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分类：建筑设计论文发表 时间：2011-05-20 08:54 关注：(1)

浅谈钢管拱加工工艺控制

王书文

摘 要：钢结构以其特有的特性已经被广泛的应用于现代桥梁设计施工中，本文浅谈一下湖州日月大桥的钢结构加工工艺。

关键词：钢结构 钢管拱 钢梁 工艺 焊接 涂装 质量

钢结构特有的可塑性强、质地均匀、刚度稳定、外形美观等特点已经越来越多的应用于现代桥梁设计施工中，本文浅谈一下湖州日月大桥钢管拱的加工工艺。

一、材料的采购及检验

1、钢材

本工程设计主构件钢材为Q345B，次要件钢材Q235A，其化学成分、机械性能、几何尺寸、表面状态等符合设计要求和《桥梁用结构钢》（GB/T714—2000）。进厂钢板必须具备生产单位的出厂质量合格证明书，进厂后还必须进行钢板的化学成分及物理性能按规范抽验，不合格产品严禁使用。

2、焊材

焊材进厂时，必须有生产单位的出厂质量证明书，并按照标准进行复验。焊条复检熔敷金属的机械性能，自动焊丝复检化学成分， CO2焊丝复检熔敷金属的机械性能，不合格产品严禁使用。

3、涂装材料

涂装材料进厂时，必须有生产单位的出厂质量证明书，油漆复检粘度、固体含量和附着性能，做好复检记录，锌丝的纯度大于99.95％，不合格产品严禁使用。

二、钢管拱加工工艺

根据本桥的施工特点，对全部构件及单元段均可实现工厂化生产。钢材进厂复检合格后，对钢板进行矫正预处理，采用门式焰切机，或小车精切下料，对异型件采用数控或仿型切割下料。矫正后对钢板进行周边刨铣加工，并开焊接坡口；在滚圆机上卷制0.9～2.0米左右长的管节，采用埋弧自动焊或CO2自动焊进行施焊。经超声探伤及射线拍片合格后，再进行矫圆。0.9～2.0米管节按照施工图纸对接成分段长度，按照施工图纸的轴线要求进行弯曲，调整检测合格后，在1：1胎型上组拼三肢钢管，钢管用工艺隔板进行定位，确保截面尺寸，腹板拼装按照施工图要求分段进行，组装结束出胎施焊，再回胎矫正。用经纬仪和水准仪，精确定位吊杆位置，并组拼吊杆零件，最后按要求涂装。

1、关键工艺控制点

根据设计图和《钢管砼结构设计与施工规程》（CECS28：90）、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）及《铁路钢桥制造规范》（TB10212-98）的要求，结合以往生产经验，有以下关键项点在制造中需加以控制：

（1）、下料公差及0.9～2.0米管节矢圆度的控制。

（2）、0.9～2.0米管节纵向焊缝的质量。

（3）、管节对接焊缝质量。

（4）、拱肋的高、宽及拱肋的内弧尺寸。

（5）、拱肋吊杆位置。

（6）、斜拱肋吊杆位置及焊接。

（7）、主要角焊缝质量。

（8）、拱脚的几何尺寸和焊接变形控制。

（9）、拱肋分段接口连接件设计和安装

2、单件的制造工艺

(1)、0.9～2.0米管节卷管

根据施工图纸沿钢板的轧制方向下能够卷制作长度为0.9～2.0米管直径分别为φ500和φ400的板块，火焰切割焊接坡口并打磨（或机械加工制作坡口）；在卷管机上按施工图纸的要求卷制管节段，卷制过程中纵向接缝不允许有错台出现并随时检查卷管直径，满足要求后点焊并将管节移出进行纵向缝的焊接；焊接采用埋弧自动焊，焊接前必须加引板，要求引弧板的材质、厚度、坡口形势及参数与产品的材质、板厚、坡口形势及参数相同，引弧板的规格为100X100Xδ，并用相应的焊接材料将引弧板与工件焊接牢固。焊接引弧和熄弧在引弧板上进行，严禁在非焊接部位引弧。焊接完成后的引熄弧板不允许采用捶击方法与产品分离，要采用火焰切割，并且要预留1至3毫米的余量，割后用风动砂轮机打磨至与母材平齐。焊缝采用100%超声波探伤和10%抽验X片，合格后再次在卷管机上进行矫圆。

