《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》是中國三冶集團有限公司、浙江大東吳集團建設有限公司完成的建築類施工工法，完成人是那麗、張德利、曾斌、薜福國。該工法適用於大空間、大噸位、大直徑結構體系及高架橋樑工程中曲線鋼箱梁的焊接操作。施工安全性能好，製作造價較低，不受施工場地限制，在鋼結構廠房中即可。其他類似大跨度鋼箱型吊車梁可參照該工法執行。
《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》的工法特點是採用“角焊縫傾斜焊”的焊接工藝，對曲線鋼箱型梁加工過程中產生的變形進行有效地控制，使成品的曲線鋼箱型梁產品在各方面均達到設計要求。
2011年9月，《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法
- 完成單位：中國三冶集團有限公司公司、浙江大東吳集團建設有限公司
- 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
- 工法編號：GJEJGF090-2010
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要完成人：那麗、張德利、曾斌、薜福國
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
鋼箱梁又叫鋼板箱型梁，一般用在跨度較大的空間結構中。在橋樑上套用較為廣泛，這是因為其外型像一個箱子，故稱之為鋼箱型梁。如果鋼箱型梁外觀為曲線，則稱之為曲線鋼箱型梁，結構示意圖（見圖1）。曲線鋼箱型梁結構形式較其他形式複雜，技術含量高，由於焊接熱輸入是影響變形的關鍵因素，當焊接方法確定後，在加工製作過程中通過調節焊接順序和工藝參數來控制焊接的熱輸入。如果焊接方法、焊接工藝參數及在裝配時精度沒有掌握好，構件將會出現扭轉變形。半成品構件一但發生扭轉變形是很難校正的，造成較大的浪費，所以在加工製作時選擇合理的焊接順序，特別是採用“角焊縫傾角焊”的焊接工藝，將曲線箱型梁的焊接變形消除在焊接過程中，中國三冶集團有限公司、浙江大東吳集團建設有限公司在工程實踐基礎上，總結完成《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》。
圖1 曲線鋼箱形梁結構示意圖
工法特點
施工單位採用《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》的工法特點是：
採用“角焊縫傾斜焊”的焊接工藝，對曲線鋼箱型梁加工過程中產生的變形進行有效地控制，使成品的曲線鋼箱型梁產品在各方面均達到設計要求。
操作原理
適用範圍
《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》適用於大空間、大噸位、大直徑結構體系及高架橋樑工程中曲線鋼箱梁的焊接操作。施工安全性能好，製作造價較低，不受施工場地限制，在鋼結構廠房中即可。其他類似大跨度鋼箱型吊車梁可參照該工法執行。
工藝原理
施工單位採用《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》的工藝原理如下：
將兩條主角焊縫按同一加工工藝、同一焊接速度、同一傾斜角度一次焊接完成，因而產生的焊接變形可以相互抵消，可以一定程度消除焊接變型的產生。下一步工作就是要通過製作工藝改進，試驗新的“角焊縫傾斜焊”焊接工藝，將曲線鋼箱型梁的焊接變形消除在焊接過程中，從而徹底解決曲線鋼箱型梁由焊接應力而產生的焊接變形問題。
施工工藝
- 工藝流程
施工單位採用《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》的施工工藝流程如下：
工藝流程原材料檢驗→號料→下料→打磨開坡口→肋板組焊→角焊縫CO2斜角焊（U形組焊）→箱型組裝角縫CO2斜角焊（箱型焊接）→檢驗→拋丸除銹→塗裝→入庫。
- 操作要點
