丫髻沙大桥钢管拱肋的焊接

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丫髻沙大桥位于中国广东省广州市，是广州环城高速公路上跨越珠江的一座特大型桥梁。该桥主桥为中承式钢管混凝土拱桥，其结构造型美观、受力合理，具有较强的跨越能力和抗震性能。在整座桥梁的建设过程中，钢管拱肋的焊接是一项关键技术环节。

钢管拱肋作为桥梁的主要承重构件，其焊接质量直接影响到桥梁的整体强度与安全性。焊接工作通常在高空进行，施工环境复杂，对焊工技术水平和焊接工艺要求极高。为了确保焊接质量，工程中采用了先进的焊接技术和严格的施工管理措施，包括预热、层温控制、焊后保温等工艺，并对焊缝进行超声波、射线等无损检测，确保焊缝密实、无缺陷。

整个焊接过程充分体现了现代桥梁建设中对技术精度和施工安全的高度要求，也为类似大跨度钢管混凝土拱桥的建设提供了宝贵经验。

建造所采用的标准为TB10212一98《铁路钢桥制 造及验收规范》和设计院所制定的《丫警沙大桥钢结构 技术规定》·按技术要求规定：主、边拱弦管纵环向焊缝

及熔透角焊缝焊后要进行100%的超声波探伤，另外 对接焊缝还要进行10%的射线探伤复检

3建造方案及焊接方法的选用

根据建造的技术要求、结构的本身特点及焊接质 量要求，结合本单位的生产能力、人员素质、工装设备 及运输条件等情况，确定了单元筒节、长筒节、腹杆、横 撑、片体、节段、工地半拱、工地焊等分开制作。筒节按 排板图组段，主拱筒节组段时相邻筒节的纵缝错开 170m，结构划线时筒节纵缝方位按技术要求的筒节 纵向焊缝应设在平联板内且要求纵向焊缝与平联板间 的角焊缝相距在150mm以上为原则进行控制。并结 合多年来的造船、造压力容器及大型钢结构的制作经 验，采取了预留焊接收缩量以控制精度、减少二次切割 提高生产效率并首次采用了焊接自由收缩原理进行施 焊的先进工艺方法

按已确定的建造方案，本着高质高效、减少焊接变 形、减轻劳动强度及安全生产的原则.对该工程焊接的 每一部位所采用的悍接方法作了仔细认真的考虑。对 直径在1000mm以上的钢管纵、环向对接、内外侧焊 缝全部采用埋弧自动焊进行施焊。直径在1000mm 以下的钢管纵、环向对接焊缝的内侧焊缝，因内部空间 较小.无法再采用埋弧自动焊施焊，而CO气体保护 半自动焊也因空间过小会导致送丝不顺畅，在内则施 焊会因气温高、通风不良而造成施焊环境恶劣，因此、 针对本工程钢管多且直径小的特点，在确定钢管纵、环 向对接焊缝的焊接方法时，首次选用CO：气体保护实 芯焊丝半自动焊（贴陶瓷衬垫）单面焊双面成型进行打 底焊十采用埋弧自动焊，这样可将内侧的工作转到外 面来做，焊工仅要到简内贴衬垫，改善焊接工作环境后 对提高产品质量和生产效率是十分有利的。另外.因工 程进度较紧和我公司设备的生产能力，主拱拱助钢管 单元筒节委托给了广州珠江钢管厂制作，该厂采用的 焊接设备是双丝埋弧自动焊专用设备。经实践，生产效 率和焊接质量均很高。由于CO2气体保护药芯焊丝半 自动焊操作灵活、生产效率高、工艺性能好、焊接线能 量小，对控制焊接变形极为有利，所以对本工程其它 零、部件的焊接能选用了CO2气体保护药芯焊丝半自 动焊的则至部选用，不适用以上焊接方法时才考虑选 用手工电弧焊

焊接材料选用及坡口参数的确定

3001年6月第21卷第6

理弧焊从节省焊接材料、提高生产效率、减少悍接收 和焊接变形及缩短生产周期等都有明显的效果。

图3接缝坡口示意图单位：mm

精度控制和焊接变形的减少，不但要采用合理的 建造方案、选用先进的焊接方法、确定理想的坡口和焊 接工艺参数；而且要采用精度很高的数探切割机进行 切割（主拱腹杆相贯线及接缝坡口的切割是选用了德 国生产的五轴数控切割机），以确保零件下料尺寸的精 度，还要特别注意到因焊接引起的收缩和施焊所采用 的顺序对焊接变形的影响。 （1）主、边拱拱肋钢管的精度控制 主拱拱肋钢管是由直管经火工空冷后达到设计上 所规定的拱肋线型.加上腹杆与钢管拱肋的焊接是沿 简体周向的分布存在着不对称的情况·这给钢管制作 焊接变形的控制带来了很大不便.同时目前国内尚无 钢管拱肋桥梁的制作的成熟规范·因此对钢管制作有 关公差采取了结合产品实际情况将标准GB50205一 95与CECS28：90结合起来综合选取的方法，有很多 公差指标借用了工字钢柱的参数。考虑到节段的工地 安装顺利进行，对钢管端口的椭圆度要求按技术规定 执行，而钢管中间的椭圆度的公差为≤d/200且≤8 mm.经过与有关方面协商并得到认可，这给钢管拱助 制作带来了很大方便。经工地安装的验证，钢管拱助分 段安装顺利，安装质量控制有效，这也进一步说明采用 指标的合理性。 (2)焊接收缩余量的设置 为减少二次切割、节省钢材、提高钢材的利用率， 借鉴了多年来制造船舶、压力容器、大型桥梁钢结构的 精度管理经验，对焊接收缩较大的接缝预留收缩余量， 但因为该工程的结构相当复杂，有管与管相焊、管与板 相焊：有薄板与薄板相焊、薄板与厚板相焊等，这给焊 接收缩量的预留带来了一定的麻烦。实践证明：由于在 该工程建造过程中采用了许多新工艺和新技术，且焊 接收缩量又与建造方案、焊接方法、接缝坡口参数、焊

