1橋梁鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)化焊接的應(yīng)用現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)后，中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，促進(jìn)了公路、鐵路和城市交通體系的建設(shè)和完備，帶動(dòng)了橋梁建設(shè)快速發(fā)展和進(jìn)步。橋梁建設(shè)不僅滿足于功能性，還向高速、大跨度、重載、環(huán)保和美觀方向發(fā)展。我國(guó)先后建成了重慶朝天門(mén)長(zhǎng)江大橋、武漢天興洲長(zhǎng)江大橋、南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋、銅陵長(zhǎng)江大橋、蘇通長(zhǎng)江大橋、嘉紹大橋、杭州灣跨海大橋、青島海灣大橋、廈漳跨海大橋、湖南矮寨特大橋等許多有特色的拱橋、斜拉橋和懸索橋，目前正在興建港珠澳大橋、滬通長(zhǎng)江大橋、虎門(mén)二橋等超級(jí)橋梁建設(shè)工程，我國(guó)橋梁建設(shè)無(wú)論在數(shù)量、建設(shè)速度還是建造的規(guī)模上，都是其他國(guó)家在同一時(shí)期無(wú)法比擬的。

雖然我國(guó)在鋼橋設(shè)計(jì)、制造和架設(shè)等方面的技術(shù)水平有了大幅度提高，拉近了與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距，但應(yīng)清醒地看到，我們與發(fā)達(dá)國(guó)家的鋼橋建造還有一定差距，我國(guó)鋼橋建設(shè)的發(fā)展仍然極不平衡。截止到2012年底美國(guó)60萬(wàn)座橋梁中鋼橋占33%，日本13萬(wàn)座橋中鋼橋占41%，法國(guó)鋼橋占了橋梁總量的85%，而我國(guó)橋梁總數(shù)超過(guò)59萬(wàn)座，但鋼橋數(shù)量不足總量的1%，因此還有很大的發(fā)展空間。相對(duì)于我國(guó)鋼橋制造規(guī)模的不斷擴(kuò)大，鋼橋制造技術(shù)水平發(fā)展較慢，焊接工序主要采用埋弧焊和氣體保護(hù)

半自動(dòng)焊方法（或輔以跟蹤器焊接），仍主要依靠人工作業(yè)，與大量采用機(jī)器人焊接的工程機(jī)械、汽車(chē)等行業(yè)相比相對(duì)落后。在當(dāng)下，我們面臨制造業(yè)技術(shù)工人日益短缺和勞動(dòng)力成本逐步提高的現(xiàn)實(shí)，鋼橋制造行業(yè)自動(dòng)化焊接術(shù)革新勢(shì)在必行。

2橋梁鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)化焊接難點(diǎn)

（1）受構(gòu)件結(jié)構(gòu)影響難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接 大跨度桁架鋼橋設(shè)計(jì)美觀新穎，鋼梁桿件結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，不便于自動(dòng)化焊接。以南京大勝關(guān)橋MS26節(jié)點(diǎn)桿件為例（見(jiàn)圖1），該節(jié)點(diǎn)除了與下弦桿、加勁弦桿連接外，還與橋面板、橫梁、豎桿、斜桿、連接系桿件等相連接，共有45個(gè)螺栓連接孔群，連接關(guān)系復(fù)雜。由于受力大，*大板厚52mm，且多為熔透角焊縫和深坡口角焊縫，焊接量大。

受其空間結(jié)構(gòu)影響，箱型桿件內(nèi)部焊縫、整體節(jié)點(diǎn)間焊縫空間狹小，因此不能采用自動(dòng)化焊接。

（2）受焊接位置影響難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接 目前自動(dòng)化焊接以平位焊為主，少量立位、橫位焊縫也可以實(shí)現(xiàn)氣體保護(hù)焊自動(dòng)化焊接，但仰位焊縫還難以實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化。以港珠澳大橋鋼箱梁為例（見(jiàn)圖2），在梁段整體拼裝時(shí)，腹板、橫隔板與頂板仰位角焊縫不能采用自動(dòng)化焊接；受加勁肋構(gòu)造的影響，橫隔板、腹板與底板間角焊縫，橫隔板與腹板間角焊縫也不能采用自動(dòng)化焊接。

3橋梁鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)化焊接的關(guān)鍵技術(shù)

要想發(fā)展橋梁鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)化焊接，需要鋼橋設(shè)計(jì)師、自動(dòng)化設(shè)備研發(fā)單位、鋼結(jié)構(gòu)制造廠的密切配合，需要設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的橋梁構(gòu)件，焊接設(shè)備廠研發(fā)高精度的自動(dòng)化設(shè)備，鋼結(jié)構(gòu)制造廠對(duì)制造工藝深入研究，共同努力才能實(shí)現(xiàn)。下面以港珠澳大橋制造為例進(jìn)行說(shuō)明。

（1）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化 港珠澳大橋鋼箱梁板單元生產(chǎn)量大，大橋總共約40萬(wàn)t的板單元制造，工程量大，頂板、底板、腹板、橫隔板單元等同類(lèi)構(gòu)件的數(shù)量多，相同構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，非常適合進(jìn)行自動(dòng)化制造。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是保證港珠澳大橋制造實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接的前提。

在進(jìn)行橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要注意對(duì)局部細(xì)節(jié)的處理，應(yīng)便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。如在進(jìn)行橫隔板上加勁肋設(shè)計(jì)時(shí)，中間水平肋與豎向肋的間距如果較小，采用機(jī)器人焊接豎向肋時(shí)，由于水平肋妨礙焊槍通過(guò)，所以為保證焊縫的連續(xù)性，提高焊縫質(zhì)量，要保證肋間距在40mm，水平肋端部切角≥50°（見(jiàn)圖3）。

（2）研發(fā)高精度的自動(dòng)化焊接設(shè)備 高精度的自動(dòng)化設(shè)備是實(shí)現(xiàn)橋梁鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)化焊接的關(guān)鍵。由于橋梁鋼結(jié)構(gòu)受疲勞載荷，所以為了提高鋼橋的疲勞壽命，防止脆性斷裂，要求制造精度高，對(duì)焊縫外觀成形、內(nèi)部質(zhì)量和沖擊韌性要求高，這就需要采用具有高精度的焊接機(jī)器人設(shè)備來(lái)保證，因?yàn)闄C(jī)器人焊接設(shè)備具有接觸傳感、電弧跟蹤等功能。

（3）對(duì)制造工藝進(jìn)行深入研究 針對(duì)各種不同的橋梁結(jié)構(gòu)件，制造廠的工程師對(duì)其結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行深入研究，研發(fā)專(zhuān)用的加工設(shè)備，只有合理的工藝與先進(jìn)的設(shè)備相結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，從而促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提升和生產(chǎn)效率的提高。