1 概述

      滬漢蓉快速鐵路引入合肥樞紐，在經開（kāi）區和南淝河處跨越合寧高速公路，兩座主橋均采用下承式、等（děng）高度、連續鋼桁柔性拱橋，跨度均（jun1）為（114.75+229.5+114.75）m，全長（zhǎng）461m。主（zhǔ）桁采用帶豎杆N 型三角桁架，節間長度（dù）12.75m，桁高15m，柔（róu）性拱采用圓曲線，矢高45m，矢跨比為1/4.5。橋麵係（xì）采用（yòng）正交異（yì）性板整體橋麵， 道砟範圍內的橋麵板采用（3+14）mm 的321- Q345qD 不鏽鋼複合鋼板，與主（zhǔ）桁之間采用高強（qiáng）螺（luó）栓連接。不鏽鋼複（fù）合鋼板在我國是（shì）首次應用於鐵路鋼（gāng）橋上，沒有任何製造（zào）經驗。橋麵係標準截麵橫斷麵（miàn）見圖1。正交（jiāo）異性不鏽鋼複合鋼橋麵板由（yóu）橫梁、縱梁和不鏽鋼複合（hé）鋼橋麵板、U 肋和I 肋等組成，橋麵板節段之間采用焊接，U 肋（lèi）和I 肋的連（lián）接采用兩塊帶有摩擦麵的高強螺栓連（lián）接。每節間縱向分成3 塊，橫向分成6 塊進行製（zhì）造加工，分段圖見（jiàn）圖2。工廠（chǎng）製造時，首先製造板單元（yuán），然後進行總拚和預拚裝，然（rán）後運輸到橋位進行吊裝栓接。

      2 正交異性不鏽鋼複合鋼（gāng）橋麵板製造采用的新工藝和新技術

      2.1 無餘量精（jīng）密切割下（xià）料技術

      板單元製造過程（chéng）中（zhōng），采用了無餘量精（jīng）密（mì）切割下料技術。無餘量精密切割（gē）下料技術是指采用數控或半自動精密切割設備，精確預留材料富餘量（liàng）後，將零件一次下料完成，無需二（èr）次切割加工的下料技術。采用無（wú）餘量精密（mì）切割既充分考慮了製造過程中的收縮，又可最大限度地減少過多預留造成的材（cái）料浪費（fèi），還節省了大量勞動力。從板單元的整個生產流程（chéng）看，焊接過程中的收縮量占整個收縮量（liàng）的絕大部分，因此掌（zhǎng）握焊接過程中的收縮量是關鍵。我們通過大量的模擬實（shí）驗和（hé）經驗積累，基本掌握了焊接收縮的變形規（guī）律。在板單元下料時在鋼板長（zhǎng）、寬方向預留（liú）適當的收縮（suō）量，即可（kě）達到無餘量下料的（de）目的。其中不鏽鋼複合鋼橋麵板我們采用數控或半自動等離子切（qiē）割機一次下料完成。

      2.2 板單元無碼組裝（zhuāng）胎技術

      U 肋的組裝通過設計（jì）製（zhì）作專用板單元無碼組裝胎來進行，這樣可以避免用碼板裝配定（dìng）位而造成較大的裝配應力並修整大量的碼板焊縫，提高了裝配的精度和效率。U 肋（lèi）之間（jiān）的連接孔采用（yòng）先孔法，即U肋折彎成型後，通過采（cǎi）用U 肋樣板翻轉鑽孔胎一次性完成（chéng）設計（jì）孔徑。其關鍵在於：通過精確預留焊接收縮量和控製焊接順序，使（shǐ）焊後的U 肋連接孔距（jù）在允（yǔn）許偏差之內。