接线能量、焊接拘束力、焊接程序等密切相关，接缝预 留收缩余量也因此而不断发生变化，经过建造过程中 的不断估算、试验摸索、统计分析和修正。

分析该工程钢管拱肋、钢管横撑及吊装过程中的 要点及根据多年来制作钢结构的经验，将工程制作过 程中控制变形的几个关键点总结如下。 (1）直管火工煨弯变形控制 按技术要求规定，主拱拱肋钢管煨弯的温度控制 在900～950℃之间，不得用水冷却只能在空气中冷 却。按照此条款，在开工之前进行了火工工艺评定和试 生产试验。由于工程质量要求高、公司生产场地十分紧 迫，火工工作量大，进度紧，为减少工人的劳动强度，提 高生产效率和产品质量，对16Mng钢火工弯管的工 艺进行探讨。经过实践证明，火工工艺评定的探讨及施 工工艺规程的改进，对保证产品质量和提高生产效率 起着相当重要的作用。 (2）焊接变形的控制措施 焊接变形的控制除了要选用焊接线能量较小的焊 接方法外，在制定焊接工艺时主要考虑了焊接顺序、焊 接工装胎具。总体原则是要求同时同规范对称由要件 的中间向工件四周及打底焊、填充焊及盖面焊要交错 进行。因片体焊接完成后，还要进行主、边拱节段的组 装焊接，节段与节段间中合龙及工地现场的大合龙。火 工弯管的质量会影响片体组装，片体的质量会影响节 段的组装，节段的质量又会影响中合龙的组装最终会 影响至工地现场的大合龙是否能顺利进行，所以对每 道工序的质量（变形）都要严格控制。 ①拱肋片体施焊顺序 片体组装定位后的施焊顺序（见图4所示）明确的 规定（当焊脚较大需要多道焊时，要先将打底焊按片体 施焊顺序示意图所示的顺序全部焊好后，再按片体施 焊顺序示意图所示的焊接顺序焊填充层或盖面层）。要 求派双数焊工（至少2名）.由片体中间向两端同时对 称施焊（注；主、边拱横撑，立柱横撑片体的焊接同上)。

图4片体施焊顶序示意图

拱助钢管节段的焊接顺户

餐沙大桥钢管拱助的焊接——精象荣等

钢管拱肋片体按预先确定的长度划分制作完毕 后，上胎架划安装定位线组装直、斜缀杆，平联板、中片 体等零部件。考虑到该工程的精度要求十分严格，所以 一定要等到三个片体、平联板及直、斜缀杆等零部件全 部安装牢固定位后才可开始焊接，以防焊接收缩或焊 接变形导致安装基准发生改变，再次安装结构时尺寸 会出现偏差。详细的焊接顺序如下： a)先将所有的定位焊全部焊好后才允许施焊打底 焊，所有打底焊焊好后才可施焊填施焊填充层，最后施 焊盖面焊。同样要求派双数焊工由节段中间向节段两 端同时对称施焊。 b)要求施焊构件的顺序为直缀杆一斜缀杆 一内平联板一一外平联板。要求先焊平联板的立对 接焊缝（施焊方向为立向上）.再焊平联板与主拱弦管 间的角焊缝。 ③拱肋钢管半拱成型的焊接顺序 总体顺序为：主拱半拱成型的分段对接接头焊接 （由桥端向桥中方向进行，如分段间有横撑则先焊靠桥 端的分段对接接头再焊横撑与主拱的组装接头最后焊 靠桥中的分段对接接头沼气工程施工组织设计，如图5示）→中间合龙段大接 头焊接一主拱拱脚嵌补件焊接：要求在连续三个节段 拼装定位好后才允许施焊最靠桥端那个接头的焊接： 主拱半拱成型的焊接包括：弦管焊接、平联板焊接、腹 杆焊接、横撑与主拱组装焊接；总体施焊顺序为：弦管 焊接→平联板焊接→腹杆焊接。

注：1、2、4为半拱成型的分段对接接头；3为横撑与主拱组装焊接接 头；焊接顺序按1、2.3、4的顺序进行。

5半拱成型的焊接顺序示图

Y馨沙大桥钢结构是目前我国乃至业洲及世界钢 管拱桥梁中跨度最大、技术难度较高的桥梁钢结构之 。在本钢结构工程建造中，采取了合理的建造方案及 先进的焊接工艺方法、确定了较合理的坡口参数、采用 了有效的精度管理及制定了合理的变形控制措施，使 产品质量得到了保证，生产效率大大提高。由于这种钢 管拱结构型式的桥梁比较普遍采用，本工程成功的焊 接经验将为今后同类桥梁的建造提供借鉴作用。