横隔板平面度的控制
作者：张海燕
来源：《中国科技纵横》2014年第03期
【摘 要】 横隔板是使桥梁成为空间整体结构的重要组成部分，在梁段组装时起内胎的作用，对其平面度的控制是横隔板制造精度的关键。横隔板在车间的制作过程中，对其平面度控制应该从钢板、下料、组焊、修整等几个方面考虑。组焊时焊接机器人的使用对横隔板平面度的控制尤为重要。
【关键词】 横隔板平面度 钢板 下料 焊接机器人
【Abstract】 Diaphragm plate is to make the bridge become an important part of the whole structure of space， the beam section at the time of the assembly of the role of inner tube， the flatness control is the key to the diaphragm plate manufacturing precision. Diaphragm plate in the workshop production process， the flatness control should be from steel， blanking， compound， finishing and so on. Compound for the use of welding robot in the diaphragm plate flatness control is particularly important.
【Key words】 Diaphragm plate flatness the steel plate blanking the welding robot 1 简述
在桥梁结构中，横隔板是为保持截面形状、增强横向刚度而在梁内设置的构件，它是使桥梁成为空间整体结构的重要组成部分， 在梁段组装时起到内胎的作用，其制造精度直接影响到梁段的几何尺寸和相邻梁段箱口间的匹配精度。因此，横隔板制造是钢箱梁制造的关键之
一。横隔板的平面度是在横隔板的制造中始终要保证的一个量，可以说确保横隔板的平面度是横隔板制造精度的关键。
应怎样保证横隔板的平面度、精度呢？现以港珠澳大桥崖十三梁段横隔板为例。分析一下横隔板的平面度控制。
港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，是连接香港特别行政区、广东省珠海市、澳门特别行政区的大型跨海通道，是国家高速公路网规划中珠江三角洲地区环线的组成部分和跨越伶仃洋海域的关键性工程。港珠澳大桥工程包括三项内容：一是海中桥隧工程；二是香港、珠海和澳门三地口岸；三是香港、珠海、澳门三地连接线。港珠澳大桥主体桥梁工程全长约22.9km，其中CB01、CB02合同段起于岛隧工程结合部非通航孔桥西端，起点桩号为K13+413，经深水区非通航孔桥、跨越崖13-1气田管线桥、青州航道桥、江海直达船航道桥，止于浅水区非通航孔桥，终点桩号为K29+237，全长约15.824km。图1跨越崖13-1气田管线桥为整幅变截面钢箱连续梁，梁宽33.1m，中墩墩顶5m区段梁高6.5m，墩顶等高梁段两侧各37.5m区段梁高从6.5m线性变化至4.5m，其余区段梁高为4.5m。
2 横隔板的平面度控制
2.1 横隔板的种类，组成
跨越崖13-1气田管线桥横隔板分为普通横隔板、支座处横隔板和端横隔板。除端横隔板外，其余横隔板均分为上、下两部分，上部接板、下部横隔板。接板与顶板连接，横隔板上设置水平加劲和竖向加劲，人孔和管线孔处设置人孔加劲和管线孔加劲，如图2横隔板的组成。
2.2 横隔板的平面度对板单元划分的要求
由于横隔板的几何尺寸比较大，在焊接及板单元的吊装运输过程中长杆件容易产生变形，影响横隔板的平面度，因此在投入生产以前，需对横隔板进行板块划分，尤其是梁段变高部位的横隔板，高度方向上也要进行划分。板单元的划分除了要考虑横隔板的平面度外还要综合考虑钢板的大小、横隔板的工地组装、焊接强度等情况。对于本桥的断面尺寸比较大的变高梁段横隔板采用的是车间下料，现场组装的方案，而对于等高梁段的横隔板只有长度方向的划分，车间采用先进工艺和先进机器，精准组装，批量生产，能够很好的控制横隔板的平面度，如图3等高段横隔板的划分。
2.3 横隔板的钢板与号料
横隔板的平面度在横隔板的制造中是始终都保证的一个量，要保证横隔板的平面度就要从钢板说起。横隔板制造所用的钢板材料应为检验合格的材料。钢板的不平直、锈蚀、油污等都会影响横隔板的号料或切割质量，所以在号料前应矫正和清理。钢材的起吊、搬移、堆放过程中，应注意保持其平直度。
横隔板的作样和号料应严格按施工图纸和制造工艺要求进行。
