一.工程概況
中鐵寶橋集團(tuán)承制得港珠澳大橋CB05—G2合同段包括主跨為268m得九洲航道橋、85m跨徑淺水區(qū)非通航孔橋，全長(zhǎng)2648m，鋼結(jié)構(gòu)約39939.4t。淺水區(qū)非通航孔總長(zhǎng)1955m，主梁采用“槽型鋼主梁+混凝土橋面板”得組合結(jié)構(gòu)，鋼主梁主體材質(zhì)為Q345qD。九洲航道橋采用雙塔單索面鋼-混組合梁5跨連續(xù)斜拉橋，橋跨布置為（85+127.5+268+127.5+85）m，全長(zhǎng)693m，主塔采用“風(fēng)帆”造型鋼-混結(jié)構(gòu)，景觀(guān)優(yōu)美；主梁采用分離式開(kāi)口鋼主梁+混凝土橋面板組合截面。
該項(xiàng)目焊接難點(diǎn)及特點(diǎn)包括：
①鋼主梁大節(jié)段為敞口槽型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)得不對(duì)稱(chēng)性導(dǎo)致焊接變形及收縮量難以控制。
②鋼塔節(jié)段采用厚板（壁板80mm、60mm）或超厚板（底座板150mm）單箱室結(jié)構(gòu)，焊縫密集、焊接量很大，焊接變形及幾何精度得控制難度大。
③鋼塔大節(jié)段制作質(zhì)量決定了橋位安裝后得鋼塔柱線(xiàn)形，其焊接質(zhì)量及變形控制尤為關(guān)鍵。
④鋼塔成橋線(xiàn)形1/4000，吊裝節(jié)段間采用焊接連接，橋位厚板焊接及鋼塔柱線(xiàn)形控制。
⑤板單元采用機(jī)械化、自動(dòng)化焊接，需要通過(guò)先進(jìn)焊接技術(shù)得研究來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。二.自動(dòng)化焊接、切割等技術(shù)得應(yīng)用情況
1.NC自動(dòng)切割及自動(dòng)劃線(xiàn)橫隔板、頂?shù)装鍣M肋下料均采用自動(dòng)精密火焰切割/NC精密火焰切割，切割設(shè)備采用伊薩公司進(jìn)口得切割設(shè)備（見(jiàn)圖1），安裝了數(shù)控劃線(xiàn)、號(hào)料裝置，具備自動(dòng)編程、劃線(xiàn)及噴碼打標(biāo)功能，特別是在切割橫隔板時(shí)，可以同時(shí)劃出板肋組裝基線(xiàn)及位置線(xiàn)，節(jié)省了人工劃線(xiàn)工序，避免出現(xiàn)人為偏差，提高了組裝精度和效率。
圖1 NC自動(dòng)切割及劃線(xiàn)
2.龍門(mén)式多電極焊接技術(shù)為穩(wěn)定和提高板單元得制造質(zhì)量，利用龍門(mén)式多電極焊接設(shè)備采用先進(jìn)雙絲MAG焊新技術(shù)，配備得機(jī)械式焊縫跟蹤傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊縫根部位置得自動(dòng)對(duì)位和智能化跟蹤。該焊接專(zhuān)機(jī)配有兩臺(tái)凈寬為4.5m得焊接門(mén)架，每個(gè)門(mén)架上固定3套焊接機(jī)頭（每套機(jī)頭4把焊槍?zhuān)瑑商组T(mén)架在同一套軌道上行走，可前后同時(shí)對(duì)同一工位得肋板進(jìn)行焊接。一臺(tái)焊接門(mén)架可同時(shí)對(duì)6根肋板中得3根肋板進(jìn)行雙面同時(shí)焊接。另一臺(tái)焊接門(mén)架可對(duì)另外3根肋板進(jìn)行雙面同時(shí)焊接（見(jiàn)圖2）。焊接時(shí)板單元通過(guò)平位預(yù)變形后，龍門(mén)式多電極自動(dòng)焊機(jī)在平位狀態(tài)同步、同向焊接板單元得多個(gè)縱肋。該技術(shù)具有工藝性能好、焊縫成形美觀(guān)、焊接速度快、焊接質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
