苏通大桥钢箱梁仰角焊缝工艺及疲劳性能研究

1、苏通大桥钢箱梁仰角焊缝工艺及疲劳性能研究金荣铭 曹东成 张玉玲摘 要：通过苏通大桥钢箱梁仰角焊缝工艺及疲劳性能研究，确定了一种钢箱梁仰角焊缝的焊接工艺方法，可为公路斜拉桥类似结构焊接提供参考。关键词：苏通大桥；焊接工艺；疲劳试验；仰角焊缝；焊缝方法1.概述据统计，目前国内斜拉桥数目已超过200座，其数量约占全世界斜拉桥总数的35%，斜拉桥发展势头迅猛。近年来国内已建或正在建设的大桥有南京长江二桥和润扬大桥（北汊）、南京长江三桥、香港昂船洲大桥、鄂东大桥等，国外也已经进行了几座大型公路斜拉桥的钢箱梁制作。这些大桥钢箱梁均为正交异形板结构，在制作中难免存在一些仰角焊缝，仰角焊缝由于其焊缝难度较大，

2、其焊缝质量和疲劳性能一直被人们所关注。苏通长江公路大桥主桥位封闭式扁平流线性钢箱梁斜拉桥，跨度为1.088 m，居世界斜拉桥跨度之首，钢箱梁为正交异形板结构，见图1.梁段全宽41m，中心高4m，横隔板为整体式，标准间距为4.0m，横桥向设置两道纵隔板，其构造采用实腹板式和桁架式两种。在苏通大桥钢箱梁的制作过程中，也存在着一些仰角焊缝，仰角焊缝的焊接质量，直接关系到桥面板的运用疲劳性能，所以，通过焊接工艺评定试验和疲劳性能研究，摸索出一种可靠的焊接工艺方法，是确保大桥运营安全的前提条件。2 仰角焊缝焊接工艺评定试验2.1 接头形式根据设计图纸，焊接工艺评定接头选择了最具代表性的T形角接

3、头，钢板厚度及焊缝尺寸与设计要求相，见图2.2.2 焊接规范参数从降低焊缝操作难度和提高焊缝机械性能角度出发，焊接材料选用性能优良、操作良好的药芯焊丝。材料化学成分和机械性能见表1。根据以往桥焊丝经验，拟定焊接规范参数见表2.根据以往焊接经验，仰角焊缝单道焊接难以达到焊角8mm，因此，试验采取焊接2道和3道工艺，见图3.2.3 结果分析焊接工艺评定试验完成后，对每种试验的焊接线能量、试件焊缝外观、接头宏观断面、显微组织和硬度进行检验。 焊接线能量试验完成后，对每道焊缝的焊接线能量进行了统计，结果见表3。从表3可以看出，采用3道焊焊接线能量较小，较小的焊接线能量有利于提高焊缝韧性和减小焊接变形。

4、 焊缝外观试验完成后，对焊缝外观进行了检查，2道焊试件焊角尺寸范围为710mm，焊缝有效厚度45mm，焊缝成形局部较差，焊接操作人员认为焊接成形难度较大。3道焊试件焊角尺寸范围为810mm，焊缝有效厚度57mm，焊缝成形比较饱满，外观较好，焊接操作人员认为焊接较容易控制。 接头宏观断面及显微组织 试件经断面腐蚀，其接头宏观及显微组织见图4、图5. 由图4、图5可以看出，两种接头焊接根部熔合都较好，无裂纹，无其他焊接缺陷。但3道焊接焊缝比较饱满。显微组织均为铁素体+珠光体，局部有魏氏体组织出现，但2道焊试件由于焊接线能量较大，晶粒略显粗大。 接头硬度对两种接头断面均进行了硬度HV10检查，结果见

5、表4.由表4可以看出，两种接头断面硬度值比较接近，均满足HV10350的标准规定。 试验结果 通过以上4项指标比选，认为采用药芯焊丝3道焊接的方法在工艺上操作更容易些，而且焊接线能量较小，有利于提高焊缝韧性和减小焊接变形。因此，确定横隔板与顶板仰角焊缝焊接采用药芯焊丝3道焊接的方法，具体工艺参数见表53 仰角焊缝疲劳性能研究为了掌握仰角焊缝的疲劳性能，有铁道科学研究院对苏通大桥实桥模拟试件进行了疲劳试验。模拟试验件尺寸见图6.试验件焊接工艺参数与焊接工艺评定获得的表5参数相同，为增强试验结果的代表性，焊接顺序和要求与实桥相同：第1道仰角焊打底，起、收弧位置距U形肋20mm；第2道在顶板下20m

6、m处U形肋位置起弧，在顶板焊缝收弧，且不能在第一道焊缝起弧处和仰角焊接中心位置收弧，在顶板焊缝收弧；第3道在横隔板与U形肋焊缝下端起弧，向上经过拐角在仰角焊缝中心处起弧。焊接时必须控制3道焊缝起、收弧位置不重叠，见图7.仰角焊缝模拟试件焊接采取了与钢箱梁制作相同的环境，见图8.试件制作完成后，进行疲劳试验，见图9.疲劳试验结果为：仰角焊试件在200万次时97.7%保证率的试验结果为88MPa，疲劳性能满足桥面板疲劳设计要求。4 结论实践证明：试验摸索出的苏通大桥钢箱梁制作仰角焊缝焊接工艺可行，焊缝疲劳性能男足桥面板疲劳设计要求，焊接方法可为公路斜拉桥钢箱梁制作中类似结构的焊接提供参考。好的工艺只