段体倩 山浩杰 陈竞显 胡玉海 赵鹃 李会娟
中国水电四局（兰州）机械装备有限公司云南分公司 云南 祥云 672100
摘要；本文依托大临铁路密马朗中桥梁制作项目，通过分析大型桥梁工字梁焊接方法，研究一种大型桥梁的工字梁水平位置新型焊接方法。
关键字：钢桥梁，工字梁，埋弧焊，焊接质量
前言
近年来，随着我国基础设施建设的迅猛发展，钢桥梁也因其抗震性能良好、自重轻、制作安装周期短等特点，得到了更广泛地应用，不仅在传统公路桥梁中能见到钢桥梁的身影，且在铁路等其他领域也应用广泛。而焊接是钢桥梁制造中非常重要的一道工序，关乎着桥梁的制造工期、整体质量、安全性能等方面。如何在保证焊接质量的前提下提高焊接速度，减少焊接用工装，是提高钢结构桥梁制造生产效率的重中之重。
1、背景
大临铁路密马朗河中桥项目制造为云南分公司首次承接制作桥梁项目，大临铁路密马朗河中桥项目主要参数如下表所示：
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由于我公司缺乏制作经验，且该项目本身制作难度较大，工期紧，因此急需研究一套工字梁高效焊接方法，来提高生产效率，节省工期，降低成本。
2、大型钢桥梁制作施工流程
（1）下料
由于本项目零件尺寸多为异形结构，所有零件下料均使用数控编程下料，尺寸偏差控制在±2mm之内。主梁腹板宽度较宽，提前将两块腹板拼装之后再进行数控下料。由于腹板和翼板不是规则方形结构，且很难辨认，为了避免组装过程中出现方向错误，在下料工艺中标明了“前后左右上下”，并在下料完成后在钢板上标注相关尺寸。标识具体如下图所示：
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图1 钢板下料标识图
（2）坡口开设
坡口开设前提前与焊接作业人员沟通，不确定的提前制作试板焊接，并通过无损检测合格后方可确定坡口样式。本项目工字梁腹板和翼板对接角焊缝、牛腿对接角焊缝采用开设坡口的全熔透焊缝，筋板双边开5*5mm坡口。本项目采用的坡口样式如下图：
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图2 坡口图示
（3）工字梁组装
由于本项目工字梁尺寸较大，组装前需要搭设专用平台，平台按工字梁的轮廓搭设，搭设完成后放置腹板和翼板，调整尺寸和间隙，合格后点焊固定，并在腹板上焊接边角料作为零时加强筋板增强钢梁的强度，如下图所示：
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图3 工字梁组装图
（4）工字梁焊接及矫正
①焊接前准备：工字梁采用埋弧焊进行焊接，焊接前准备好引弧板和熄弧板。并在焊缝反面翼板上设置与焊缝方向垂直的加强筋，减少焊接过程中翼板的变形。
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图4 防变形加强筋
②桥梁大型工字梁传统焊接方法：在传统的桥梁大型工字梁焊接过程中，为了保证焊接质量，会使用大量的船形焊来保证焊接质量。为克服平角焊时，容易产生咬边和焊脚不均匀的缺陷，在生产中常将焊件转动成45°斜角，在这一焊接位置时焊接，称为船形焊。而船形焊会导致辅助工装设施增加，搭设船形焊工装也费时费力，增加成本，因此本项目不采用船形焊进行焊接，船型焊示意图如下所示：
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图5 传统焊接方法示意图
③水平位置大型桥梁工字梁焊接方法：本项目研究的焊接方法采用水平位置焊接，避免了船形焊，减少了工装架的搭设和两次翻身工序，经验收焊接质量符合相关要求，焊接示意图如下所示：
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④工字梁矫正：焊接完成后进行翼板垂直度的矫正。由于本项目工字梁尺寸较大，无法采用机械矫正焊接变形，只能采用火焰校正，如下图所示：
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图8 火焰矫正示意图
（5）焊接参数
该钢桥梁材质为Q370qD，手工焊选用J507焊条，直径φ3.2、φ4，CO2气体保护焊选用CHW-50C6焊丝，直径φ1.2，埋弧自动焊选用焊丝H10Mn2，直径φ4，焊剂SJ101。
①手工焊焊接规范参数表：
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（6）制孔
本项目采用高强螺栓连接，螺栓孔群较多，为了保证工地安装过程的穿孔率，先进行连接板的钻孔，再与单节钢桥梁进行配钻，整体拼装时调整好相关尺寸后进行再与相邻节钢桥梁进行配钻孔。但是由于采用配钻的孔正反面不同，且各连接板无法通用，所以需要标识出连接板的正反面和相应的节段位置编号。
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（7）组装及节段预拼装：首先进行单片工字梁及其筋板和连接板的安装焊接，其次在专用平台定位八个点进行高程测量，进行两个相邻节段钢梁的预拼装，最后配钻各连接板位置的孔。
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图11 高度定位测量点示意图
两个相邻节段预拼装时注意侧向弯曲度的测量和调整。侧向弯曲度通过CAD放样测量获得。
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图 12实际测量图
（8）防腐：
①桥梁构件表面除锈，将表面油污、氧化皮和铁锈清除干净，除锈后的构件表面清洁度应达到sa3级，涂装前构件表面锈蚀等级和除锈等级达到GB8923规定的要求。
②钢梁涂装体系的选择，涂层厚度及施工工艺应严格按照铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件TB/T1527/ 2011 的规定执行，高强度螺栓摩擦面采用电弧喷铝。
③钢梁表面涂装体系：
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④当工字梁高强螺栓的摩擦表面抗滑系数不小于0.55，钢梁才具备出厂条件。运输、安装过程中应注意对摩擦面加以保护，安装时高强度螺栓摩擦面的表面抗滑系数不小于0.45。
⑤防腐要求具体如下：
a钢材表面除锈等级需达到sa3级；
b涂装前构件表面粗糙度要求：
需电弧喷铝的钢表面粗糙度Rz不低于50μ m。
需涂装涂料的钢表面粗糙度Rz不低于到25μm。
3、总结
大型桥梁工字梁水平位置焊接方法的优点如下：
1、解决了工字梁焊接工装搭设费时费力费材料的问题，节省了工期；
2、解决了工字梁焊接多次翻身的问题，减少了人力物力投入，加快制作周期；
3、提高工字梁焊接过程中的安全性。
总而言之，大型桥梁工字梁水平位置焊接方法，焊缝成形较好，减少工字梁翻身次数，节省材料，降低成本，安全性能高，促进了生产。大临铁路密马朗中桥梁共14根工字梁，总工程量约243t，减少50%的翻身次数，节约了近一半的制作周期，按照每根工字梁节约2000元（工装材料费、人员工资、吊车翻身费用等），该项目共计节约28000元，取得了良好的经济效益。该方法还可以应用于其他领域的工字梁焊接，使用性较强。