管节的制作由具有压力管道制作许可证的专业厂家进行卷管和接长，完成纵横向焊缝的焊接，焊接采用埋弧自动焊接方法进行。

控制检测项目如下：

a、管节件零部件主要基本尺寸偏差：

直径φ允许偏差: ±1.5mm

矢圆度允许偏差: 2.5mm

管节直线度偏差≤ 2.0mm

b、管节对接基本尺寸允许偏差:

对接径向允许偏差≤ 0.2倍板厚mm

管节对接相邻纵向焊缝间距≥ 200mm

管节接料最小长度不小于：管径

（2）、管节加工焊接技术条件

①、焊缝级别：一级焊缝

②、焊缝余高铲磨：管节外露纵缝和管节对接环缝均铲磨平；

③、一级焊缝质量等级及缺陷分级：

焊缝质量等级 一级

内部缺陷

超声波探伤 评定等级 Ⅱ

检验等级 B级

探伤比例 100%

内部缺陷

射线探伤 评定等级 Ⅱ

检验等级 AB级

探伤比例 10%

注：a、管节纵向焊缝按条数10%进行射线探伤（并不得少于一条焊缝），探伤范围为焊缝两端各250～300mm，焊缝长度大于1200mm时，中部加探250～300mm。

b、管节接长的环焊缝按条数10%进行射线探伤（并不得少于一个环缝），每条环缝检测探伤须含一个T形接头。

（3）、弯管工艺

对接成设计长度的管节由专业弯管厂家采用冷弯工艺进行弯曲。对于冷弯工艺采用专业的冷弯机，根据设计图纸对整个钢管拱肋进行分段进行弯曲，先在电脑中进行绘图模拟拱肋弯曲线形，然后在冷弯机弯曲位置进行放样，控制最后的弯曲成型弧度。弯曲过程中严格控制弯曲力在设计容许范围之内，同时控制轴线弯曲的弧度，及时的调整，而且考虑弯曲后的回缩量，确保最终的弯曲成型弧度。

轴线曲度能满足弯曲的段，根据施工排料图用管节对接成14米左右长度。管节在组装式对接坡口处加厚度3至6毫米，宽度30至40毫米的钢衬垫。焊接采用CO2气体保护半自动焊接，焊缝的检测要求和单管纵向缝一致。焊接结束后所有的环缝必须打磨与母材相平。根据施工轴线图，管段在专用冷弯胎型上进行弯曲，在弯曲时候应缓慢加力防止局部弯曲过量。所有的弯曲管段不允许在弯曲弧内侧出现折皱等影响外观的缺陷存在。

检测项目如下：

弧轴线偏离设计弧线≤8mm

检测方法：采用弯曲钢管回1：1胎型和线锥相结合的方法进行。

对于拱脚段和不能满足采用弯曲方法的管段宜采用一次对接成形的方法。根据施工胎型放样坐标在车间内制作在1：1胎型。制作胎型时在车间地面上铺16至20毫米的钢板，钢板的不平度控制在3毫米以内，钢板的不平处采用加垫的方法垫实。胎型放样采用经纬仪和钢尺，所用仪器和设备必须是经过计量单位检测并在有效使用期内。1：1地胎在拱脚段和对接段保证每根管节在接头处有一个支撑档，其余部位采用每1.5米一个支撑档；胎型大样中明确标明吊杆和接口的控制位置。对接环缝的焊接和检测与其余环缝方法一致。

3、整体拱肋的加工工艺

①、在1：1胎型上将制作成型的两个管段安放在上面，并零时固定，将采用精确下料制作成的4块工艺隔板，在拱肋两端和中间位置布置，安装时必须控制工艺隔板与拱管的垂直度。然后将第三个管段定位在工艺板上，测量断面口处的截面尺寸，符合设计图纸要求后点焊隔板与拱段。在制作与拱脚段连接的拱肋段时，必须在拱脚连接处预留50毫米的二次切头量。

②、组拼腹板时，注意预留部位和安装顺序。各段接口处腹板预留500mm不装，待工地对接完成后再装；吊杆位置的顶腹板预留1000mm不装，待工地吊杆安装完成后再装；吊杆位置的一侧腹板预留1000mm不装，待拱肋内吊杆组焊完成后再装。

