I焊接与切割 军山长江大桥钢桥面板裂缝探测 及处治工艺研究 ■钟昕,王杰 扫码了解更多 摘要:疲劳裂缝是钢箱梁桥运行过程中一个突出的问题,尤其是桥面板裂缝对桥梁的安全运行有很大影响、我国在20世纪末 开姥大规模建造钢箱梁桥,到现在很多桥梁已经运行了十多年 疲劳裂缝呈现多发状志,如何对其进行修复成为当前1H桥改 造迫切需要解决的问题。军山长江大桥是国l土j首次大规模维修的钢箱梁侨、在桥面板裂缝的维修方面进行了织极的尝试,对 今后的同类项目具有重要的参考价值.= 关键词:钢箱梁;疲劳裂缝;焊接;桥面板;裂缝修复 1.概述 武汉 …长 人桥i:桥钢筘 足… 板(行 i道舨)、呔 舨、边纵脱板、 f一纵腿板、横 舨、 输^乏J 嘴 成· .输5事 预”会 剑l500条以l ,情 绎 严 。为此洲北 京珠如 脚裂 u彤JlJJ(UMj 4) 儿 种,女¨ l所爪。 述公路 : 处组织伏施f2o J 7年 …人桥0项养护I ,将桥… 装打JI:,对 缝进行捡fll!lJ币lI 处治。 i 桥行 1人】进行柃 1发 小= 外 利, j桥 板仃 的 裂缝。 ·利 是起源J:椭 板㈨ 』JI l桥 板『fI 缝端 :.J=lI 壁 构。钏箱 3m,桥 总宽38.8m, 苋 比为1 2.LJ3,乃 tz流线 锎辅。钢辅梁结丰勾 杲『1]Q345C ̄1xl, 嘴采川Q235B 2.裂缝类型 坡劳裂缝 的机纠 l JIj_;『J, …桥m 板的裂缝(M焚, J 横『 I 2); j· I 址止 发腱 fI!=,结介 他锎箱 桥 裂缝榆洲 ,挢 板裂缝{: 板、u肜llJJ 桥 板交义 f 过 焊扎 缝湍 的裂缝(H类, , 向桥 搬 钠。锏箱 制j告分A~Mj I3利·类 , ,87个 段,粟段山量人 承约 耍起源J u J 肋 j桥 板角焊缝 的t 十 币1l女‘ 0却的音I5f , 向桥I 3)。 2 l00kN。 忻, 。 构什钢板 度如表l 板和1U彤JJ』J。裂缝类 仃:起 丁『f】焊缝t 根裂 1),起源 …人桥l998 q--I 2门呔J1- I:,200 I Ii I 2门l 5 lI建成迎 舨(UM J 饭f9l1l 趾裂 1 , 令 运营r l6 z,tc。2007 板(UM J 2)、起源J m焊缝焊 丌始,钢辅梁I凡J发观疲劳裂 缝,Jf 进行J 焊接处治,20l5 缝数 剑达5688条,许I1. 根裂 u J 肋 桥 板角焊缝 (UMJ 3)干¨起源J:u肜肋侧 图1 UMIl类裂缝 表l钢箱梁构件钢板厚度 钢辅粱卡句什 面板(行1i逍板) 风嘴 U肋 横隔板 纵腹板 lIJ收板 锚输 钢板 度/I11m l 2~2() 8~l() 6-8 8~2【l 1 I兰复裂缝 新JF裂的情况严重, J- ̄1]20l 7{[-4 J J,箱梁内疲劳裂缝统 ¨数毓8I39条,桥 舨裂缝教 I6~30 1 I()~3() l(}~6《) 40 9S 0.。 参磊 工 热加工 以} 裂缝均裂向桥 板,目 度合'L1 ̄629.422m。其lIJ行车道纵 (uM J l,uM J 2)焊接处 尚fI义I.有其他合适的处治方法可 侨向检测长度963m,U形肋角焊 治, ·组试件模拟横隔板l 以既0鍪复裂缝又不会对桥面铺装 缝长度l】626m,发现裂纹2733 过焊孔端郝裂向桥面板的裂缝 施J二, 生不利影响。设叶提 打 条,l mu形肋角焊缝的裂缝数最 (H4),竖向加劲肋焊缝端部裂 开桥 铺装 采J【}j=焊接方式修复 为0.235条,lmU形肋角焊缝的裂 阳桥面板(M )的裂缝以及裂 的方案,具体措施为从桥面板卜 缝长度为30.7mm;蕊乍道纵桥 缝扩展造成桥 板开裂的焊接处 将裂缝和。fI:分桥 板采Jf】碳 向删长度883m,u形HJJ角焊缝 治。 弧气刨方法清除,然J 在背 !l!lIi 长度为l0596m,发现裂纹】955 试验用钢板与实桥材质卡fI 陶瓷利‘ 后补焊修复。 