《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》的操作要點如下：
1.組裝方面工藝部門在預拼裝前應編寫出詳細的各部位節段構件預拼裝工藝。包括場地布置、臨時支撐台座、預拼裝順序、安裝時模擬三維坐標、檢查等方法。
2.為了保證構件的幾何尺寸，提高勞動生產效率，應在底板上劃出中心線和各內肋板的位置線，將已經加工好的內肋板拼裝在底板上，組對側板時先焊墊板，墊板邊緣與中心線平行，尺寸允許偏差±1.0毫米以內。利用千斤頂使底板與側板下部緊貼，並使用側向夾緊工裝使側板與箱體內肋板貼合，然後進行定位焊，定位焊長度30~50毫米，焊角高度3~4毫米，間距400~500毫米，手工焊接內隔板與箱體底板和兩側蓋板的連線焊縫，檢查合格後組裝箱體上翼緣板焊縫兩端設引弧板和引出板，組裝允許偏差為：截面高度在0~3.0毫米，截面寬度控制在02.0毫米，截面對角線控制在3.0毫米。
3.（如圖2），焊接順序為：同時、同向、對稱焊接兩條焊縫1、1”的1~3層，然後焊2、2”的1~3層；回過來焊1、1的4~6層，然後焊2、2”的4~6層…以此類推。
圖2 焊接順序示意圖
4.條主縱焊縫主要採用CO2氣體保護焊，焊縫為全焊透T形焊縫，坡口形式為單面V形坡口，焊接時採用雙數焊工對稱施焊，即底板處的兩條主角焊縫同時焊接，焊槍側向翼板成30°±2左右角，焊接第一遍；焊槍側向側面板，即與側面板成30°±2左右角焊接第二遍，待完全冷卻後進行校正（見圖3、圖4）。
5.輕微的變形採用冷校正或火燃加熱矯正方法。冷校正時應緩慢加力，室溫不低於5℃，冷校正的總變形量不得大於2%火燃加熱矯正就是利用火燃局部加熱時產生的壓縮性變形，使金屬在冷卻後收縮，來達到矯正變形的目的。矯正後的構件表面不得有凹痕和其他損傷，焊接過程工藝參數（見表1）。
道次 | 焊絲直徑（毫米） | 電流（安） | 電壓（伏） | 焊接速度（米/分鐘） | 氣體流量（長/分鐘） |
1 | Φ1.2 | 240~260 | 25~27 | 0.35~0.45 | 30~35 |
2 | Φ1.2 | 220~240 | 31~33 | 0.33~0.4 | 20~25 |
3 | Φ1.2 | 240~260 | 32~33 | 0.33-0.4 | 25~30 |
4 | Φ1.6 | 300~340 | 33~35 | 0.3~0.4 | 25~30 |
5 | Φ1.6 | 400~460 | 36-38 | 0.5~0.6 | 30-35 |
6 | Φ1.6 | ~240 | 24~26 | ~0.4 | 35~40 |
6.內肋板的最後一條焊縫焊接採用熔嘴電渣焊，該焊接選用細直徑焊絲，起弧時電壓稍高一些，為45~50伏，正常焊接時電壓為35~40伏配用直流電源，電流密度大（取380~460安），可提高焊接速度。
材料設備
施工單位採用《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》所用的材料及設備明細如下：
1.焊材的選用
CO2氣體保護焊的電弧及熔池處於氧化性氣氛中，使用的焊絲必須考慮加入脫氧成分並補充母材中Mn、Si的損失，因此對於碳鋼和一般低合金結構鋼必須使用H8Mn2Si，對焊絲化學成分的要求（見表2）。
型號 | 化學成分 | ||||||||
C | M | Si | S | P | Cr | Ni | Cu | 特點與用途 | |
HO8Mn2Si | 0.11 | ≤1.80/2.10 | ≤0.65/0.95 | ≤0.030 | ≤0.030 | ≤0.20 | ≤0.30 | ≤020 | 用於焊接重要的低碳鋼及部分低合金鋼 |
2.施工設備（見表3）
序號 | 設備名稱 | 型號 | 規格 | 數量（台） |
一 | 加工設備 | / | / | |
1 | 2000噸油壓機 | HP20000kN | / | 1 |
2 | 六軸相貫線切割機 | GSV1600 DHFG | / | 1 |
3 | 數控平面鑽床 | PD-16 | / | 3 |
4 | 三維數控鑽床 | SWZ-100 | / | 3 |