③、拱肋出胎按《焊接工艺卡》施焊，探伤检验焊缝质量。

④、拱肋回胎进行矫正，用经纬仪、水准仪和地胎上吊管位置共同检控和切割吊杆孔并安装吊杆零件。

⑤、在出胎前在分段口打出三条安装定位线

拱段的具体检测项目如下：

拱肋宽允许偏差≤拱肋宽/1000mm

拱肋高允许偏差≤拱肋高/1000mm

拱肋段内弧长: 0, -10 mm

内弧偏离设计弧线≤8mm

拱肋对接缝错台≤ 0.2 倍板厚mm

管节环缝和腹板对接缝错开距离≥ 200mm

拱肋旁弯≤ 拱肋长度/5000mm

吊杆位置横向允许偏差≤2.5mm

吊杆位置纵向允许偏差≤5mm

4、整体试装

①、各段拱肋回胎进行连接试装。

②、连接试装经检验、矫正、合格后安装工地拼装码板。每孔每片拱肋各段之间全部连续试装，以控制架设质量。

③、厂内各段之间试装采用无间隙试装，余量留做工地拼焊时的

焊接收缩量和二次切头量。

5、涂装

①、试装合格的单元拱肋在厂内涂装。

②、采用喷丸除锈，拱肋外表面除锈等级Sa2.5，拱肋外表面粗糙度等级RZ12.5μm～RZ25μm。

③、除锈6小时内进行涂装并对单元段管口封闭。

④、涂装按设计要求及《涂装工艺卡》进行。

⑤、油漆施工时的环境温度在10～38度之间，钢板的温度不得高于50度；

⑥、喷涂前检查每道油漆和稀释剂的名称、型号、批号、混合比、配比、方法、混合使用时间及重涂时间；双组份或多组份油漆混合一定要按油漆桶上标明的比例进行配比；双组份油漆混合前先将基料搅拌均匀，然后将固化剂加入，再根据油漆使用说明上的配比加入稀释剂，采用风动搅拌机或其他方式搅拌直到颜色一致，底部无沉淀为止。

⑦、钢拱肋工地对接处50毫米范围内在工厂不进行涂装，待工地安装焊接结束后再进行补涂。

⑧、钢管的内部涂装在卷制成管节时进行，除锈采用手工方法，腹板和箱型梁的隔板和腹板在下料后除锈；内部涂装时钢管拱和拱腹板及隔板涂装底漆一道，箱型梁涂底漆两道。焊接部位在焊前预留50毫米不涂装，待焊接结束后再进行补涂装。

6、整体焊接

①、焊工

凡是从事本桥焊接工作的电焊工必须通过相应的焊工资格考试并持证上岗。

②、焊接材料的管理

焊接材料经过焊接工艺评定认可后方可允许在产品上使用，进厂后按不同牌号、规格、生产厂家标准进行检验，合格后才允许使用。

焊接材料的烘焙按照厂家所提供的烘焙参数进行，并且要对烘焙参数、日期、环境（环境温度、相对温度）等进行记录。

埋弧自动焊焊丝、CO2气体保护焊实芯焊丝不能提前打开包装，并且每次未用完的焊丝应及时进行防潮保护，未用完的焊材退回焊条库，按规定进行二次烘焙后才能发放使用。

③、焊接设备及器具

焊接设备和器具完好率达到100%。

④、焊接工艺评定：

焊接工艺评定的执行标准、项目、内容、实验方法根据设计图和技术规范要求来确定。焊接工艺所用设备、仪表的性能与实际工程施工焊接一致并处于正常工作状态，焊接工艺所用的钢材、焊接材料与实际工程所用的钢材、焊接材料一致并符合相应标准的要求，同时具有生产单位的质量证明文件。焊接试验的检测项目和数量执行《铁路钢桥制造规范》（TB10212-98）的要求，试验方法按《焊接接头机械性能试验方法》（ＧB2649～2654规定）执行。

