新兴产业 断裂控制钢结构制造工艺 钢结构制作工艺

李莉 陈正 王铭浩 工程概况 新西兰铁路 007 项目 273 桥为以直代 曲的单线简支板梁桥，全桥共 4 跨，中心 跨度 24m。桥梁采用栓焊结合连接方式， 主要部件包含主梁、横梁、道砟面板、边 板、抗震托架、其他附属件。该项目为美 标断裂控制 (FCM) 桥梁项目，主要杆件为 FCM，约占全桥 85%，焊接质量要求极高。 断裂控制杆件的特殊要求 FCM 是指断裂控制的关键部件，如果 不能控制好这部分部件的质量就会导致整 个桥梁的坍塌，《AWS D1.5 美国桥梁焊 接规范》中第 12 章有详细规定。 在原材料方面，具有断裂控制件（FCM） 要求的板材必须符合规范中相应的规定， 详细制定钢板订货技术条件，要求质保书 格式等。焊材除了常规要求外，其合格证 应该列出扩散氢的数值或者药皮的水分含 量。 在制造厂的施工详图中，每个断裂控 制件（FCM）处对应的焊缝必须标注出 FC 标记及 WPS 编号用以区分焊缝类型。材料 表中也应将对应的板件材质注明成 FCM。 在焊接管理方面，断裂控制杆件焊接 时对焊条、焊剂的使用及回收要求极为严 格（在制造过程中为有效保证 273 桥工期， 其杆件焊接时每次均使用新焊剂）。断 裂控制项目需编制专项焊接工艺及返修焊 工艺规程。除非工程师另有要求，用作装 配的定位焊必须在焊缝接头内部，严禁在 母材非焊接部位引弧，不得在断裂控制件 （FCM）上焊接临时构造。 在零件加工方面，具有断裂控制要求 的钢材严禁冷弯，严禁冷矫正，严禁过热 矫正。冷弯、冷矫易产生微裂纹及表面硬化； 而过热会导致钢板的强度、韧性、延展性 的丢失，具有断裂控制要求的钢材的热矫 正温度≤ 650℃。 综上所述，在断裂控制要求的钢结构 制造中必须采用相应的原材及焊接工艺， 并在制造过程中尽量减少原材的物理化学 性能改变。 方案规划 根据断裂控制杆件的特殊要求，工艺 方案制定的核心理念即在制造过程中避免 采用使材料发生应力集中及物理化学性能 改变的制造措施。 273 桥为栓焊结合板梁桥，U 形横梁与 主梁之间、道砟板单元之间、边板之间通 过高强螺栓连接，U 形横梁及角连接件与 道砟板之间焊接。 主梁采用上盖板及腹板后出孔及对称 组焊工艺，减少半成品尺寸精度偏差及焊 本文根据新西兰铁路 007 项目 273 桥制造经验，介绍美标断裂控制（FCM）的制造要求下，如何通过合理的工艺措施 实现钢结构产品的质量目标。本文可供美标断裂控制的钢结构项目参考。 接变形，以便控制热矫正工作量。U 型横 梁上盖板采用热物理顶压工艺，腹板数控 等离子切割，左右端板数控钻孔，组焊成 U 形横梁。角连接件焊接成型后卡样钻孔、 铣长圆孔。 工艺方案分析 针对断裂控制的特殊要求，对 273 桥 的主梁、横梁、道砟面板单元等 FCM 杆件 逐一分析，给出每种杆件形式下较为合理 具体的制造方案，实现质量目标。 主梁。主梁的制造精度对保证全桥几 何尺寸、线形、连接关系起至关重要的作 用。主梁由上下盖板、腹板、加劲肋组成， 腹板有 20 排螺栓孔群。 主梁影响焊接变形控制的主要因素如 下： a. 火焰切割变形。钢板不对称受热易 产生旁弯等变形。 b. 主梁为断裂控制杆件，焊前预热温 度高，但工件较大，电加热器使用受限， 焊前采用火焰预热。 c. 主角焊缝采用埋弧自动焊接，其熔深 较大且焊缝较长（24m 左右），焊缝纵向