苏格兰福斯钢桥核心制造工艺简介

一、制作工艺及核心制造技术介绍

苏格兰钢桥共计有288根斜缆锚管组件, 因位置不同, 每个锚箱的横向和纵向角度都在变化, 双向锚箱制作的精度控制是此项目的难点和重点, 装配角度要求控制在0.25°以内;锚腹板由多块板拼接而成, 其拼接制作平整度及尺寸的控制要求极高, 锚腹板同锚管之间的装配关系复杂, 焊缝质量要求高, 整体尺寸控制精度要求高。

1. 锚箱组件制作

锚箱组件是由锚固板、支撑板、锚底板和索具垫板焊接组成。锚管筒与锚底板及索具垫板要求同轴度装配。

1) 锚管零件划线, 为保证锚管和锚腹板整体拼装质量, 首先对各锚管零件进行装配线和基准线划定。

2) 锚管零件机加工, 锚固板是控制边缘角度装配精度因素之一, 考虑焰切割后零件存在一定偏差, 通过对锚固板边缘进行机加工以满足装配要求。首先对锚固板外形轮廓及机加工, 以保证锚固定宽度尺寸以及锚固板与支撑板垂直度, 最后对锚固板边缘安装钢衬垫。支撑板与锚底板机加工, 支撑板主要控制锚固板整体开档尺寸及边缘角度装配, 通过对支撑板边缘进行机加工获得。对支撑板进行外形轮廓机加工, 确保角度一致, 减少焊接变形, 确保锚隔板装配精度。

3) 锚底板及索具垫板机加工, 为确保锚底板与锚固板、支撑板达到磨光顶紧的装配要求, 需对锚底板及索具垫板接触表面进行机加工, 以满足锚管整体装配要求。为保证锚索孔同轴度的准确度, 锚底板及索具垫板锚索孔应预先留有一定的加工余量, 待装配后再进行整体机加工, 锚底板及锚垫板机加工后进行同轴度安装。同轴度装配辅助工装为经过机加工的具有高光洁度表面的辅助件, 确保了锚底板和锚垫板的安装。

4) 锚管筒成型制作, 锚管筒由锚固板与支撑板组成, 锚固板与支撑板为厚板成型焊接, 焊缝为部分全融透焊缝。锚管筒的角度较多且要求高, 锚管筒装配时必须保证角度关系以及平面度。在装配时利用卡码进行固定, 焊接采取多次翻身对称焊接。焊后, 锚管筒整体尺寸及平整度公差不大于0.5mm。锚管筒X-Z面为承压面, 平面度要求高, 前面精确的板件机加工为后面的成筒装配提供了很好的保障。焊接后, X-Z承压面的平面度不大于0.3mm。

2. 锚腹板制造工艺介绍

锚腹板采用无余量拼接制作, 采用门式焊机进行U肋焊接;锚腹板结构主要由拼板单元、U肋、锚顶板、锚管组件、锚隔板组件组成。其中拼板单元由若干块薄板和一块厚板拼接而成。通过机加工控制, 保证锚箱的尺寸和各个角度的精度。锚腹板整体成型尺寸的控制方案及测量方案是将锚腹板U肋板单元、锚管、锚隔板分别做成组件, 然后进行总体装配前精确划线, 最后整体装配及检验。

下图为锚腹板构件具体的制作流程图:

根据其结构特点和要求, 我们采用一套简单而高效的制作工艺来完成锚腹板及锚管的制作。

1) 锚腹板采用数控火焰切割下料, 均为无余量数控下料。在每个制作节点, 对检验测量数据进行收集, 来分析并调整工艺方案。

2) 锚腹板拼接顺序为先进行厚板两侧薄板拼接, 然后整体拼接。板单元拼接制作前首先进行基准线划线 (纵横向控制线) , 焊接时安装引 (熄) 弧板是为了控制焊接变形, 我们采取中间向两端同时施焊的方法进行焊接, 焊接前预放一定的反变形。

3) 锚腹板整体拼接制作, 以厚板的中心线为基准线, 确定拼接的纵横向控制线, 根据控制线进行定位调整定位, 然后点焊固定以保证满足整体外形尺寸及平面度。焊缝要求为正面坡口+反面清根焊, 焊接方式采用埋弧焊。采取两侧焊缝同时施焊的方法, 焊接前用配重块压放一定的反变形。

4) 锚管组件与锚腹板单元装配, 将锚腹板单元的纵横向控制线引到锚腹板的另一侧, 根据纵横向控制线划出锚管组件装配中心线和锚底板定位线, 根据锚腹板上锚管组件装配线安装锚管, 点焊固定检查尺寸, 锚管组件焊接时, 采取两侧对称焊接方法, 以减少焊接变形。

5) 焊接锚管组件与锚顶板焊缝, 根据现场实际安装情况及空间位置, 先要确定锚管组件与锚顶板能否满足焊缝焊接要求, 因箱梁中每个锚管的角度不一样, 若因空间限制无法焊接, 需将件支撑板分段取下, 焊接完成锚管与上顶板的焊缝后, 在将拿掉的支撑板焊回。

6) 安装调节垫板, 采用全站仪或莱卡对锚管组件焊接角度进行检测, 若满足公差要求时, 将索具垫板件与锚管组件之间焊缝焊接完毕;若不满足公差要求, 通过再次机加工, 使调节垫板机加工斜面角度去抵消锚管整体装配角度的误差, 确保双向锚管的角度的精确度, 提高制造效率。

3. 苏格兰钢桥制造的主要技术创新点:

1) 锚腹板的拼接制作, 锚腹板的拼板是无余量的多板拼接制作, 锚腹板拼接顺序为先进行厚板两侧薄板拼接, 然后整体拼接。板单元拼接制作前首先进行基准线划线, 焊接时为了控制焊接变形, 我们采取中间向两端同时施焊的方法进行焊接, 预放一定的反变形。

2) 锚管组件加工及焊接制作, 锚管支撑板与锚固板对接形式最早的设计图纸中为双面坡口焊。这样的形式在车间制作时焊接的空间狭小不易施焊, 而且因为全熔透的焊缝在焊接时变形量在对锚管的整体焊后尺寸不易控制。针对设计图纸的内容与实际操作的困难度我们对此提出修改意见, 建议修改为单边面坡口对接。锚固板与锚腹板采用单边单面坡口衬垫焊对接, 从而将坡口开制的数量减少了50%, 不仅便于各部件的尺寸精度控制, 而且有效的减少了焊接的工作量。

3) 锚管安装时角度调整垫板加工及安装, 采用全站仪或莱卡对锚管组件焊接角度进行检测, 若满足公差要求时, 将索具垫板件与锚管组件之间焊缝焊接完毕。若不满足公差要求, 通过再次机加工件索具垫板, 利用索具垫板机加工斜面角度去抵消锚管整体装配角度的误差。从而避免了因角度误差过大将整体锚腹板组件进行返工的尴尬。

摘要：苏格兰福斯桥 (Forth Replacement Crossing) , 坐落于英国苏格兰爱丁堡附近福斯海湾。该桥总长度2100米, 分为主通航区与引桥部分, 引桥为连续梁, 主通航区部分为三塔四跨双索面、钢硂叠合梁斜拉桥, 是目前英国第一大斜拉索桥。该桥箱梁宽度30.28米, 高4.5米。该项目制造标准按欧标BS EN 1090-2:2008执行。上海振华重工 (集团) 股份有限公司承接了该项目所有主跨钢箱梁及临时塔的详图设计、材料采购、制造、涂装与运输, 钢结构制造总吨位达3.2万吨。

关键词：苏格兰福斯桥,核心制造技术