5 | 空氣等離子切割機 | LG<8-40 LGK8-60A | <10毫米 | 6 |
6 | 半自動切割機 | QC12-200 CG-30 XG-120 | / | 42 |
7 | 數控火焰切割機 | DNG.CNC-400B | / | 1 |
8 | 仿型切割機 | CG2-150 | / | 3 |
9 | 多頭火焰裁條機 | HWHG-4000 HWHG-6000 | / | 2 |
10 | 電動平車 | KP-50-1 | / | 2 |
11 | 夾送矯直機 | JP-25（6-25）×2500 | / | 1 |
12 | 鋼板預處理線 | QXY-30 | / | 1 |
13 | H型鋼拋丸機 | XQB08A6 | / | 1 |
14 | 翼緣、H型鋼矯直機 | JZ40 EJ30 EJ45 | / | 4 |
二 | 焊接設備 | / | / | / |
1 | 鋼管焊接機 | NEC-2500KR | / | 1 |
2 | 螺栓焊機 | RZN-2000B | / | 1 |
3 | 直流電焊機 | AX8-500 TC-1-460 | / | 214 |
4 | 交流電焊機 | BX3-500 BX-5 B-7 | / | 207 |
5 | 氬弧焊機 | / | / | 13 |
6 | 埋弧焊機 | MZ-1000 | / | 9 |
7 | CO2氣體保護焊機 | NBC-500 YM-500KR1 NB400 | 57 | |
8 | 逆變焊機 | ZX7-500 ZX7-500ST ZX7-400B | / | 44 |
9 | H型鋼組力焊機 | H-1500H | / | 1 |
10 | 門型焊機 | MZG2×1000 | / | 3 |
11 | 鼓風乾燥箱 | / | 500℃ | 12 |
12 | 電熱乾燥箱 | / | 2 | |
13 | 空壓機 | K25-3 RA-2140GH | ZV-6/8 WT-270 | 429 |
三 | 無損檢測檢驗設備 | / | / | / |
1 | X射線探傷儀 | 300BS2 TX-2505 | ≤60毫米 ≤30毫米 | 4 |
2 | 超音波探傷儀 | CTS-26 CTS-22 CTS-22A | / | 4 |
3 | 全數字超音波探傷儀 | PXUT-350 | / | 1 |
4 | y射線機 | Ⅱ-192 | / | 2 |
5 | 磁粉探傷機 | DEC-ED DEC-EN CD-F | / | 3 |
6 | X光探傷機 | 300EH-S2 300EG-S3 | / | 3 |
7 | 角焊縫探傷機 | DCE-C | / | 1 |
8 | 紫外線儀 | DVL-125/1 | / | 1 |
9 | 試驗機 | VE-600 JB-30A | / | 1 |
10 | 硬度計 | HBX-0.5 | / | 2 |
11 | 放電試漏儀 | / | 2.5萬伏 | 1 |
12 | 遠紅外烘乾爐 | ZYHC30 ZYH60 ZYH-100 | / | 10 |
四 | 測量儀器試驗設備 | / | / | |
1 | 經緯儀 | J2T2JDJ2E | / | 8 |
2 | 水準儀 | NA2Q N2A DZS3-1 DS3 | / | 6 |
3 | 自動鉛直儀 | TD4-95CDT | / | 1 |
4 | 測距儀 | DC2-J | / | 1 |
5 | 材料試驗機 | WE600 | / | 2 |
6 | 衝壓試驗機 | JB30B JB30A | / | 2 |
五 | 起重運輸施工機具 | / | / | / |
1 | 液壓式履帶起重機 | LR1280 | 280噸 | 1 |
2 | 液壓式履帶起重機 | CCH1500E | 150噸 | 1 |
3 | 液壓式履帶起重機 | QUY100 | 100噸 | 2 |
4 | 液壓式履帶起重機 | QUY50 | 50噸 | 10 |
5 | 履帶起重機 | QU25 | 25噸 | 1 |
