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桥梁钢结构焊接自动化技术解读(1)

发布日期:2019-09-02 09:41:09      作者:admin      访问量:33

1桥梁钢结构自动化焊接的应用现状

进入21世纪后,中国经济持续稳定发展,促进了公路、铁路和城市交通体系的建设和完备,带动了桥梁建设快速发展和进步。桥梁建设不仅满足于功能性,还向高速、大跨度、重载、环保和美观方向发展。我国先后建成了重庆朝天门长江大桥、武汉天兴洲长江大桥、南京大胜关长江大桥、铜陵长江大桥、苏通长江大桥、嘉绍大桥、杭州湾跨海大桥、青岛海湾大桥、厦漳跨海大桥、湖南矮寨特大桥等许多有特色的拱桥、斜拉桥和悬索桥,目前正在兴建港珠澳大桥、沪通长江大桥、虎门二桥等超级桥梁建设工程,我国桥梁建设无论在数量、建设速度还是建造的规模上,都是其他国家在同一时期无法比拟的。

虽然我国在钢桥设计、制造和架设等方面的技术水平有了大幅度提高,拉近了与发达国家之间的差距,但应清醒地看到,我们与发达国家的钢桥建造还有一定差距,我国钢桥建设的发展仍然极不平衡。截止到2012年底美国60万座桥梁中钢桥占33%,日本13万座桥中钢桥占41%,法国钢桥占了桥梁总量的85%,而我国桥梁总数超过59万座,但钢桥数量不足总量的1%,因此还有很大的发展空间。相对于我国钢桥制造规模的不断扩大,钢桥制造技术水平发展较慢,焊接工序主要采用埋弧焊和气体保护

半自动焊方法(或辅以跟踪器焊接),仍主要依靠人工作业,与大量采用机器人焊接的工程机械、汽车等行业相比相对落后。在当下,我们面临制造业技术工人日益短缺和劳动力成本逐步提高的现实,钢桥制造行业自动化焊接术革新势在必行。

2桥梁钢结构自动化焊接难点

(1)受构件结构影响难以实现自动化焊接 大跨度桁架钢桥设计美观新颖,钢梁杆件结构复杂多样,不便于自动化焊接。以南京大胜关桥MS26节点杆件为例(见图1),该节点除了与下弦杆、加劲弦杆连接外,还与桥面板、横梁、竖杆、斜杆、连接系杆件等相连接,共有45个螺栓连接孔群,连接关系复杂。由于受力大,*大板厚52mm,且多为熔透角焊缝和深坡口角焊缝,焊接量大。


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受其空间结构影响,箱型杆件内部焊缝、整体节点间焊缝空间狭小,因此不能采用自动化焊接。

(2)受焊接位置影响难以实现自动化焊接 目前自动化焊接以平位焊为主,少量立位、横位焊缝也可以实现气体保护焊自动化焊接,但仰位焊缝还难以实现焊接自动化。以港珠澳大桥钢箱梁为例(见图2),在梁段整体拼装时,腹板、横隔板与顶板仰位角焊缝不能采用自动化焊接;受加劲肋构造的影响,横隔板、腹板与底板间角焊缝,横隔板与腹板间角焊缝也不能采用自动化焊接。


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3桥梁钢结构自动化焊接的关键技术

要想发展桥梁钢结构自动化焊接,需要钢桥设计师、自动化设备研发单位、钢结构制造厂的密切配合,需要设计师设计标准化的桥梁构件,焊接设备厂研发高精度的自动化设备,钢结构制造厂对制造工艺深入研究,共同努力才能实现。下面以港珠澳大桥制造为例进行说明。

(1)桥梁结构设计的标准化 港珠澳大桥钢箱梁板单元生产量大,大桥总共约40万t的板单元制造,工程量大,顶板、底板、腹板、横隔板单元等同类构件的数量多,相同构件采用标准化设计,非常适合进行自动化制造。标准化设计是保证港珠澳大桥制造实现自动化焊接的前提。

在进行桥梁钢结构设计时,要注意对局部细节的处理,应便于实现自动化焊接。如在进行横隔板上加劲肋设计时,中间水平肋与竖向肋的间距如果较小,采用机器人焊接竖向肋时,由于水平肋妨碍焊枪通过,所以为保证焊缝的连续性,提高焊缝质量,要保证肋间距在40mm,水平肋端部切角≥50°(见图3)。


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(2)研发高精度的自动化焊接设备 高精度的自动化设备是实现桥梁钢结构自动化焊接的关键。由于桥梁钢结构受疲劳载荷,所以为了提高钢桥的疲劳寿命,防止脆性断裂,要求制造精度高,对焊缝外观成形、内部质量和冲击韧性要求高,这就需要采用具有高精度的焊接机器人设备来保证,因为机器人焊接设备具有接触传感、电弧跟踪等功能。

(3)对制造工艺进行深入研究 针对各种不同的桥梁结构件,制造厂的工程师对其结构和制造工艺进行深入研究,研发专用的加工设备,只有合理的工艺与先进的设备相结合,才能实现自动化焊接,从而促进产品质量的提升和生产效率的提高。



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