杂、焊缝数量多、施焊难度大、工厂制造和现场的组装精度和焊接质量要求较高，特别是U肋角焊缝的熔深性、咬边和其他焊接缺陷，都将成为潜在的疲劳裂缝源。U肋与顶、底板之间的焊缝，由于反复受到汽车轮压载荷的作用，行车道部位的U肋角焊缝很容易疲劳开裂U肋是大型板式钢结构尤其是钢桥梁中的重要受力构件，U肋由于其固有的封闭、狭窄细长的结构特性，早期加工时大多采用贴角焊，焊缝只要达到规定的焊脚尺寸就算合格，后来要求焊接时的熔透深度达到U肋厚度的75%或80%。但是角焊缝内根部由于位于U肋狭小空间内不能施焊，导致焊缝根部产生较大的应力集中，所以从贴角焊优化到部分熔透焊缝，并未从根本上避免U肋角焊缝处的疲劳裂纹问题。其裂纹扩展形态基本类似，主要有以下2种形态（如图1所示）：（1）裂纹起源于焊根，大体上沿着桥面板向桥面板上表面方向或者沿着焊喉方向扩展；（2）裂纹起源于焊趾，大体上沿着桥面板向桥面板上表面方向或者沿着焊缝与U肋结合处或U肋厚度方向扩展针对U肋板单元焊接时存在角焊缝根部不能熔透、易产生疲劳裂纹的问题，笔者所在公司首次提出U肋角焊缝全熔透焊接研究。笔者所在公司虽然具有丰富的桥梁制造经验，但是U肋角焊缝的熔透深度一般只要求达到75%～80%即可，在U肋全熔透焊接研究也是出于探索阶段。除此之外，国内外其他桥梁制造企业在U肋角焊缝全熔透焊接上也望而却步，没有切实有效的焊接方案可以实现U肋角焊缝的全熔透焊接，对此目前并没有可借鉴的成功焊接研究经验2U肋角焊缝全熔透焊接工艺方案针对U肋的结构和焊接特点，笔者所在公司经过广泛地市场调研和深入地分析研究，认为目前可从双面焊接和单面焊双面成型焊接两方面进行U肋全熔透焊接研究。对于双面焊接来说，焊接的关键点在于需要设计一款特殊的焊接设备，能够进入U肋内部完成焊接工作，而外部焊接相对简单，目前的焊接工艺完全可以独立完成。对此，笔者所在公司重点调研了YS-1DT6箱管焊机和微型的内部焊接小车。对于单面焊双面成型焊接来说，焊接的难点在于，目前的焊接设备需要在U肋背部加装衬垫的前提下才能实现全熔透焊接，而加装衬垫对于U肋的加工和装配精度要求极高，同时大大降低了生产效率，提高了生产成本和桥梁自重，对于目前的桥梁生产制造来说并不可取。对此，笔者所在公司率先提出采用聚弧脉冲深熔焊焊机来实现U肋全熔透焊接。下文将对3种焊接方案进行一一详述2.1YS-1DT6箱管焊机YS-1DT6箱管焊机采用埋弧焊接技术，通过3根并排排列的金属管伸入构件内部将焊丝和焊剂输送到焊接位置，其中两外侧的金属管尾端各配备一台送丝设备，见图2，将焊丝沿金属管内部推送到金属管前端并穿过焊枪到达焊接位置，见图3；中间的金属管输送埋弧焊剂，金属管前端配置分流盒，将焊剂分流成2股，分别输送到两侧焊接位置。整个焊接过程焊件保持不变，由传动机构推动焊接导管和焊枪完成该焊机属于外单位生产作业设备，由于种种原因，笔者所在公司未对该设备进行相关的探索性焊接试验，仅对其在U肋全熔透焊接应用的可能性进行了理论分析焊接设备能否进入U肋内部进行焊接是双面焊能够成功的关键。YS-1DT6箱管焊机对内部空间的限制较小，要求焊接件高度不小于50mm，宽度不小于100mm；而对于焊接长度，箱管焊机采用推拉丝技术可以实现10m以上直道焊缝，并且可以实现2条焊缝同时焊接，焊接效率较高。但是YS-1DT6箱管焊机一次性投资大，并且需要特定焊接工位，且焊后焊机回收和清渣工作任务量较大2.