条,1m纵桥向长度上裂纹条数为 ,为Q345c钢,符合((低合金 3.裂缝检测 0.184条,1mU彤肋角焊缝上的裂 高强度结构钢 (GB/T I 591 缝长度为25.34mm。裂缝按照/f 桥 铺装打 后采/lfTOFT探 2008)的技术婴求,钢板厚度为 ㈣长度的统计结果如表2所示,按 伤方法对桥面板进行检测,检测 I 6mm ̄lt8mm。 照不 高度的统计结粜女门表3所 对象为u形肋 j桥面板角焊缝部 为r提高焊缝金属的韧 ,j 。 位UMJ类裂缝,超声波衍射ljIf 惟,采川f富氩气体(80%A r+ (TOFD)采川一发·收两 l探 4.焊接工艺评定 20%CO!)保护焊, 时选择 ,利H】缺陷端点处的衍射信 裂缝处治前选择 种典 Si、Mn禽量相埘较低的ER50 探测币¨f!I!IJ定缺 尺寸,“r用J:焊 接头进行了焊接工艺 定, - 3焊丝,避免焊缝强度过高,焊 缝中缺陷的检测、定 和定t-):。 组试件模拟起源下u形肋角 缝 丝化学成分和力学性能符合GB/ 检测时以u肜JjJJl}I线为-+l心,发 焊根或焊趾裂 桥函 板的裂缝 T8l10 2008的要求。 射探大 接受探 分列下扫 小 桥面板 裂缝 fIl!I』,沿u形肋角焊缝中心线 顺桥 行走,对角焊缝附近的缺 陷进行 奄,通过对波形分析确 定裂缝的深度 位置。 本次桥面板检测范 为I:游 Il】ff{打开桥面铺装的行乍道和甭 道,共发现裂纹4688条,裂纹长 图2 M类裂缝 图3 H类裂缝 表2 u肋与面板焊缝裂纹数量(按裂纹长度统计) 检测 裂纹长度区间 长度 ,<20mm 20 mln≤t<50 mm 50mm≤,<l00mm l00 nlnl≤,<400 mm ,≥400mm 裂纹 序号 车道 (延米) 数量 数量 占比 数量 占比 数量 占比 数量 占比 数量 占比 (条) ,mm (条) (%) (条) (%) (条) (%) (条) (%) (条) (%) l 行车道 963 2Ol 7.35 IO9() 39_88 572 20.93 723 26.45 I47 5.37 2733 - ' 最4i道 883 65 3.33 682 34.90 465 23.80 62l 31.76 l22 6.24 1955 总计 4688 表3 U肋与面板焊缝裂纹数量(核裂纹· 度统tt ) 裂纹高度区间 裂纹 序号 车道 ,<2mm 2mm≤,<4mm 4mm≤f<6mm l≥6mm 数量 数量(条) 占比(%) 数量(条) 占比(%) 数量(条) 占比(%) 数量(条) 占比(%) (条) 1 行车道 67 2.45 868 31.75 938 34.32 860 31.46 2733 ‘ ’ 重ji道 33 l 68 766 39.20 616 31.52 5 4(J 27.62 1955 总计 4688 争露 工 一20 18 41 试验项目、坡¨形式肢试板 r等如表4所 。 试件l 一块U形肋和1一块而 往100J以上,接头侧弯试验结果 探伤结果 示 Il1人桥桥 板裂 缝大多数是UMJ l类裂缝,即起 源于u肜肋角焊缝焊根裂 桥 板的裂缝,少鼠uMJ 2类裂缝。 均为完好,焊缝力学性能良好。 每组试板按照 钢的低僻 组织及缺陷酸蚀试验方法 (GB226)进行两个宏观断 酸蚀试验,焊缝成彤良好, 焊缝盒属及热影响 :硬度均 板组成,先将两块板按照u彤肋 于n焊缝的焊接I:艺组焊到一起, 然后模拟桥上裂缝的位置,从面 板}二方用碳弧气包lJ将部分 板和 I¨rTOFT柃洲在横桥m存 ·定的 差,不能精确判定裂缝 ,伙际刨Jr ju形肋的相对f 焊缝清除,背而贴陶制衬 后焊 接。试件21lf两块面板对拼组焊, 模拟歼裂的桥面板,用碳弧气刨 将面板裂缝 ̄211;r, 背面贴讨垫 焊接。焊前将坡门肢其川围打 磨f净漏}}I金 光泽。施焊记录 女¨辰5所尿。 