6 | 汽車式起重機 | QY8 QY8B QY20H | / | 3 |
7 | 履帶式起重機 | W1001 | 15噸 | 1 |
8 | 塔式起重機 | / | 40噸 20噸 | 2 |
9 | 雙梁橋起重機 | QE325+32/5QE20+20等 | / | 16 |
10 | 單梁橋起重機 | LD5 | / | 1 |
11 | 門式起重機 | 32/5×30 LMD10 LMD5 | / | 8 |
12 | 半門式起重機 | BMH5×12×9 BMH5126 | / | 6 |
13 | 叉式起重機 | CPCD5AⅡ CPQ3 | / | 2 |
質量控制
施工單位採用《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》的質量控制要求如下：
1.引用標準
《低合金高強度結構鋼》GB/T 1591-1994；《優質碳素結構鋼》GB/T 699-1999；《碳素結構鋼》B/700-1998；《結構用無縫管GB/T 812-1999；《直縫焊管》GB/T 13793-1992；《鋼結構焊接外形尺寸》GB/T 7949-1995；《氣焊和電弧焊及氣體保護焊坡口的基本形式與尺寸》GB 985-1988；《塗裝前鋼材表面鏽蝕等級和防鏽等級》GB 8923-1988；《碳鋼焊條產品質量分等》JB/T 56102.1-1999；《二氧化碳氣體保護焊工藝規程》JB/T9186-1999；《碳鋼焊條》GB/T 5117-1995；《低合金鋼焊條》GB/T 5118-195；《焊接用鋼絲》GB/T 1300-1977《焊接用不鏽鋼盤條》GB 4241-84；《碳素鋼埋弧焊用焊劑》GB 5293-85；《低合金鋼焊條產品分類JB/T 56102.2-1999；《氣體電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲產品質量分等》JB/T 50076-1999；《鋼焊縫手工超音波探傷方法和探傷結果等級》GBT 11345-1989；《漆膜附著力測定方法》GB/T 1720-1991；《漆膜厚度測定》GB/T 1764-1979；《焊接質量要求、金屬材料的熔化焊》GB/T 12467.1-12467.4-1998；《建築鋼結構焊接技術規程》JGJ 81-2002；《質量管理體系要求GB/T 190001-2000；《鋼結構製作安裝施工規程》YB 9254-1995；《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB 50205-2001。
2.原材料的控制：
（1）按施工單位《原材料外購件採購管理程式》和《外協產品採購管理程式》進行物資的採購、驗收、保管等工作的檔案執行。
（2）鋼材由施工單位負責人與業主確定的供貨方洽談材料質量，驗收規定，並簽訂供貨契約。施工單位負責人按有關技術標準進行焊接材料，油漆等物資的採購。
（3）技術部門依據焊接工藝評定試驗確定焊接工藝規程，規程中對焊材、焊劑以及焊接輔助材料的型號與數量予以明確。
3.原材料檢驗的控制：原材料進廠時必須驗證隨鋼材交付的質量合格證，並根據給定的質量標準，按照國家相關檔案規定，對進廠原材料送到具有MA資質的檢驗單位依據相關標準對鋼材的性能進行二次復驗，合格方準入庫。不合格的原材料要求退回原廠。
4.油漆的質量控制：油漆必須在有效期內用完，做到先人庫者先使用，嚴禁使用變質的油漆。
5.製作過程控制：組織貫徹執行製作工藝檔案，嚴格工藝紀律，保證生產人員按標準工藝、按圖紙進行產生。保證工序處於受控狀態，產品質量滿足製造規則和圖紙要求。鋼板下料前應消除軋制應力。
6.預拼裝質量控制：由技術部門制定預拼裝工藝，經總工程師批准後下發執行，生產廠長組織員工嚴格按照工藝進行拼裝作業。
7.焊接質量控制：鋼結構車間具體負責生產現場焊接質量控制工作。要求焊工持證上崗，並接受焊接工藝檔案的技術，嚴格執行焊接工藝規程。