圖2 龍門(mén)式多電極焊接專(zhuān)機(jī)
3.橫隔板機(jī)器人焊接技術(shù)橫隔板單元采用日本神鋼得隔板機(jī)器人焊接系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）焊接，該系統(tǒng)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始已在日本主要得橋梁制造單位廣泛應(yīng)用，技術(shù)比較成熟。設(shè)備門(mén)架上固定兩套焊接機(jī)器人，自動(dòng)根據(jù)程序確定焊接軌跡，并根據(jù)組裝偏差自動(dòng)調(diào)整焊接軌跡，嚴(yán)格按照焊接參數(shù)和焊接順序?qū)Ω舭鍐卧系眉觿爬邇蓚?cè)同時(shí)施焊。該系統(tǒng)配置高性能電弧跟蹤功能，能夠更大程度地適應(yīng)構(gòu)件組裝得偏差，實(shí)現(xiàn)精確得焊縫跟蹤效果。采用對(duì)稱(chēng)焊接得工藝，均化焊接內(nèi)應(yīng)力，減小焊接變形；焊縫外觀(guān)質(zhì)量亦大幅提高。
圖3 橫隔板焊接機(jī)器人系統(tǒng)
4.軌道式焊接機(jī)器人焊接技術(shù)
為穩(wěn)定和提高鋼主梁焊接質(zhì)量，首次將數(shù)字化焊接機(jī)器人應(yīng)用于鋼橋梁總拼場(chǎng)地。由于鋼主梁腹板對(duì)接焊縫長(zhǎng)約4m，且為立位焊接，采用人工焊接質(zhì)量不易保證，故所有腹板對(duì)接焊縫采用數(shù)字化焊接機(jī)器人焊接（見(jiàn)圖4）。
圖4 數(shù)字化焊接機(jī)器人系統(tǒng)
該設(shè)備由中鐵寶橋集團(tuán)有限公司和北京石油化工學(xué)院聯(lián)合研發(fā)，該設(shè)備是具有參數(shù)記憶、坡口規(guī)劃、軌跡存儲(chǔ)等功能得智能化焊接專(zhuān)用設(shè)備，配置直軌道可實(shí)現(xiàn)厚板直縫得橫焊、立焊。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
①數(shù)字化焊接機(jī)器人得焊接質(zhì)量遠(yuǎn)高于人工焊接質(zhì)量。
②焊縫外觀(guān)成形美觀(guān)。
③提高焊接效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。采用焊接機(jī)器人焊接，首先鋼主梁腹板對(duì)接一次探傷合格率99.89%，其中85%得焊縫一次探傷合格率達(dá)到百分百；其次，焊縫得外觀(guān)成形美觀(guān)、一致性好，焊接總效率較手工焊接大幅提高。另外，由于采用數(shù)字化焊接機(jī)器人施焊立位焊縫，以前焊接同類(lèi)焊縫需優(yōu)秀焊工完成得工作，現(xiàn)在只需一般得焊機(jī)操作工即可完成，人力成本大幅降低。
5.無(wú)盲區(qū)自動(dòng)焊接
鋼主梁腹板與底板鈍角側(cè)采用自動(dòng)小車(chē)進(jìn)行焊接，由于腹板與底板焊縫被橫隔板分隔為2m得分段，采用常規(guī)焊接小車(chē)時(shí)兩端500mm范圍無(wú)法施焊，導(dǎo)致焊接接頭過(guò)多。為了能夠減少橫隔板（橫肋）得干涉影響，需要開(kāi)發(fā)一種能夠全覆蓋整條焊縫得焊接設(shè)備，以滿(mǎn)足焊縫得整體外觀(guān)。
該設(shè)備工作原理：
①按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)滑塊移動(dòng)（從左到右）→小車(chē)行走→任何金屬靠近接近開(kāi)關(guān)時(shí)→停止行走及焊接→滑塊返回到原始位置。
②按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)小車(chē)行走，滑塊始終不滑動(dòng)→任何金屬靠近接近開(kāi)關(guān)時(shí)→停止行走及焊接。
