1、2023年 第3期 热加工46焊接与切割W e l d i n g&C u t t i n gU肋板单元焊接质量控制破坏性检测贝玉成，徐向军，王建国，何涛中铁山桥集团有限公司 河北秦皇岛 066200摘要：介绍了常泰长江大桥U肋板单元焊接质量控制措施，通过采用合理的焊接工艺，并在国内钢桥制造项目上首次应用班前试板、板单元破坏性检测等措施，保证了大桥板单元U肋角焊缝的焊接质量。关键词：板单元；U肋角焊缝；焊接质量控制；破坏性检测1 序言常泰长江大桥主航道桥为斜拉桥，主跨跨度1176m，天星洲和录安洲专用航道桥为钢桁拱桥，主跨跨度388m，录安洲非通航孔桥为3124m连续钢桁梁，其中主航道桥刷新世
2、界纪录，为世界最大跨度公铁两用斜拉桥。大桥主梁采用板桁组合结构，桁宽35m，桁高15.1m，效果图如图1所示。众多，受力复杂，长期承受反复的交通荷载作用1，其中U肋与桥面板间角焊缝直接承受轮压载荷，焊接质量至关重要，将直接影响大桥的使用寿命。2 焊接工艺依据焊接工艺评定试验编制而成的焊接工艺是决定焊接质量的关键，焊接工艺稳定性是保证焊接质量的前提。焊接设备、坡口加工精度是焊接工艺稳定性的基础以及焊接质量的保障2。2.1 焊接设备U肋板单元采用板单元自动组装定位焊接系统，通过该系统实现了打磨、除尘、组装和机器人定位焊的自动化，如图3所示。板单元上的U肋角焊缝采用板单元焊接机器人在反变形胎架上焊接
3、3，如图4所示。图1常泰长江大桥效果图图3板单元自动组装定位焊接系统图2常泰长江大桥主桥横断面图4板单元反变形焊接机器人系统主航道桥天星洲专用航道桥录安洲非通航孔桥录安洲专用航道桥主梁桥面宽度为33.1m，双层桥面，主梁横断面如图2所示。行车道范围内桥面板纵向加劲肋采用U形肋，其坡口角焊缝要求单面焊，焊缝熔透深度0.8倍U肋板厚，且不得焊漏。正交异性桥面板结构由面板、纵肋和横肋组成，纵肋和横肋互相垂直并焊接在面板上，其结构板件2023年 第3期 热加工47焊接与切割W e l d i n g&C u t t i n g2.2 焊接顺序U肋板单元焊接顺序如下。1）将组装好的板单元夹固在反变形胎上
4、，平位对称焊接U肋两侧打底焊道。2）将胎型倾斜约38角，船位焊接盖面焊道。3）按照编好的程序对称同向施焊。2.3 焊接参数（1）U肋定位焊 采用富氩气体保护焊，机器人焊接，焊接参数见表1。（2）U肋坡口角焊缝 采用金属粉型药芯焊丝CO2气体保护焊，机器人焊接，焊接参数见表2。图5班前试板及宏观断面取样示意表1U肋定位焊焊接参数焊接设备焊接方法焊接材料焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/（cm/min）U肋自动组装定位焊接系统富氩气体保护焊G49A3C1S6（ER50-6，1.2mm）24020282555表2U肋角焊缝焊接参数U肋板厚/mm焊接材料熔敷简图焊道焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/（
5、cm/min）8T492T1-0C1A（1.4mm）1270203035052320303334043 班前试板为检测桥面板单元U肋角焊缝焊接工艺性的稳定性，在每天焊接作业前首先焊接U肋班前试板。U肋班前试板焊接后，立即解剖制取宏观断面，待检测熔透深度合格后，方可进行板单元U肋角焊缝的焊接。3.1 班前试板的焊接将班前试板连接到板单元中最先焊接的U肋前端。每一个班次必须在开始板单元焊接前，按照批准的U肋角焊缝焊接工艺焊接一个班前试板，班前试板焊接与产品U肋角焊缝的焊接方向保持一致。3.2 检测取样位置班前试板焊接后立即取断面对班前试板进行检测，每个试件取2个宏观断面（从U肋的两条焊缝各取一个）
6、，班前试板及宏观断面取样如图5所示。3.3 班前试板检测（1）外观检测 班前试板所有焊缝在全长范围内进行外观检查，符合常泰长江大桥（跨江段）主体工程钢桁梁、钢塔制造项目制造规则的规定。（2）宏观断面熔深检测 判定标准见表3。（3）宏观断面熔深检测结果统计 目前所有班前试板的宏观断面检测结果全部满足熔透深度0.8t要求，部分班前试板宏观断面检测结果见表4，熔透深度曲线如图6所示，典型宏观断面酸蚀照片如图7所示。宏观断面检测熔透深度合格后才能进行正式板单元焊接。表3宏观断面熔深检测判定标准序号熔透深度判定及要求10.8t合格，可以焊接正式焊缝2（0.750.8）t再取两个断面其中一个熔透深度80%
7、，且另一个熔透深度75%合格，可以焊接正式焊缝其中任意一个熔深75%停止焊接，检查焊接设备，核对焊接参数，然后焊接另一块班前试板30.75t停止焊接，检查焊接设备，核对焊接参数，然后焊接另一块班前试板注：t为U肋板厚，下同。2023年 第3期 热加工48焊接与切割W e l d i n g&C u t t i n g表4部分班前试板宏观断面熔深检测结果编号U肋板厚/mm未熔透尺寸/mm熔透深度比例（%）结论210723-U1A-1L8.720.7891.060.8t，合格210723-U1A-1R8.401.1686.190.8t，合格210811-U1A-1L8.780.8590.320.8