2.4 横隔板在切割下料中对平面度的控制
横隔板本身形状特殊，本桥钢板下料采用效率高，切割面质量好，能确保零件尺寸精度的空气等离子切割设备，数控等离子切割，划线的精度达到±0.5mm，切割精度达到±1mm，完全能够满足港珠澳大桥横隔板切割精度及平面度的技术要求。同时该设备还带有自动划线和喷号功能（如图4），可以在下料前将母材各类信息喷写在各个零件上，实现零件材质跟踪，还可以同时划出板肋组装基线，取消了人工划线工序，避免出现人为偏差，提高效率和精度。隔板板肋下料采用数控火焰切割，下料后，要进行赶平和调直，保证板面平整和直线度（表1）。钢板下料中的平直，是保证板单元平整的基础。
2.5 横隔板组焊时对平面度的控制
保证横隔板的平面度，最关键的工序就是组焊。
2.5.1 组焊的技术难题
（1）板单元加工，薄板单面加劲板焊接，不均匀变形。
港珠澳大桥跨越崖13-1气田管线桥钢箱梁中，普通横隔板等高段板厚为12mm、变高段板厚为16mm、主墩支座处横隔板板厚为26mm、24mm，其中以12mm为主。横隔板均采用单侧加劲形式，这样所有劲板焊接都在一侧，使得钢板单面受热变形，板面不平影响长宽尺寸及力的传递。
（2）横隔板单元加劲肋目前主要采用气体保护半自动方法手工焊接，受人为因素的影响，焊接质量不稳定，焊接变形大。
2.5.2 处理措施
（1）使用CO2气体半自动焊时对横隔板平面度的控制。传统的使用CO2气体半自动焊机的横隔板制作，先制造反变形胎架，横隔板单元组焊在反变形胎架上实施，能大幅抵消横隔板板肋单面焊接所造成的单面弯曲；注意定位点焊间距及大小，定位焊缝应距设计焊缝端部30mm以上，定位焊缝长度为50～100mm，定位焊缝间距一般为400～600mm。加劲肋角焊缝定位焊的焊角尺寸不大于3mm。定位点焊对分步焊接前后温差影响所产生的变形有较好的控制作用；注意焊接顺序，先对称焊接横隔板上竖向加劲肋、水平加劲肋与横隔板间角焊缝，再焊接人孔、管线孔围板角焊缝，最后焊接人孔、管线孔围板对接焊缝，这样可以减少横隔板在焊接过程中的变形，确保横隔板的平面度。
（2）焊接机器人焊接时对横隔板平面度的控制。CO2气体保护半自动方法手工焊接受人为因素的影响，焊接变形大，焊接质量不稳定，横隔板的平面度不好控制。如果采用机器人自动化、智能化焊接系统，将横隔板的焊接顺序和焊接规范参数等信息输入程序，通过程序控制横隔板上加劲肋的焊接，质量稳定，焊接变形小，焊接效率高。本桥在控制横隔板的平面度、精度，最大的创新就是将焊接机器人应用于横隔板单元焊接（如图5），其焊接质量好，生产效率高。根据港珠澳大桥横隔板的结构特点，焊接机器人系统采用龙门式结构，龙门架在纵向轨道上纵向行走，机器人在门架横梁上横向移动，使系统具有足够大的作业范围，能够满足横隔板单元的焊接。采用两个机器手加托盘的构造，托盘带动两个机器手同时旋转和移动，使两个机器手在焊接范围内可以实现所有方向的同时焊接和同一板肋两侧焊缝同时施焊。机器手之间具有通信功能，能够根据其中一个机器手的施焊情况同步对另一机器手进行修正调整。但是受结构形式和施焊空间等条件的制约，某些部位的焊接仍需要采用手工半自动焊工艺。为实现对焊接过程的有效控制，确保焊接质量的稳定性，开发应用了先进的焊接数据管理系统。 传统的焊接质量控制，主要靠质检人员现场巡视检查焊工对焊接工艺的执行情况，可控性差。通过建立焊接数据管理系统，可以将焊接参数输入焊接设备，通过局域网实现在线监控，对施焊过程中的焊接电流、电压、施焊速度等参数实现实时记录，保证每条焊缝的焊接质量具有可控性和可追溯性。提高了对横隔板平面度控制的技术含量。
2.5.3 焊后修整
焊后修整是确保横隔板平面度最后的工序。板单元在焊接后产生的焊接变形，是导致横隔板不平的最主要的原因，通常采用火焰矫正的工艺方法对横隔板进行矫正。其工艺的特点是：在板单元的背面焊缝的位置加热，通过钢板应力释放，使得板单元达到“修平”的目的。采用反变形翻转胎架预设反变形，使得板单元焊接后的变形得到控制，而使用焊接机器人船位焊接则使焊缝的外观质量得到了更大的提高，从而大大减少了火焰修整量。横隔板单元焊后修整允许偏差见表2。
2.6 横隔板的验收
利用良好的钢板，采用精准的下料，采用焊接机器人自动焊接，横隔板的平面度得到了很好的控制，经检测验收，横隔板的平面度完全达到了技术要求的精度，如图6。
参考文献：
[1]TB 10202-2009.铁路钢桥制造规范[S].
[2]CJJ2-2008，城市桥梁工程施工与质量验收规范[s].
[3]GB50017-2003，钢结构设计规范[p].
[4]陈祝年，焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2012.
[5] 魏云详，胡广瑞，徐向军.港珠澳大桥自动化课题研究中间成果报告10.10修订，2013.