      2.3 板單元反變形焊接技術

      U 肋與不鏽鋼複合鋼橋麵板的焊（hàn）接質量直接影響到正交異性（xìng）鋼橋麵板的質量。設計要求U 肋（lèi）開坡（pō）口與麵板焊接，其熔深不小於U 肋板（bǎn）厚的80%。U 肋與麵板焊接之後，由於（yú）焊接熱影響，麵（miàn）板會（huì）出現不同程度的焊接（jiē）角（jiǎo）變形，而火焰（yàn）修整（zhěng）不僅增加大量的工作量，還會影響板（bǎn）單元的幾何尺寸，產生較大（dà）的內應力。對此，通過（guò）專門設計（jì）的（de）板單元反變形焊接（jiē）胎來控製變形，采用船位焊接的（de）方式保證坡（pō）口（kǒu）焊接的熔深。在胎架上用CO2自動焊機對稱施焊U 肋（lèi）焊縫，以盡量減（jiǎn）小焊縫變形的內應（yīng）力。

      2.4 不（bú）鏽（xiù）鋼複合鋼板對接分層焊接工藝

      正（zhèng）交異性板無論是工廠製造還是現場安裝，都（dōu）不可避免出現對接焊（hàn）縫（féng）。不鏽鋼複合鋼板的對接，由於涉及到異種鋼的焊接，不同於普通同種鋼材的焊接。321- Q345qD 不鏽鋼複合鋼板是由14mm的基材Q345qD 和3mm厚的不（bú）鏽鋼321 爆炸複合而（ér）成。當焊接不鏽複合鋼板基（jī）層Q345qD 時，可能熔化不鏽鋼（gāng）的複層321,使合金元素滲入到焊縫中（zhōng），從而導致（zhì）焊縫金屬的硬度增加、塑性降低，甚至可能產生裂紋；而當焊接不鏽鋼的複層321 時，可能熔化基層Q345qD,使焊縫合金成（chéng）分稀釋，從而降低焊縫金屬的塑性和耐（nài）蝕性。為了防止出現（xiàn）上述不良影響，焊接時再複層和（hé）基層之間應增加過渡層，這和《不鏽鋼複合鋼（gāng）板焊接技術（shù）要求（qiú）》（GB/T13148- 2008）是一致的。增加過渡層的目的（de），主（zhǔ）要是為了補償複層由於稀釋所引起的合金元素（如（rú）鉻鎳等）的降低，使複層焊縫的合金成分保持應有的水平。焊接時，按照“先焊（hàn）接基層，後焊（hàn）接過渡層，最後焊（hàn）接複層”的順序（xù）。

      2.5 3+1 匹配預拚裝技術

      橋麵係製造采用倒裝法，按照”3+1”匹配預拚裝方案進行，即每輪次按節間長度（dù）匹配組裝、焊接（jiē）和預拚裝同時完成，然後留下一個節段與下一節間節段進（jìn）行（háng）匹配預拚裝（注：除端部外，每節（jiē）間由QB2- 1、QB2- 2 和QB3共3 個板塊組成）。通過設計專用總拚胎架，胎架底部按（àn）照橋麵板的形狀（zhuàng）製作，在橫梁位置設（shè）置靠檔，靠檔通過螺栓連接。橋麵係拚裝時，先將（jiāng）橋麵板進行二拚一或三拚一作業，按照橋麵板（bǎn）→橫梁→縱梁的（de）組裝順序，以立（lì）體階梯推進方式逐段組裝和焊接。組（zǔ）裝時（shí），重點（diǎn）控製橋（qiáo）梁的線型（xíng）、幾何尺寸和（hé）精度，相鄰橫梁間距偏差和U 肋、板肋（lèi）、縱梁栓孔重合（hé）率。

      2.6 單（dān）麵焊雙麵成型（xíng）焊（hàn）接工藝

      無論是工廠內橋麵板縱向對接焊縫還是橋（qiáo）位安裝現（xiàn）場的橫向對接（jiē）焊縫，均采用背麵貼陶瓷襯墊單麵焊雙麵成型工藝，確（què）保了焊接質量，提高了焊接生產效率。不鏽鋼複合（hé）鋼（gāng）橋麵板的對（duì）接，考慮到321 不鏽鋼的熱膨（péng）脹係數明顯大於基層Q345qD 鋼，製定焊接工藝時優先選擇了熱輸入較小的CO2氣（qì）體保護焊（hàn）。較常選用的埋弧自動（dòng）焊比較，CO2氣體（tǐ）保護焊屬於明弧焊，電弧可見（jiàn）性好，焊接基層時不會（huì）傷到複層，且其線能量較（jiào）小，焊接變形小，操作（zuò）簡單，容易掌握（wò）。通過現場實測（cè）表明，焊後（hòu）變形很小，用較少的時（shí）間就可以火焰矯正（zhèng）過來。

