无柱雨棚管桁架制作及焊接施工技术

重庆***客站无柱雨棚管桁架制作及焊接施工工艺[摘要]本文通过对新建***（***-***）铁路重庆***客站无柱雨棚主桁架制作、相贯焊接工艺及施工中问题的解决方案，详细阐述了管材相贯线切割及相贯线焊接施工工艺。[关键词]相贯线切割相贯线焊接预热温度焊后热处理无损探伤工程概况重庆***客站无柱雨棚主桁架设计为两跨连续悬臂巨型空间钢管桁架拱结构形式，大跨度为47m，两侧悬臂长为24.25m。主桁架沿线路方向约20m设一榀，共计28榀，每榀重约40t，母材材质为Q235。为了减轻自重，节省钢材，设计上采用预应力方法，每榀主桁架设置8根φ44斜拉索。主桁架焊缝质量等级设计为二级。主桁架剖面及平面图如下：主桁架的弦杆与腹杆的连接呈T、Y、K或复合形相贯节点形式，腹杆的端部应切割马鞍形曲线，马鞍形边缘管壁处必须切割出一定的坡口面角度以与弦杆表面之间形成适于焊透的坡口角度，所须切割的坡口面角度值还与各区位置以及腹杆与弦杆比相关。同时弦杆与腹杆每个节点空间坐标位置均不相同，节点处焊接焊缝密集。因此腹杆端部马鞍形曲线的切割及相贯节点的焊接是本工程的重难点。针对切割马鞍形曲线采用数控多轴自动马鞍形曲线管子切割机；针对相贯节点的复杂性，确保焊接质量，制定了详细焊接作业指导书。2．相贯焊接施工工艺2.1马鞍形曲线的切割：依据主桁加工详图，将各相贯线接口的中心线位置、角度及其它有关参数输入三维数相贯切割机，进行马鞍形相贯接口的切割。具体的程序编制过程如下：⑴、EXCEL中输入切点坐标，做成一定的文件格式，然后在AUTOCAD中调用自行开发的AUTOLISP程序，生成以各节点坐标为端点的线框模型；⑵、线框模型建成后，转换成DXF（标准图形交换文件）文件输入WIN3D设计软件中；⑶、将WIN3D计算出的杆件角度、长度等参数输入PIPE-COAST软件的“切割数据单”，选择正确的切割速度等工艺元素。并由专人负责对有关参数进行复查；⑷、PIPE-COAST接受数据后，即生成单根管件的加工指令。将加工的切割线与相贯的弦杆进行相贯检验，其间隙不得大于2mm。检验合格后，采用专用设备进行坡口加工，并对坡口表面进行检查、刨边。2.2焊接工艺参数的确定：2.2.1焊接材料的选择根据焊接接头应与母材等强的原则，手工电弧焊对接焊缝采用E4315焊条，腹杆焊缝采用E4306（E4316）焊条。化学成分及力学性能见下表：焊条型号熔敷金属化学万分分（%）熔敷金属力学性能能CMnSiSPσb（Mpa）σs（Mpa）δ5（%）Ψ（%）AkvJ-3000E43150.0671.120.240.0160.01847035027180E43060.0590.760.260.0080.010140节点形式及焊接难点本设计节点形式（见节点图）是腹杆与弦杆相贯，其轴线夹角小于750和大于等于300，设计要求在A、B区为焊透焊缝，C区可为贴角焊缝（分区方法见下相贯节点焊缝的区域划分图），焊接质量等级为二级。本工程中，由于T、K、Y节点处于三维曲面上，有相当一部分节点的坡口在四个区域中的变化完全不同，在实际工程中，坡口加工误差比理论值有较大的差距，给施工现场的安装焊接带来更的困难。2.2.3焊接方法：手工电弧焊。2.2.4焊接电流：为了避免焊缝组织粗大，造成冲击韧性下降，必须采用小规范焊接。具体措施为：选用小直径焊条、窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接工艺。焊道的宽度不大于焊条的3倍，焊层厚度不大于5mm。第一层打底采用Ф3.2电焊条，焊接电流100-130A；第二、三层采用Ф4.0电焊条，焊接电流120-180A。2.2.5预热温度：在焊接前对钢材进行预热温度为800。焊后热处理参数：为了降低焊接残余应力，减小焊缝中的氢含量，改善焊缝的金属组织和性能，在焊后应对焊缝进行热处理。热处理温度为：200-250℃，恒温不小于1小时。2.3焊接工艺2.3.1焊前预热：焊接前，首先对翼缘板进行预热，恒温30分钟后开始焊接。焊接的预热、层间温度、热处理由热处理控温柜自动控制，采用远红外履带式加热炉片，微电脑自动设定曲线和记录曲线，热电偶测量温度。预热时热电隅的测点距离坡口15mm~20mm。2.3.1焊接方法：⑴在地面上的胎架上将上下弦杆按设计位置进行精确调整，并用水平尺寸检查其水平度，合格后将上下弦杆固定在胎架上。⑵按照先焊中间节点，再向桁架两面三端节点扩展的焊接顺序，以避免由于焊缝收缩向一端累积而引起桁架各节点间尺寸误差。并且不在同一支管的两端同时施焊。施焊过程中由两个焊接作业班组从中间向两端对称焊接。⑶对称焊接：即每个部位的对称节点施焊时两面侧同时焊接同一种焊缝。同时两名焊工在焊接时的沓接电流、焊接速度和焊接层数保持一致。⑷焊接第二层时，应与第一层方向相反，以此类推，每层焊接接头应差开15mm~20mm。⑸焊接时采用引弧板，严禁在焊缝以外的母材上引弧。多层多道焊时，各层各道间的焊渣必须碳弧气刨清根，清根结束后，必须对焊缝进行机械打磨，清理焊缝表面渣碳，露出金属光泽，防止表层碳化严重造成裂纹。焊后热处理：焊口焊接完成后应在12小时内进行热处理。如不能及时进行热处理应采取保温、缓冷措施。在进行焊后热处理时，应采用两根热电偶测温，热电偶点焊在焊口的里外侧。2.4焊接质量检验⑴按《钢结构工程施工验收规范》有关条款进行焊缝外观及尺寸检验，如需修补要及时进行，并一定要注意保证