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时间:2018-12-09
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1、桥梁钢结构焊接自动化技术的应用-建筑技术桥梁钢结构焊接自动化技术的应用-建筑技术1桥梁钢结构自动化焊接的应用现状进入21世纪后,中国经济持续稳定发展,促进了公路、铁路和城市交通体系的建设和完备,带动了桥梁建设快速发展和进步。桥梁建设不仅满足于功能性,还向高速、大跨度、重载、环保和美观方向发展。我国先后建成了重庆朝天门长江大桥、武汉天兴洲长江大桥、南京大胜关长江大桥、铜陵长江大桥、苏通长江大桥、嘉绍大桥、杭州湾跨海大桥、青岛海湾大桥、厦漳跨海大桥、湖南矮寨特大桥等许多有特色的拱桥、斜拉桥和悬索桥,目前正在兴建港珠澳大桥、沪通长江大桥、虎门二桥等超级桥梁建设工程,我国桥梁建设无论在数量、建设速度
2、还是建造的规模上,都是其他国家在同一时期无法比拟的。虽然我国在钢桥设计、制造和架设等方面的技术水平有了大幅度提高,拉近了与发达国家之间的差距,但应清醒地看到,我们与发达国家的钢桥建造还有一定差距,我国钢桥建设的发展仍然极不平衡。截止到2012年底美国60万座桥梁中钢桥占33%,日本13万座桥中钢桥占41%,法国钢桥占了桥梁总量的85%,而我国桥梁总数超过59万座,但钢桥数量不足总量的1%,因此还有很大的发展空间。相对于我国钢桥制造规模的不断扩大,钢桥制造技术水平发展较慢,焊接工序主要采用埋弧焊和气体保护半自动焊方法(或辅以跟踪器焊接),仍主要依靠人工作业,与大量采用机器人焊接的工程机械、汽车
3、等行业相比相对落后。在当下,我们面临制造业技术工人日益短缺和劳动力成本逐步提高的现实,钢桥制造行业自动化焊接术革新势在必行。2桥梁钢结构自动化焊接难点(1)受构件结构影响难以实现自动化焊接大跨度桁架钢桥设计美观新颖,钢梁杆件结构复杂多样,不便于自动化焊接。以南京大胜关桥MS26节点杆件为例,该节点除了与下弦杆、加劲弦杆连接外,还与桥面板、横梁、竖杆、斜杆、连接系杆件等相连接,共有45个螺栓连接孔群,连接关系复杂。由于受力大,最大板厚52mm,且多为熔透角焊缝和深坡口角焊缝,焊接量大。受其空间结构影响,箱型杆件内部焊缝、整体节点间焊缝空间狭小,因此不能采用自动化焊接。(2)受焊接位置影响难以实
4、现自动化焊接目前自动化焊接以平位焊为主,少量立位、横位焊缝也可以实现气体保护焊自动化焊接,但仰位焊缝还难以实现焊接自动化。以港珠澳大桥钢箱梁为例(见图2),在梁段整体拼装时,腹板、横隔板与顶板仰位角焊缝不能采用自动化焊接;受加劲肋构造的影响,横隔板、腹板与底板间角焊缝,横隔板与腹板间角焊缝也不能采用自动化焊接。3桥梁钢结构自动化焊接的关键技术要想发展桥梁钢结构自动化焊接,需要钢桥设计师、自动化设备研发单位、钢结构制造厂的密切配合,需要设计师设计标准化的桥梁构件,焊接设备厂研发高精度的自动化设备,钢结构制造厂对制造工艺深入研究,共同努力才能实现。下面以港珠澳大桥制造为例进行说明。(1)桥梁结构
5、设计的标准化港珠澳大桥钢箱梁板单元生产量大,大桥总共约40万t的板单元制造,工程量大,顶板、底板、腹板、横隔板单元等同类构件的数量多,相同构件采用标准化设计,非常适合进行自动化制造。标准化设计是保证港珠澳大桥制造实现自动化焊接的前提。在进行桥梁钢结构设计时,要注意对局部细节的处理,应便于实现自动化焊接。如在进行横隔板上加劲肋设计时,中间水平肋与竖向肋的间距如果较小,采用机器人焊接竖向肋时,由于水平肋妨碍焊枪通过,所以为保证焊缝的连续性,提高焊缝质量,要保证肋间距在40mm,水平肋端部切角≥50°。(2)研发高精度的自动化焊接设备高精度的自动化设备是实现桥梁钢结构自动化焊接的关键。由于桥梁钢结
6、构受疲劳载荷,所以为了提高钢桥的疲劳寿命,防止脆性断裂,要求制造精度高,对焊缝外观成形、内部质量和冲击韧性要求高,这就需要采用具有高精度的焊接机器人设备来保证,因为机器人焊接设备具有接触传感、电弧跟踪等功能。(3)对制造工艺进行深入研究针对各种不同的桥梁结构件,制造厂的工程师对其结构和制造工艺进行深入研究,研发专用的加工设备,只有合理的工艺与先进的设备相结合,才能实现自动化焊接,从而促进产品质量的提升和生产效率的提高。第一,U形肋板单元自动组装定位焊。桥面板单元是决定桥梁寿命的关键部件,U形肋与桥面板之间角焊缝直接承受车轮荷载,易疲劳破坏,影响桥梁安全和寿命。桥面板单元U形肋角焊缝采用单面焊
7、接,熔深要求达到U形肋厚度的80%以上,即8mm厚U形肋焊缝熔透深度≥6.4mm,且不得焊漏,即达到“透而不漏”的效果。U形肋的组装精度是保证U形肋角焊缝焊接质量的前提,为此研发了U形肋板单元自动组装定位机床,它集自动行走、打磨、除尘、定位、压紧和机器人定位焊于一体,安全环保,极大地提高了组装效率、组装精度和定位焊缝质量,确保U形肋与桥面板组装间隙控制在≤0.5mm。第二,板单元焊接机器人。桥梁结构件质量至关
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