1、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1. 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
2、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 30m45m ，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。2. 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
3、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
4、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 13.2 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
5、 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。
6、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
7、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一定角度，使焊接质量大大提高。即将焊接胎架做成左右可转动，刚度较大的胎架，使面板U形肋焊
8、接质量得到保 证。见图2. 图2说 明：反 变形胎架适应 直线段桥面使用，弧度弦高超过 100mm 的桥面不宜使用。焊接方法：U 肋与面、底板的角缝采用 CO2 气体保护自动小车焊接；焊丝直径：1.2mm。钢箱梁面底板 U 肋焊接参数填 充 材 料 焊 接 电 流焊道/焊层 焊接方法牌号 直径 极性 电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm/min）线能量（kJ/cm）1 GMAW ER50-6 1.2 反接 150-170 20-22 12-18 10-192 GMAW ER50-6 1.2 反接 160-180 22-24 12-18 12-223 GMAW ER50-6 1.2 反接 16
9、0-180 22-24 12-18 12-224 GMAW ER50-6 1.2 反接 160-180 22-24 12-18 12-226.结语在实践过程中，应用此反变形胎架焊接工艺，焊接质量及外观几何尺寸均符合设计要求，经磁粉（主焊缝）检查，对接焊缝级别评定合格；经过对面底板检查抽查，利用反变形胎架可以起到反变形的作用，降低面底板焊接的变形率。参考文献1. JGJ81-2002 建筑钢结构焊接技术规程2. GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范 3. TB10212-98 铁路钢桥制造规范4. TB10002.2 -2005 铁路桥梁钢结构设计规范5 2006年第07期焊接 舟山桃夭门大桥钢箱梁板块制造焊接变形控制 作者：郭文辉