      3 質量控製措施

      3.1 原材（cái）料控製

      不鏽鋼複合（hé）鋼板321- Q345qD 的加工，采取我方通過（guò）招標采購不鏽鋼321 和橋梁（liáng）鋼Q345qD, 然後委托中船重工725 研究所進行爆炸焊（hàn）接。複合板進廠後，按照相關規（guī）定進行取樣複（fù）試。焊接材料按照評審通過的焊接工藝（yì）試驗選用的焊接材料牌號進行招標采購，進廠後複試合格後才能使用（yòng）。

      3.2 人員（yuán）控（kòng）製

      明確各（gè）級管理人員（yuán）的職責，根據製造工藝方案，開工（gōng）前技術人員對生產、質檢和加工班組人員進行係統的技術交底。在（zài）正交異性（xìng）板加工過程中，加強了工序質量的（de）控製，以工序質量確保成品質量，設立（lì）了專職質檢員和檢查工程師（shī）。對於參與製造的班組進行技能培訓和考核，特別是電焊工。

      3.3 工藝保證

      根據設計圖紙和相關規範，專門編製了“正交異性不鏽鋼複合鋼橋麵板製造驗收規則（zé）”，作為控製標準來指導和控（kòng）製加工全過程。對於不鏽鋼複合鋼板首次應用在鐵（tiě）路鋼橋上，屬於新材料，大家都（dōu）沒（méi）有任何的焊接經驗。我們在開工前製（zhì）備了（le）12 組的不鏽鋼複（fù）合鋼板焊接工藝試驗，並進行了專家評審。實驗接（jiē）頭形式（shì）包含了對接和角接兩種接頭形式，對接接頭分不鏽（xiù）鋼複合鋼板之間的對（duì）接和不鏽鋼複合板與橋（qiáo）梁鋼的對接。另外，按照《鐵路（lù）鋼（gāng）橋（qiáo）製造規範》（TB10212- 2009） 和《不鏽鋼複合鋼（gāng）板焊（hàn）接技術要求》（GB13148- 2008）對對接接頭形式進行了拉伸、彎曲（qǔ）和低溫衝擊、晶間腐（fǔ）蝕和宏觀金相（xiàng）試驗。

      3.4 工裝控製

      為了（le）保證（zhèng）正交異性板不鏽鋼複合鋼橋麵板的製（zhì）造質量，我們專門設計了一批專（zhuān）用工裝（zhuāng）和設備，如鑄（zhù）鐵劃線平台、橋麵板無碼組裝胎、U 肋反變形焊接胎（tāi）具和橋麵係（xì）總（zǒng）拚裝胎具。通過利用工裝（zhuāng）胎具的精度（dù）保（bǎo）證產品（pǐn）的質量，減少（shǎo）人工技能差別給質量造成的影（yǐng）響。整（zhěng）體拚裝胎具每拚裝（zhuāng）完成一個（gè）輪次，就重新檢測胎具（jù）的精度是否有變化。

      4 結束（shù）語

合肥南環線鋼桁梁柔性拱（gǒng）橋是國內第一座采（cǎi）用不鏽鋼複合鋼板作為橋（qiáo）麵板，開創了鋼橋防腐的新篇章，大大提高了鋼橋的內腐蝕能力，延長了鋼橋的使用壽命。鋼橋在製作過（guò）程中，大量采用了先進工藝技術和設備，保證了鋼橋（qiáo）的質量和工期（qī），取得（dé）了良好的社會效益和（hé）經濟效益。全橋共109 塊橋麵係，截止2011 年12 月15 日，全部加工完成（chéng）。