8、t，合格210811-U1A-1R8.620.9788.750.8t，合格210821-U1A-1L8.881.4683.560.8t，合格210821-U1A-1R8.890.7591.560.8t，合格求，比例为97%，高于本项目规定的宏观断面熔透深度0.8t比例75%的要求，熔透深度达到0.75t比例为100%，高于本项目规定的宏观断面熔透深度达到0.75t比例90%的要求，无焊缝喉厚1.2t的情况。破坏性试验典型宏观断面熔透深度比例检测结果见表6，破坏性试验熔透深度曲线如图8所示，典型宏观断面照片如图9所示，板单元破坏性试验结论合格，后续板单元可批量生产。图6班前试板熔透深度曲线a）U
9、肋左侧焊缝 b）U肋右侧焊缝 图7班前试板宏观断面表5破坏性板单元及取样数量板单元号规格尺寸/mmU肋数量/根U肋焊缝长度/mm取样数量/组板单元简图E3BD2-1109942994510600100（每条焊缝取10个断面）4 板单元破坏性试验为了更好地检测大生产过程中U肋角焊缝的焊接质量，要求前10块完成焊接并经外观和磁粉检测合格后的板单元，由监理随机抽取1块进行破坏性4.4 影响因素分析熔透深度0.8t的试件有3个，编号为A1-U2a-9、A1-U2b-7和A1-U5a-9，宏观断面照片如图10所示。由图10可看出，3个试件未熔透深度尺寸分别为1.71mm、1.99mm和1.85mm，熔透
10、深度分别为0.799t、0.761t和0.788t，统计结果见表7。3个试件角焊缝的坡口根部熔合良好，焊缝饱试验，制取U肋角焊缝宏观断面检测角焊缝熔透深度，从而检测桥面板单元焊接工艺性的稳定性。4.1 破坏性板单元监理随机抽取的破坏性板单元编号为E3BD2-1，长宽尺寸为10994mm2994mm，板单元上共有5根U肋，10条角焊缝。从每条U肋角焊缝上间隔1m取样一个宏观断面，每条角焊缝取10个宏观断面，共制取宏观断面100个。板单元规格尺寸、U肋数量、焊缝长度、取样数量见表5。4.2 宏观断面熔透深度判定要求1）从破坏性板单元上取到的宏观断面总数作为分母，各等级熔深断面数作为分子，U肋板厚为
11、t，依据检测结果进行熔透深度和比例判定。熔透深度0.8t的宏观断面数量比例75%，或熔透深度0.75t的宏观断面数量比例90%，且无熔透深度0.7t（或焊缝喉厚1.2t）时，判为合格。2）当未满足上述要求时，可在熔透深度0.7t（或焊缝喉厚1.2t）的试件位置，前后距离50mm位置处各增加1个宏观断面试件，若都合格，则判为合格。否则，另外选取1片板单元重新检测，若合格则该批次合格，否则该批次余下8块板单元判为不合格。3）若首批板单元检测不合格，需停产整顿，调整工艺后，重新制作试验板单元进行试验，检测合格后，方可批量生产。4.3 破坏性板单元宏观断面检测结果对从破坏性板单元E3BD2-1上制取的
12、100个试件进行宏观断面熔透深度检测，有97个达到0.8t要2023年 第3期 热加工49焊接与切割W e l d i n g&C u t t i n g图8破坏性试验熔透深度曲线a）A1-U1b-3 b）A1-U1b-7e）A1-U4b-2 f）A1-U5a-1图9破坏性试验典型宏观断面照片 c）A1-U3a-2 d）A1-U4a-9a）A1-U2a-9 b）A1-U2b-7 c）A1-U5a-9图10熔透深度差的宏观断面 表6破坏性试验宏观断面熔透深度比例 （%）断面序号U肋角焊缝编号A1-U1aA1-U1bA1-U2aA1-U2bA1-U3aA1-U3bA1-U4aA1-U4bA1-U5
13、aA1-U5b183.287.483.484.786.890.592.488.991.189.6284.887.787.284.198.885.689.084.782.985.6383.092.383.190.690.181.082.988.785.383.6483.287.381.992.191.083.283.688.188.482.5585.989.484.981.088.693.381.986.683.984.0685.694.287.285.486.691.489.485.289.688.8785.987.093.876.182.794.180.583.788.589.6884.69
14、1.582.382.888.386.182.482.083.889.1989.989.979.989.088.287.190.187.878.882.41082.191.582.483.086.081.986.988.387.393.1满，说明焊枪角度、电弧跟踪状态、焊接参数等符合焊接工艺要求。通过宏观断面实物测量U肋板厚及未熔透深度，并与其他宏观断面对比分析可得，钝边尺寸偏大是未能达到熔透深度0.8t的主要原因，后期通过进一步控制U肋钝边加工精度，可有效提高U肋角焊缝焊接质量，使U肋角焊缝熔透深度合格率达到100%。5 结束语通过合理的焊接工艺，保证板单元U肋角焊缝熔透深度；根据班前试板、板
15、单元破坏性试验，验证U肋角焊缝焊接工艺性的稳定性，确保常泰长江大桥U肋板单元的焊接质量。参考文献：1 陶晓燕，刘晓光，张玉玲正交异性钢桥面板受力特征研究J钢结构，2010，25（7）：11，12-14.2 薛长利，张建国，孙卫国，等钢桥梁正交异性桥面板U肋焊接工艺研发与探讨J金属加工（热加工），2021（12）：16-20.3 范军旗，刘壮，徐向军U形肋板单元机器人焊接试验研究J金属加工（热加工），2015（18）：65-66.20221209表7U肋板厚及熔透深度统计编号U肋板厚/mm未熔透深度/mm熔深百分比（%）A1-U2a-98.501.7179.9A1-U2b-78.321.9976.1A1-U5a-98.731.8578.8