经过必选,试件l选择直径 l0mm圃棒形陶瓷幸十 , 91、形 ·I『以与焊缝背面紧密贴合,能适 应坡口大d,ff,J变化,有利J:保 焊缝背 成形,试件2选择TG 2.OZ衬垫。焊接时打底焊道电流 较小,避免对衬壤烧损过多造成 背面成形1 良,填党焊道电流较 人,并须注意焊角度和摆动幅 度,避免道问未熔合和灾 等缺 。 焊后对焊缝进行91、观检查, 没有裂纹、焊瘤、丧面气孔、央 、弧坑裂纹、I乜弧擦伤搜未熔 合等缺陷,焊缝施焊24h后进行超 声波检测,满足 公路桥涵施工 技术规范》(JTG厂]r F50 2011) I级要求。 按!{《{ 公路桥涵施工技术规 范 (JTG厂]r F50 20l1)的规定 进行力学性能试验,试验项目包 括接头拉fffI、焊缝金属拉f【{j、接 侧弯、低温冲击试验和接头硬 度.【式验,试验结果如表6所示。由 衷6可知,焊缝屈服强度、抗拉强 度均高于 材标准值,屈 比任 0.8左右,O'C低温冲击吸收能量均 42 一 参磊 工 热加工 ≤350HV10。 发现,UMJ 1焚裂缝 离U形 5.裂缝焊接修复及效果 f{I!I} } 近,将裂缝清除 桥 (1)裂缝修复工艺TOFT 板从u形IlJ】 fI4IJ破刨穿,嘤 坡 表4焊接工艺评定试验项目 序号 试验项目 坡口形式与试板尺寸 代表焊缝 /mm×mm×mm 焊缝类型 全熔透角焊缝 {、 畎板材顷 Q345C {\/ u形呐 面板『f1焊缝 l 焊接方法 宙氩气保护牛n动焊 裂纹(uMJ )m 缝 焊按何 ’V-f#: ;他的焊接f冬补 8×300×700,1 : 焊接材料 ER50 3( 1.2mm) 16×300 X 700,1 : 焊缝类型 埘接焊缝 u}fj肋与面板『f1焊缝 裂纹(UMJ )I自 板 畎板材质 Q345C 焊接方法 寓氩气保护’卜自动焊 —卜匿蛊_圈—一 端部裂向桥面板的裂纹 邮位,横隔板l-过焊孔 焊接他置 化 (H4),临I{I】一 阳加 8×300×700,1倒: 肋女 缝端郜裂 面板 焊接材料 ER50 3( 1.2ram) l6×3(w)×700,1PI (M )等裂纹的焊核 修补 表5施焊记录 编号 熔敷简图 焊道 道问温度/℃ 焊接电流/A 电弧电压/V 备注 1 28 180~2 ) 26-28 温度:26‘C l 2~5 8() 24O~2∞ 28 ̄30 温度:52"h ‘¨ 焊接 6、7 1 2() 240~260 28 ̄30 背面 句瓷}If l 30 180~200 26 ̄28 2 50 240 ̄260 28 ̄30 温度:26c —。 2 3 95 24026() 温度:38% -28~30 f 焊接 4 lO0 240 ̄260 28 ̄30 背而W 陶瓷计 5 I4() 24O~26() 28 ̄30 表6力学性能试验结果 焊缝金属拉伸 对接接头拉伸 低温冲击试验结果 编号 对接接头 (O'C) /J 。L /MPa /MPa (%)A ,MPa 位置 尺 断口 弯曲l80。 焊缝金属 热影响区 D J 412 5l3 24 534 母村 佃J弯 I24.d=2a完好 1 2().155 264.35(),3I5 D2 4l6 5l6 24 5l2 母材 侧弯 1 7Id=-2a充好 .128.1 26 245.220.22() I 1 l 。… 0{,liI锄瓷甜 ^ r『iU肜"』j 呔m JI r孔。均邋 I=-4L做¨: u Jl:;¨ 祠1 , I f0连续 , 刈‘桥 j f ;生成 fl J,采l Jr +陶瓷} r 的 案,l_{『Jl尢, J1人轿 舨 送人llJ‘以 . 动的铡 }If .然 以钢甜 乃}E 支掉 陶瓷},J‘ ,移动{1 f J j 他陶瓷f·J j J ljlIi紧J 接( 4)。 {_l{“ 按I 定结 结 场 J J I’l々 blj定 {凄I , 缸 I:过 i}i f 执f l ,』JIIl 顷 ,r 。 点 I 。 