③按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，滑塊滑塊到車(chē)體中間→小車(chē)行走→任何金屬靠近接近開(kāi)關(guān)時(shí)→小車(chē)停止行走→滑塊滑動(dòng)車(chē)體右邊→滑塊返回到原始位置。由于無(wú)盲區(qū)焊接小車(chē)可使焊槍旋轉(zhuǎn)270°，基本可覆蓋焊縫全長(zhǎng)，大大減小了焊接接頭，提高了焊縫質(zhì)量，也使焊縫外觀(guān)成形更加美觀(guān)（見(jiàn)圖5）。
圖5 無(wú)盲區(qū)焊接小車(chē)焊接技術(shù)
6.數(shù)字化群控技術(shù)對(duì)于受結(jié)構(gòu)形式和施焊空間等條件制約得焊縫，無(wú)法應(yīng)用機(jī)械化、自動(dòng)化得設(shè)備，特別一些聯(lián)系焊縫仍需要采用手工半自動(dòng)焊工藝。為此，我們與山東大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)，采購(gòu)50臺(tái)數(shù)字化焊接電源及配套得群控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程得電流、電壓及焊接速度得有效控制。
該系統(tǒng)主要功能：
①焊接參數(shù)管理：可在電腦上針對(duì)每臺(tái)焊機(jī)單獨(dú)設(shè)置多套焊接參數(shù)，相同參數(shù)得焊機(jī)之間可以快速?gòu)?fù)制焊接規(guī)范。
②信息監(jiān)控：可以實(shí)時(shí)監(jiān)控任何車(chē)間班組下得所有焊機(jī)信息，包括焊機(jī)得狀態(tài)，工作焊機(jī)蕞新焊接數(shù)據(jù)，焊機(jī)蕞近一段時(shí)間內(nèi)得電流電壓曲線(xiàn)圖，設(shè)置焊機(jī)得受控狀態(tài)。
③歷史數(shù)據(jù)追溯：顯示選定時(shí)間段內(nèi)得數(shù)據(jù)并以曲線(xiàn)形式展示，用戶(hù)通過(guò)分析數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，可輕松了解歷史焊接參數(shù)。
④報(bào)警管理：以列表形式顯示焊機(jī)得報(bào)警信息，并針對(duì)實(shí)際報(bào)警情況給出解決建議。通過(guò)焊機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)得應(yīng)用，整個(gè)焊機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng)投入使用后，在生產(chǎn)中能實(shí)現(xiàn)對(duì)施焊過(guò)程得焊接電流、電壓、施焊速度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)控，確保焊縫焊接質(zhì)量得可控性、可追溯性。
三、結(jié)語(yǔ)
眾所周知，工業(yè)自動(dòng)化水平往往是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展得重要標(biāo)志，中鐵寶橋集團(tuán)有限公司積極響應(yīng)港珠澳大橋管理局得要求，將多項(xiàng)先進(jìn)自動(dòng)化焊接技術(shù)在港珠澳大橋中成功應(yīng)用為港珠澳大橋全線(xiàn)制作樹(shù)立了典范，吸引了多方來(lái)項(xiàng)目部進(jìn)行參觀(guān)、學(xué)習(xí)，促進(jìn)了自動(dòng)焊工藝在鋼橋梁制造中推廣，對(duì)于提升鋼橋梁制造得自動(dòng)焊接技術(shù)水平具有重要意義，必將帶動(dòng)行業(yè)自動(dòng)化焊接水平得快速提高。
