铸钢与桥梁用结构钢焊接工法

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1、铸钢与桥梁用结构钢焊接工法天津**市政公路工程有限公司1前言近年来,随着我国各类钢桥建造数量的不断增多,为适应地质条件、周围环境及美观设计的需要出现了各种异型的钢桥,同时对桥梁的结构用钢提出了更高的要求，如何保证不同钢材之间的焊接质量成为了一个新的技术难题。本工法以天津市团泊新城团泊新桥工程为载体，对铸钢与桥梁用结构钢的焊接工艺结合工程实践进行总结，可为同类型桥梁的设计和施工提供参考。天津市团泊新桥采用了世界上独一无二的“彩针型”独塔斜拉桥形式,桥塔与墩柱铰接、主梁与墩柱固结。主塔全长120米，共分三段，下塔和中塔为受力结构，上塔为装饰结构，下塔采用铸钢结构，材质为GS-20Mn5，

2、中塔柱为Q345qd的三根厚壁圆管结构。铸钢与桥梁用结构钢的焊接在国内桥梁建设中尚没有可以借鉴的工艺，因此，为保证下塔柱铸钢件与中塔柱Q345qd的桥梁结构钢之间的焊接质量，进行了大量的焊接试验和焊接工艺的研究工作，确定了焊接工艺的主要工艺措施和预热温度，根据焊接工艺评定的检测结果，采用合理的接头设计和焊接焊接方法及焊接材料，并严格按照工艺要求，控制各项工艺参数，补偿收缩变形，减小焊接残余应力，通过合理的焊后热处理，通过各种试验和现场检测表明，焊接接头的强度满足施工要求和安全，获得了较为成功的焊接效果。《团泊新桥彩针型主塔及主墩施工技术研究报告》经天津市建设和交通委员会的鉴定，课题研

3、究成果达到国际先进水平，其中认定在本工程中较好解决了铸钢与桥梁用结构钢的焊接技术难题。2工法特点2.1铸钢与桥梁结构用钢在桥梁建设中的焊接，在国内桥梁建设中首次采用，通过大量试验研究，形成一套合理的焊接工艺。2.2焊接难度大，要求高。铸钢下塔柱和钢管中塔柱均为主塔主要受力结构，且为高空中焊接作业，本工艺成功的解决了焊接的这一难题，确保了焊接质量。3适用范围-7-本工法主要适用于铸钢件与桥梁结构钢之间的焊接，本工法中的焊接工艺对于铸钢与其它同等强度的钢材之间的焊接工艺具有借鉴和参照意义。4工艺原理对铸钢和桥梁结构钢两种不同材料的母材成分、化学性能、焊接性进行分析，选择合适的焊材和焊剂，

4、根据结构特点、受力情况及现场施工操作性等状况确定合理的焊接坡口形式，并制作相应的焊接试件，进行试验分析，以此来确定两种材质焊接的最佳电流和电压，形成一套合理的焊接工艺。5施工工艺流程及操作要点5.1焊丝焊剂的选择针对母材成分、化学性能、焊接性及结构特点分析，选用焊接质量稳定、电弧热集中、焊后工件变形小、抗锈能力强的、抗裂性能好的焊丝焊剂。根据对母材的化学成分和力学分析结构形式，并结合焊接的特点，焊接时对于可采用自动焊接的部分采用的焊丝型号为φ4mmH08Mn2E，焊剂选用SJ101，采用埋弧自动焊接形式进行；对于采用自动焊不能完成时，选用J507Ni焊条进行手工焊接。在焊接前，首先制

5、定焊接工艺指导书，并制作相应的焊接试件，检测合格后，根据焊接工艺指导书确定的具体焊接工艺参数进行施焊。5.2坡口形式考虑到桥塔受力形式和钢管焊接的特点以及钢管与铸钢件的焊接，并考虑到现场的操作性和施工进度要求，综合各板材的厚度，同时为了便于各种设备在焊接过程中能操作顺畅，在钢管内外两侧开K型坡口，反面清根双面焊接，如下图的坡口形式（t1为钢管，t2为铸钢）。图5-1这种坡口形式在按照焊接工艺评定指导书焊接完成后，送去作各项检测和试验，各项结果满足技术施工要求。5.3焊前准备5.3.1坡口清理-7-将坡口及其边缘50mm范围内除去水、油、锈等污物，直至露出金属光泽。5.3.2焊前预热为

6、改善焊接构件的焊接工艺性能，防止焊接区域金属的温度梯度过大，降低焊缝的冷却速度，减小焊接残余应力，利于焊缝中氢的析出，减少裂纹的产生，焊前应对焊接区域进行预热，但是预热温度不宜过高，否则会降低焊接街头的韧性。根据母材材质的不同，预热温度设定为：铸钢件焊接处250~300℃，钢管的及内部加劲肋处200~250℃。预热采用丙烷—氧气火焰加热。在钢管内部焊道两侧各200mm范围内采用耐高温,保温隔热效果好的硅酸铝保温棉进行保温。在焊道两侧距坡口边缘120mm范围内加热，要求将整个焊缝区域热透，加热完成后，对已加热且未能及时焊接部位进行保温。保温范围为焊缝中心每侧250mm双面保温。如下图2

7、所示：图5-25.3.3焊缝收缩补偿在焊件结构的适当位置进行加热，使它产生于焊缝收缩方向相反的伸长变形。在焊缝冷却时，加热区的收缩方向与焊缝的收缩方向相同，抵消了部分在焊接过程中产生的收缩变形，从而达到减小内应力的目的。为此，我们选择在焊缝周围的钢板上，铸钢与钢管的连接处是沿圆周方向上取若干位置加热，在钢管与钢管之间连接处选取沿径向取若干位置加热，如下图所示。加热区域的尺寸为250~300mm，宽为120mm，加热温度与预热温度相同。-7-图5-3铸钢与钢