简介：本文结合南京二桥的建造，对钢正交异性结构板单元在制造焊接中的变形情况进行了测量，据此对板单元无余量下料工艺及反变形焊接工艺进行了研究。 
关键字：正交异性板 焊接变形 无余量下料技术 反变形焊接工艺 


一、前言 

　　南京长江第二大桥南汊桥（以下简称南京二桥）的上部结构为钢箱梁斜拉桥，主跨长628m，居世界第三，国内第一，钢箱梁的顶板及底板均采用正交异性板结构。 

　　钢箱梁生产分成板单元制造、梁段组焊及预耕和桥位吊装及焊接三个阶段。为使我国钢桥制造水平上一个新台阶，在生产中采用了一系列新技术新工艺。本文介绍了 南京二桥钢正交异性板单元生产过程中的焊接变形问题并研究其控制技术，包括无余量下料技术及反变形技术的研究。

二、板单元焊接变形简介 

　　1.带U型肋的板单元焊接变形的基本形式及变形机理 

　　南京二桥钢箱梁的顶板和底板单元均为正交异性板结构形式，主要受力部件为面板、纵向U型助和横隔板，如图1所示。 

　　焊接U型助时，板单元主要发生四种形式的焊接变形，即纵向收缩变形、横向收缩变形、纵向面外弯曲变形和角变形。


　　焊接时，U型肋角焊缝和周围热影响区的钢材在凝固和冷却过程中会发生收缩，导致板单元的纵向和横向收缩变形以及纵向面外弯曲变形。另外，由于是在面板的单 侧施焊，沿面板的厚度方向存在温度梯度，所以面板有U型肋角焊缝的一面比另一面发生了更大的收缩，在焊缝处形成了角变形。在实际情况中，板单元的整体变形 是由四种基本形式组合的复杂变形。 

　　2.研究板单元焊接变形控制技术的意义 

　　板单元制造中的焊接变形对生产是不利的，加角变形使板单元整体弯曲，必须进行大面积的火焰矫形，从而使钢材进一步收缩变形，导致U型肋尺寸及相互间距发生 变化，对以后的整体拼装精度产生不利的影响。全桥93段钢箱梁的整体组装时要求两两梁段之间的面板和所有U型肋必须严格对齐，偏差不得超过1mm，因此在 板单元制造阶段应避免过多的火焰矫形。目前，板单元焊接的角变形问题可用反变形焊接工艺加以控制，以满足设计精度的要求。 

　　另外焊接的纵向和横向收缩也是不能忽视的，如果准确了解焊接收缩的规律，就可以在钢材下料及单元切割等过程中精确控制尺寸，减少材料的浪费及额外的切割或补长次数。 

　　全桥板单元数量众多，制造工作量大；研究改进板单元的生产工艺将大大提高整个桥梁钢箱梁制造的效率，缩短工期，减少材料消耗，降低成本，保证质量。


三、板单元制造中焊接收缩及无余量下料技术的研究 

　　1.焊接收缩与无余量下料技术 

　　过去，考虑在板单元制造的焊接、火焰矫形、切割坡口等过程中，钢材均会发生不同程度的收缩，所以在板单元下料时，都要预留一定尺寸的富余量。由于对制造流 程中的钢材收缩量尚无精确预计的方法，因此在下料时普遍预留了过大的富余量，造成了钢材的浪费，从全桥的规模来看，这种浪费是不能忽视的。 

　　要解决这一问题，可以采用无余量下料技术。就是下料时精确预留材料富余量，既充分考虑制造中的收缩，又最大限度地减少过多预留造成的材料浪费。从板单元的 整个生产流程看，焊接过程中的收缩量占整体收缩量的绝大部分，所以准确把握焊接收缩的规律是研究板单元无余量下料技术的关键问题。