8.特殊過程、關鍵過程的控制：箱體4條主焊縫為全焊透T形焊縫，焊接時，選用中。2焊絲打底3遍，從第四遍開始選用1.6焊絲進行多層多道焊，每一焊道焊接完成後應及時清理焊渣及表面飛濺物，發現影響焊接質量的缺陷時，應清除後方可再焊。在連續焊接過程中層間溫度控制在100~150℃焊接過程中除蓋面層外均用風鏟敲擊焊縫，減少焊接應力，減少變形量。嚴禁焊道寬大於10毫米，每道焊縫熔敷金屬最大厚度3毫米。
（1）板塊的幾何尺寸精度控制按《鋼結構結構工程施工質量驗收規範》GB 50205的規定執行。
（2）鋼箱梁四條主焊縫的質量控制按《鋼結構結構工程施工質量驗收規範》GB 50205的規定執行。焊縫經外觀尺寸檢查合格，並經100%超音波探傷檢查，達到一級焊縫質量要求。
9.曲線鋼箱梁整體組裝精度質量控制：
（1）箱體截面（任一處）幾何尺寸允許偏差±2毫米。
（2）箱體截面翼板與側板的垂直度≤3毫米。
（3）單節構件扭曲≤3毫米。
（4）單節構件長度允許偏差±2毫米，構件總長度允許偏差±5毫米。
（5）桁架對角線偏差±5毫米。
（6）桁架高度偏差±10毫米。
（7）曲線鋼箱梁的直徑偏差±5毫米。
（8）曲線鋼箱梁的平面度（1米範圍內）偏差±6毫米。
安全措施
施工單位採用《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
組織建立安全組織機構，責任明確、制度健全、管理到位、並要求每一生產人員認真執行本崗位安全操作規程，特別作業人員必須持證上崗。
環保措施
施工單位採用《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》的環保措施如下：
1.嚴格執行國家、地區有關環保的法律、法規、和規章制度。
2.實行環保責任制、項目經理是環保第一負責人，各班組設環保負責人。
3.施工運輸車輛開出施工場地前要衝洗車輪，避免帶泥入公路。
效益分析
施工單位採用《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》的效益分析是：
由於採取了“角焊縫傾角焊”的焊接工藝，大大的減少了構件焊接時產生的變形，節省了吊車的使用、縮短了製作工期、提高了勞動生產率、減少火焰矯正時氧氣、乙炔的用量、節約能源並減少廢氣排放，保護生態平衡，對於我國建築鋼結構製作向高水平發展，無疑會產生非常積極的推動作用。
1.節約矯正用氧氣、乙炔：
氧氣：4立方米/噸×4元/立方米=16元。
乙炔：1.8立方米/噸×16元/立方米=28.8元。
2.節約矯正用起重機機械台班：
10噸行車0.8台班，800元/台班×0.8×0.25（使用係數）=160元。
3.節約人工：55元/天×2.85天=156.75元。
合計節約：28.8+160+156.75=361.55元/噸。
1根環型鋼箱梁桁架共重63.232噸，共節約22861元。
註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算
套用實例
施工單位採用《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》的套用實例如下：
1.鞍山市體育館中心加強環是由上、下兩個環型鋼箱梁與直線鋼箱梁組成的桁架體系，其結構尺寸分別為：最大外徑D1=8.35米；型心軸直徑D2=8米，桁架總高H1=1.84米；軸線高為H2=1.6米；總重為63.232噸。施工單位套用該工法進行加工製作完成了本次施工任務，其質量得到甲方和監理及質檢部門的認可和讚許。
2.營口鮁魚圈熊岳河大橋裝飾工程在曲線鋼箱梁製作的實際套用中，套用該工法工藝，在質量控制、提高勞動生產率、降低成本方面取得了很好的效果。且產品質量有了很大的提高，完全達到了預期的目的，安全、可靠、經濟、快捷地完成了曲線鋼箱梁鋼結構的製作工作，為鋼結構製作領域帶來一個新的發展，贏得了良好的社會效益。
榮譽表彰
2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《大跨度曲線鋼箱梁焊接施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。