从桥I 将 裂 I f0【n 逐L 包lJ l祭,j 包【J约 2ml11,,uj发现 裂缝的 端【Jlf :延『IIj刨… ̄J50mII1.m 清除 缝火端;。 刨n0川I1'J‘刨ft 利 J 拨l,l0坡I I,坡l l『fJ眨40。 f 缝端 刨…人约l=5的斜 坡。 :,川砂轮 坡l1搜I f01I 】30mm … ¨fIl1漆、铁锈、氰化 皮 t rm,露… 洋,刈‘ 也『J J】 fi f 进f 融杉,f令洲l】,硼i人 裂缝 危 消除 iit:,t 。十{;。 ,川火焰/Jl】热的方法消 除坡I i搜 I Jl啪0水 。 lJu,UMJ 3焚 缝、M类 裂缝f¨H 缝,从辅 『人J邯 陶瓷 J 焊接,UMJ I 裂缝 从 I 钢甜 +陶瓷}寸 焊按。计 必项 i , j桥 舨lJ llIi ,避 肯ln 成f 1 。 fL,采用吠 I“L. ! I…: -宙氯气 f本f ’, j业f了焊接,f【{膏 十J—J 道采川较小的电流I ,巡 将 {-『 熔化j z多造成f,Il{ 成肜不 良, ii Illf要注意f【{ ;熔/J\,填充 羊II 道参数较人, 道 预 消 剁f ,啦篼道 术熔合。 di I焊接与切割 第 , J· 果川火 I热 6.结语 法将 缝心 刷ltJ】』JI1热硎 宋II{背 lJjlti陶瓷计 I Iifit", ̄ 1()()~I50(、。 舣 成肜t't9'k‘f 梭 可以 侨 (2) J 探伤效 t J 进 板裂缝,Ii_j 饱焊难度小, 行91、观柃洲,埘趟怀的咬边、焊 包I 效 高J,l,J特 。X,j-UMJ l 瘤等缺 肢 进行 补¨孵,焊 缝乐川锏 + 瓷甜 的 』 24hjttjf 地Ji, 波检f『J!l】, 【f{(t ;-L;Z行焊接0 艇,超声波伶洲- 为 }}侨涵施I 十之术 ’ 》 次 格牢 95, ̄A以 能够 (JTG/T F50 20l 1)II级f-,,-十f}。 缝修复泡I-f(.j J 求。 址 }::;= 1 -次探伤合f 95 , 十垂会, IL '成热j Jlx 一H 能降 缺陷i: ,I 为火渣 逆 未熔 低,成侨状念1 焊拨 较人 合,少 · 缝仃 从 …91、延 十受践余J ,力, 缝 而成J fI{tf门裂纹缺 ,【泡H』J(1i成侨f衙J、 观察,侨llf 1i 4I=lIi(19迎f u土 状态l t 接r 做,卜裂纹}J。。h Ⅲ 。 接顷 ,i墨.O-L ̄f 凡I素 f桥lif }Ji n0现象。 缝坡 玎ii-一I"Lfik1'19 e::-ll1’.] 需 世 桥 板 / 少 f究。 作者简介: 钟昕.湖北肖京 珠高速管理处; 王杰,中铁山桥 集团有限公司。 图4 皿口1【)I 7I 2o4 《金属加工(热加工)》2018年第4期广告目次 f【 :} 尔热{£术仃I 公-i-J 5098 封 A 』J J_I:APP 8000 A 易 迎感J ll殳备(I 扭)r J l;【乇公 J 1492 封 B 厦『-】 j:IU『l动化f:}{生 J‘f;K公-d 5l()4 封 B 天 恢德机械 易仃 公- J 5670 : 昆…爪舯 材科技仃 ± · 51 13 上寸呔 法吲液化 接 i-i】卜海f℃衷处 1404 I1f『彩l 蔡 亿(【JI尔)丁'lk仃 公t J 5032 衫! 盐城 波热炼仃 公· 5326 前衫3 易f !昕拖链车m承仓f i‘ (I 海)仃l; 公if】 l298 前彩4 天津 『 悠J I1热仃15 公 】 l943 前彩S f‘± 1 川波f:}I二贸仃l 公 5096 彩6 浩亭(珠海)贸易仃 公r 】 s311 彩7 J ’|JJ l儿L尜 焊接十支术仃 公州 l 209 彩8 fJ}达;N-t ̄术电源(} i【】)仃限公舌I l925 前彩9 第t‘,. 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