TTYJA900运架一体机U型箱梁焊接变形控制

肖雪艳 赵小杰 周志强

（秦皇岛天业通联重工科技有限公司，河北秦皇岛 066000）

TTYJA900运架一体机主要用于高速铁路、客运专线32m、24m、20m双线整孔箱形混凝土梁从预制场台座内的起吊、梁场至假设工地间箱梁运输。

与传统的架桥设备相比，本机具有提梁、运梁、架设三合一集成模式；无需下导梁及整机以外的任何辅助机具即可以顺利架梁，自重轻，形式简单，作业程序简便；运梁作业时，可提运双线整孔箱梁顺利通过250km/h和350km/h隧道，并且可在隧道口和隧道内架梁；方便进行桥梁的首末孔架设；架梁过程中，任何部位均不需要锚固，减少了架梁作业量，提高了作业安全性等特点。

主梁是运架一体机的主体金属结构。全长80余m，截面高4.5m。其箱型截面，常分为5个节段，考虑便于运输、吊装等个方面考虑，各节段截面分为上下两部分，节段之间及截面上下两部分之间采用节点板精制螺栓连接。每个节段由盖板、腹板、隔板、底板构成结构截面。节段梁在组拼、焊接过程中常因异常受力引起较大变形。引起后期修复困难或影响整个主梁结构性能。

1.U型箱梁焊接变形原因

U型箱梁属于半开口型箱梁（如图1所示），因其半开口结构形式比起常规箱梁更容易受变形影响。常见的变形原因为：

图1 箱梁主结构及变形部位

（1）焊接时受热应力变形；主要是焊接时不均匀受热或不均匀冷却过程。箱型梁焊接时焊缝处受热较高，金属发生热膨胀现象，与周围常温状态下的金属结构抑制，造成主梁压缩性和塑性变形。

（2）焊接受到外力影响变形；通常是组拼过程中受到过渡载荷或碰撞造成的异常变形[1]。

2.传统组焊工艺模式

（1）腹板开口先进行预切割，只焰切圆弧处，待主梁箱型组焊后在焰切出孔。然后组焊镶圈。

（2）隔板需拼接，开V形坡口，背部清根，熔透焊。同一位置的上、下隔板及角钢需按所处位置的尺寸组焊拼接成一个整体。

（3）待箱型整体组对焊接完成后进行盖板上下轨道焊接。

（4）按照图纸隔板位置尺寸组对各隔板，定位焊后整体进行焊接。

3.焊接变形控制方法

3.1 U型箱梁组焊工艺优化

（1）腹板开口及镶圈焊接，先对腹板进行下料开口，然后在进行镶圈焊接，保证镶圈焊后腹板整体平面度，避免后焊镶圈造成箱型梁整体变形。

（2）盖板轨道、补强板焊接，先对盖板补强板、轨道单件进行焊接，焊接后修整平面度。避免箱型梁时焊接造成整体变形增加返修难度。

（3）隔板整体组对焊接，盖腹板隔板依次组对，加固后焊接隔板焊缝。

控制措施实施前后，变形位置（如图2所示）。

图2 控制前后变形位置对比

3.2 坡口尺寸选择

（1）经对镶圈焊缝重新计算，焊缝尺寸由原来12mm×12mm更改为10mm×10mm，大大减少了镶圈的焊接变形（如图3、图4所示）。

图3 镶圈结构

图4 镶圈焊接过程

（2）原腹板与盖板为单面坡口CO2焊接，经过工艺优化更改无坡口自动埋弧焊接。

3.3 焊接方法选择

（1）较长直的线性焊缝采用自动埋弧焊接，不仅可以提高焊接效率，焊接质量也较为稳定。

（2）坡口及复杂角焊缝宜采用手工CO2焊接。

3.4 选用CO2焊接方式时的关重点

（1）焊接人员个正确姿势；焊枪和工件的位置关系；焊枪移动速度。

（2）对于大坡口多层多道焊接应控制层间温度避免连续焊接造成热变形。

（3）对于箱型工件应采用对称同方向焊接，可有效避免焊接变形。

（4）隔板支撑较少的角焊缝应采用多段跳焊，可有效减少焊接变形[2]。

3.5 选用自动埋弧焊焊接方式时的关重点

（1）埋弧焊接应调整好焊接电流，避免电流过大造成烧穿、电流过小熔深过小的情况发生。

（2）埋弧焊剂应与焊丝牌号匹配，使用前先对焊剂进行烘干处理[3]。

4.其他产品焊接变形控制思路

（1）对于复杂结构工件可采用单元化、模块化焊接，分散焊接变形，局部变形修整后在进行整体焊接，可以减少成型后在焊接其他部件带来的变形。

（2）优化焊接顺序，如工件较长可先进行断续焊接，在连续焊接；对称结构工件可采用多人同方向焊接；隔板镶圈类工件焊接可先对四角进行断续焊接，在进行连续焊接。

（3）利用反变形进行焊接也可有效减少焊接变形。

（4）增加辅助防变形拉条，也可降低焊接变形。

（5）控制焊接层间温度，避免连续焊接热量增大产生变形。

5.结语

在对于U型梁实施焊接时，要充分分析考虑不同部位的焊接变形原因，特别是变形方向和变形量的预估。采取上述防变形方法减少焊接变形，不仅提高生产效率减少返工返修，还能改善梁体主结构热应力状态、提高整个设备结构性能。箱梁主结构及设备主体如图5、图6所示。

图5 箱型梁主结构

图6 设备主体实物