⑤、焊前的工艺准备

Ⅰ、进行焊接工艺评定，下发施工的有效工艺文件，对焊工进行焊接工艺技术交底。焊接材料要按规定烘焙和发放和回收。

Ⅱ、焊接前坡口及坡口两侧的铁锈、油污、氧化物等要清理干净。按照焊接工艺的要求进行焊接工艺参数、焊接设备及仪器的调试。焊接引板的准备。

Ⅲ、焊工一定要按照相应的焊接工艺规程中所要求的工艺参数进行施焊，多层多道焊接时，焊接接头要错开，清理干净上层、上道的药皮、飞溅后才能施焊下层、下道；施焊过程中，发现重大的焊接质量事故时，应立即停止施焊，并报焊接工程师，待找出问题原因，并及时提出相应的措施后方可继续焊接。

Ⅳ、若要求焊前预热时，必须按工艺的要求进行预热后才允许焊接，预热的范围不得小于100毫米。

Ⅴ、焊缝的正反面视为焊缝的同一部位，同一部位的返修次数不宜超过两次，当两次返还不合格的焊缝报废处理。

三、钢管拱加工焊接技术条件

钢结构加工焊接是整体质量控制的重点，焊接质量控制对于钢结构加工尤其重要。

1、焊缝级别：

一级焊缝:工厂内制作的拱肋钢管纵、横向对节焊缝；

二级焊缝：工厂内制作的拱肋钢板与拱肋钢管连接的坡口角焊缝；腹板横向对接焊缝；施工现场制作的拱肋钢管横向对接焊缝（有衬管的单面坡口焊，全熔透）；风撑与拱肋连接的角焊缝和风撑腹板的四周角焊缝（单面坡口熔透焊）；拱脚预埋钢板与拱肋连接的角焊缝（单面坡口熔透焊）；

斜拱脚拱肋与钢纵横梁之间的角焊缝（单面坡口熔透焊）。

三级焊缝：拱肋加劲钢板的角焊缝（双面焊）；直拱脚加劲钢板与拱脚预埋钢板的角焊缝（双面焊），斜拱脚加劲钢板（双面焊）。

2、焊缝余高铲磨：

管节外露纵缝和管节对接环缝均铲磨平；腹板横向对接焊缝铲磨平。

3、焊缝外观质量标准：（mm）

项目 质 量 要 求

气孔 横向焊缝 不 容 许

纵向焊缝、主要角焊缝 直径小于1.0 每米不多于3个，间距不小于20

其他焊缝 直径小于1.5

咬边

受拉杆件横向对接焊缝及竖加劲肋角焊缝 不容许

受压杆件横向对接焊缝及竖加劲肋角焊缝 ≤0.3

纵向对接及主要角焊缝 ≤0.5

其他焊缝 ≤1.0

焊角

尺寸 主要角焊缝 K+2.00

其他焊缝 K+2.0-1.0

焊波 角焊缝 任意25mm范围内高低差≤2.0

余高 对接焊缝 焊缝宽b＜12时，≤3.0

12＜b≤25时，

≤4.0

b＞25时，≤4b/25

余高铲磨后 表面 横向对接焊缝 不高于母材0.5

不低于母材0.3

粗糙度Ra50

4、 一、二级焊缝质量等级及缺陷分级：

焊缝质量等级 一级 二级

内部缺陷

超声波探伤 评定等级 Ⅱ Ⅲ

检验等级 B级 B级

探伤比例 100% 100%

内部缺陷

射线探伤 评定等级 Ⅱ

检验等级 AB级

探伤比例 10%

四、结束语

通过本桥的钢管拱加工质量控制体会，希望对其它同类型钢结构施工有所帮助。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通部.公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）

[2]《钢结构工程施工及验收规范》　（GB50205－2001）　　　　　　　　

[3]《建筑钢结构焊接技术规程》　（JGJ81－2002）

[4]《钢管混凝土结构设计与施工规程》（ECS28：90）

[5]《铁路钢桥制造规范》　（TB10212－98）

[6]《碳素钢埋弧焊剂用焊剂产品质量分等》

（JB/T56097－1999）

[7]《气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝》

（GB/T8110－1999）

[8]《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》　（GB985－88）

[9]《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923－88）

[10]《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分极》

（GB3323－87）

[11]《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》（GB345－89）

[12]《桥梁用结构钢》（GB/T714—2000）

[13]《低合金高强度结构钢》〔GB/T1591—94〕

[14]《普通碳素钢技术条件》〔GB700—88〕