正交异性钢桥面板U肋内焊技术介绍

正交异性钢桥面板U肋内焊技术是武汉锂鑫自动化科技有限公司的专利技术。公司目前己经研制出的产品设备包括世界范围内第一台桥梁钢构U肋内焊机器人，己建成武船双柳和宝桥扬州两条U肋内焊生产线，主要提供先进焊接技术、成品U肋板单元供货等服务，公司U肋内焊技术己成功应用于武汉沌口长江大桥、广东清云高速西江特大桥、深中通道、瓯江北江口大桥、黄茅海跨海通道、湖北嘉鱼长江大桥、湖南洞庭湖胜天大桥、武汉青山长江大桥等大型桥梁工程采用。

采用U肋内焊技术，将U肋与桥面板之间的连接焊缝由单侧角焊缝改变为双侧角焊缝形式，可大幅降低焊根处及桥面板焊趾处的拉应力值，从而避免从焊缝焊根处萌生的疲劳裂纹问题，同时可大幅提高桥面板焊趾处抗疲劳性能。

U肋内焊

1 U肋内焊工艺

1.1 U肋内焊工序

正交异性钢桥面板U肋焊接采用内焊技术，需改变传统的U肋板单元制造工艺流程，增加一道U肋内焊工序，经综合对比分析，采取先内焊后外焊的方式，有利于焊接质量控制及生产效率的保证。基于内焊技术的U肋板单元制造关键工序见图1。

1.2 基于内焊的U肋角焊缝焊接工艺

目前，对于正交异性钢桥面板U肋单侧角焊缝，国际上通常的设计熔深要求为U肋板厚的75%或80%；而从U肋角焊缝的受力行为分析，结合疲劳性能试验结果，采用U肋内焊技术，U肋双侧角焊缝的设计熔深要求为U肋板厚的80%应是充分的，推荐的焊接工艺见表1。

U肋板厚

坡口尺寸

焊接材料及规格

内焊焊接参数

焊接道次

8mm

单侧坡口，钝边1.5mm，坡口角度55°

U肋组装间隙≤0.5mm（局部≤1.0mm）

内焊采用实心焊丝（无镀铜、桶装），直径Φ1.2mm，

外焊采用金属粉芯药芯焊丝，直径Φ1.4mm，

保护气采用三元混合气（Ar+CO2+O2）

电流270-290A，

电压30-32V，

焊速360-390mm/min，

先内焊后外焊

内焊单道，外焊打底、盖面两道

（外侧定位焊采用实心焊丝气保焊）

10mm

单侧坡口，钝边2.0mm，坡口角度55°

U肋组装间隙≤0.5mm（局部≤1.0mm）

表1 熔深要求80%U肋板厚的焊接工艺

采用U肋内焊设备进行U肋内侧角焊缝的焊接，在熔深要求80%U肋板厚的焊接工艺条件下，焊接试件焊缝外观成形良好，对U肋角焊缝随机取样进行宏观断面分析，结果显示实际焊缝熔深为U肋板厚的85%以上，代表性的宏观断面见图2，U肋角焊缝无裂纹、咬边等缺陷。内焊焊缝外观见图3。

图3 U肋内焊焊缝外观

值得说明的是，U肋内焊工艺的实施，在U肋内侧先焊接一道角焊缝后，将给U肋外侧焊缝焊接工艺的优化提供更大的空间，后续拟将在U肋外侧焊缝采用埋弧焊工艺，可进一步改善劳动条件，提高生产效率。

2 U肋内焊焊缝检测

2.1 内焊焊缝外观检测

采用高清在线视频监控系统进行焊缝外观检测，可以清晰观察到置于焊缝表面的像质计，像质计直径0.1mm（国家标准中最细），既可观察整个焊接过程，还可以满足焊后焊缝表面外观质量的观察和检验。采用大容量存储硬盘，可随时调阅和追溯焊接图像。利用射线探伤像质计比拟焊缝表面裂纹，进行视频图像识别，见图4；通过屏幕标尺可监测内焊焊缝尺寸，见图5。

2.2 内焊缝磁粉探伤机器人

检测配套的内焊缝磁粉探伤机器人可以对U肋内焊缝任意位置裂纹进行磁粉探伤检测，并通过内置的位移传感器，定位缺陷位置，从而可配合修磨机器人对缺陷进行精确修磨补焊。同时可实时记录工业视频、缺陷位置及板单元编号存储备档。

2.3 超声相控阵检测

采用U肋内焊技术，U肋角焊缝由单侧变为双侧，需对U肋双侧角焊缝内部未熔透高度进行无损检测，采用GE超声相控阵设备，型号PHOSOR XS，探头在U肋外侧腹板检测，采用缺陷信号图像端点读值法。相对于U肋单侧角焊缝熔深只需读取缺陷信号图像一个端点的深度值，对于U肋双侧角焊缝，可读取缺陷信号图像两个端点的深度值，取其差值即为U肋双侧角焊缝的未熔透高度值，图6为GE超声相控阵设备，图7为U肋双侧角焊缝超声相控阵检测未熔透高度的读值方法示意。结合具体焊接工艺，此种检测方法也可对U肋双侧角焊缝的内部缺陷（包括裂纹）进行有效检测。