摘要：斜拉桥是一种由钢结构和混凝土结构组成的复杂建筑结构。钢结构是斜拉桥的主要承重构件。焊接工艺是钢结构加工的关键环节，焊接工艺的改进是保证斜拉桥钢结构焊接质量和效率的重要手段。因此，改进斜拉桥钢结构焊接工艺具有重要意义。

关键词：钢索塔；斜拉桥；主桥钢结构；焊接工艺

一、钢索塔斜拉桥主桥钢结构焊接工艺设计

1.焊前准备

主桥钢结构吊装采用塔吊进行吊装。钢结构安装误差必须满足以下要求：主体结构中心线偏位≤5mm，顶面高程±2n、且不超过±10mm，高强螺栓扭矩±10%。节段高度±1mm，节段断面尺寸对角线差≤3mm、边长±2mm，节段上下两端平行度≤0.8mm，节段端面平面度≤0.2mm，锚面角度≤0.5°，锚点坐标±2mm。

测量坡口间隙、形状、角度、钝边，检查衬板与钢结构焊接情况，保护易燃易爆材料，选择与钢结构焊接要求相匹配的焊接机具，准确切割钢板，使剪切面无分层、夹渣、裂纹等缺陷。这是完成主桥钢结构焊接前的准备工作。

2.钢索塔斜拉桥主桥钢结构焊接

主桥钢结构和钢箱梁采用CO2气体焊接。主焊接材料应选用与斜拉桥主桥相同强度的CO2气体保护焊丝和钢结构焊接材料。焊条应抛光至直径为焊缝宽度的1.5倍，弧板和灭弧板厚度应大于9mm，宽度和长度应大于50mm。弧焊板的质量应与待焊基材的质量一致，CO2气体储存在通风良好且干燥的地方，气体纯度要大于99.8%。当钢结构温度低于0℃时需要对母材进行预热，使其温度保持在22℃。对钢结构进行预热，预热范围为焊缝中心两侧各大于100mm宽的地方，且T型接头的预热范围也要大于3倍板厚值。在焊接坡口100mm处通过表面温度计测试，在预热完成后，对钢结构进行定位焊。若定位焊缝有裂缝或气孔，清除后重焊。设置焊点厚度为焊缝厚度的2/3，间距控制在500～600mm，焊角长度控制在30～100mm，焊条直径不能大于焊缝尺寸的1/2。定位焊完毕后，使焊条和焊丝沿焊缝方向移动，并使其横向摆动，以获得焊条直径1.5倍宽的焊缝。焊材规格为外径φ1.2mm。

焊接钢结构时，在焊缝末端80mm处，自动焊弧启动，淬火，局部需要自动焊钢结构，然后在焊缝末端25mm处弧启动，淬火。钢结构为箱形时，先焊接相邻两层，再焊接相应焊缝；钢结构为H型时，让对称位置的两名焊工等速对翼缘板进行焊接，当焊板焊道完成2/3后，对另一侧根部进行气刨清根，再对翼缘板的腹板进行焊接;钢结构为梁－柱的工字结构时，固定预穿临时螺栓，同样使用翼缘板，先焊下翼板然后焊上翼板，当焊缝冷却至常温时再对钢梁的另一端进行焊接。针对整个钢结构采用左焊法，使焊条或焊丝偏向左侧，并与水平方向呈60°左右，焊件的每层焊缝厚度控制在4～5mm，层间接头错开30mm以上。及时清理焊道表面，用电加热器加热焊缝层间，通过专用测温仪器测量，保持其温度在130～150℃。

二、实验论证分析

1.实验准备

对该钢进行了焊接性能试验。主桥钢板材料为Q345B，钢筋为HRB400。对Q345B钢的力学性能进行了验证，Q345B钢的屈服强度为524 -583MPa，纵向屈服强度较小。伸长率为21.5% -26.0%，横向伸长率小于纵向伸长率。抗拉强度为661 -729MPa，纵向抗拉强度小于横向抗拉强度。产率为0.72 -0.80。对Q345B钢进行冲击检验，结果表明，在规定的实验温度范围内，钢材冲击功在110J以上，可知Q345B钢具有良好的低温冲击韧性，能够作为钢索塔斜拉桥主桥的焊接母材。钢板厚度为25mm，使用SJ101q焊剂，分别采用上述三种焊接工艺焊接钢板，焊后室温冷却40h，得到实验试件。

2.疲劳裂纹扩展速率实验

测试钢结构焊接试件的抗疲劳断裂性能。使用0.2mm钼丝在试件的中间位置切割1.5mm深的缺口，实验装备采用低温环境箱，在箱体上、下壁留有可以使内窥镜镜头伸入的小孔。环境箱的均热带长度为100mm，工作温度为－75～300℃，温度波动＜2℃，温度梯度＜5℃。将氮气喷入环境箱，形成低温环境，在箱内装有热电偶，实时采集温度并传送到控制面板，通过控制面板输入温度控制指令。将内窥镜镜头伸入环境箱内并由光导纤维固定，观察焊接试件的裂纹。同时把镜头接在摄像机上拍摄焊接试件的裂纹图像。将试件的线切割长度和预制疲劳裂纹之和控制在0.45～0.70倍试件宽度之内。在焊接试件上采用等幅加载，其载荷的加载方式为正弦波形式，加载频率为0.3Hz，下限应力比固定为0.15，平均荷载为26.8kN，荷载幅值为24.35kN。记录疲劳荷载的平均值，将其作为荷载循环加载的起点，不断作用于焊接试件，当裂纹扩展到达设定长度时，记录整个疲劳过程试件裂纹的扩展频率、载荷大小、次数、加载时间等。

结束语

本文设计的焊接工艺可以降低被焊件的疲劳裂纹扩展速率，保证被焊件的抗疲劳性能，提高被焊件的硬度值和屈服强度，使其力学性能达到标准要求，桥梁钢结构的可焊性优于两种传统焊接工艺。但是，本研究还存在一些不足之处，主要针对斜拉桥主桥缆塔使用的常用钢材进行研究。在未来的研究中，将进一步研究其他复杂类型的钢，以提高焊接工艺的通用性。

参考文献

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