一种超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法与流程

1.本发明涉及固定建筑物中的桥梁建造技术领域，具体涉及一种超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法。


背景技术：

2.开展低碳技术研究、坚持绿色设计原则、推广绿色建造技术、研发绿色施工装备，打造桥梁建造全产业链绿色发展链条，走出一条“绿色建桥，建绿色桥”的“双碳”发展之路迫在眉睫。桥梁设计及结构形式方面，钢结构桥塔不仅可充分利用其钢质材料低碳节能、施工速度快、可回收利用等优点，还可满足自重轻、抗震性能好、易于造型等特定要求，十分契合当下绿色设计的理念。
3.常泰长江大桥主塔塔顶高程362m，上塔柱钢桥塔外轮廓为八边形，截面尺寸13m
×
13m～16m
×
16m，受桥位架设吊机起重能力限制，需将各塔段纵横向向划分为多块体分别进行制造、发运及吊装。而钢桥塔塔段间均为全焊连接，桥位高空吊装后既要施焊同段块体间纵向对接焊缝，又要完成塔段间横向对接焊缝的焊接，但其壁板多为厚板，且塔段截面尺寸很大，使得工地焊接工作量极大。当采用传统密集人工进行工地焊接时，不仅劳动强度大、施工效率低，且其高空作业焊接质量稳定性和钢塔柱整体安装精度较差，因此提升超大截面钢结构桥塔工地焊接自动化率、控制其高空作业焊接质量并保证多塔段连续匹配安装精度是钢桥塔绿色建造中的关键技术，也成为亟需解决的重大难题。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明提供一种超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，提升超大截面钢结构桥塔工地焊接自动化率、控制其高空作业焊接质量并保证多塔段连续安装精度。
5.技术方案：本发明提供的一种超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，所焊接的超大截面钢结构桥塔包括下层塔段、中间塔段、上层塔段；所述下层塔段包括钢混组合块体、承压板块体、边侧块体和核芯砼块体；所述中间塔段包括边侧块体和核芯砼块体，所述上层塔段包括塔冠块体；
6.所述钢混组合块体、承压板块体和塔冠块体均包括四块位于四角处的第一角壁板和四块第一外壁板；第一外壁板的两端分别连接两个第一角壁板，在第一角壁板和第一外壁板的内侧面均设有若干等间距设置且沿塔高方向延伸的板型加劲肋。所述边侧块体包括一块第二外壁板、位于两角的两块第二角壁板、两块第一侧壁板和若干边侧块体隔板，第二角壁板连接于第二外壁板及一块侧壁板之间，在第二外壁板、第二角壁板、第一侧壁板的内侧面均设有若干等间距设置且沿塔高方向延伸的板型加劲肋；所述核芯砼块体包括两块锚腹板、两块第二侧壁板和若干核芯砼隔板，在锚腹板和第二侧壁板的内侧面均设有若干等间距设置且沿塔高方向延伸的t型加劲肋；
7.所述超大截面钢结构桥塔塔段间均为全焊连接，桥位高空吊装后既要施焊同段块
体间纵向对接焊缝，又要完成塔段间横向对接焊缝的焊接，当采用传统密集人工进行工地焊接时，不仅劳动强度大、施工效率低，并且焊缝一次探伤合格率和钢塔柱整体安装精度差强人意。为此本发明设计一种适合超大截面钢桥塔工地自动化焊接方法，采用无轨导爬行焊接机器人联合熔化极气保焊设备(博清bot-wta20-322焊接设备)，根据特定的焊接顺序及对接焊缝交汇点质量控制步骤，依序对钢桥塔各预设工地焊接坡口完成自动化焊接作业。该自动化焊接方法包括如下步骤：
8.s1、吊装桥塔下层塔段钢混组合块体和承压板块体，匹配块体间横向接口，控制接口错边、间隙和线形，并采用对接马板将横向接口在塔内侧马固；
9.s2、采用无轨导爬行焊接机器人对焊接坡口进行激光扫描识别，预走合格后开始焊接；首先分中对称施焊钢混组合块体和承压板块体的第一角壁板间横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，随后分中对称焊接块体第一外壁板、第二外壁板、第一侧壁板间横位对接焊缝；
10.s3、吊装桥塔下层塔段边侧块体和核芯砼块体，匹配块体间纵向接口和横向接口，控制接口错边、间隙和线形,并采用对接马板将纵横向接口在塔内侧马固；
11.s4、采用无轨导爬行焊接机器人首先分中对称施焊钢塔隔板与锚腹板间贴角焊缝，随后分中对称施焊上下塔段角壁板及第二角壁板间横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，然后分中对称施焊上下塔段第一外壁板、第二外壁板、第一侧壁板、第二侧壁板锚腹板间横位对接焊缝，紧接着焊接第一侧壁板、第二侧壁板间立位对接焊缝；
12.s5、吊装桥塔上一层边侧块体和核芯砼块体，匹配块体间纵向接口和横向接口，控制接口错边、间隙和线形，并采用对接马板将纵横向接口在塔内侧马固；
13.s6、采用无轨导爬行焊接机器人首先分中对称施焊钢塔隔板与锚腹板间贴角焊缝，对上下塔段壁板间周圈横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，然后焊接第一侧壁板、第二侧壁板间立位对接焊缝，并在对接焊缝交汇点修磨出环缝对接坡口，紧接着分中对称施焊上下塔段第一角壁板、第二角壁板间横位对接焊缝剩余焊道，最后分中对称施焊上下塔段第一外壁板、第二外壁板、第一侧壁板、第二侧壁板和锚腹板间横位对接焊缝剩余焊道；
14.s7、重复s5和s6步骤，直到完成中间塔段工地焊接完成；
15.s8、吊装桥塔上层塔段的塔冠块体，匹配块体间横向接口，控制接口错边、间隙和线形，并采用对接马板将纵横向接口在塔内侧马固；
16.s9、采用无轨导爬行焊接机器人首先分中对称施焊塔冠块体和边侧块体的第一角壁板间横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，随后分中对称焊接块体第一外壁板、第二外壁板、第一侧壁板、第二侧壁板间横位对接焊缝，然后完成中间塔段的最上一层塔段预留纵向对接焊缝的焊接。
17.进一步地，所述桥塔块体吊装精确定位后，对局部错边量超差部位采用顶压装置进行接口的调平，壁板间错边量不超过1mm，焊接坡口根部间隙公差不超过2mm；
18.进一步地，所述对无轨导爬行焊接机器人在施焊前需对焊接坡口进行激光扫描识别，扫描后不起弧预行走1米以判定焊接机器人爬行状态，若在焊缝宽度方向行走偏差超过3mm，则需对机器人底部永磁体旋钮进行调节，预走合格后开始施焊；
19.进一步地，所述第一侧壁板、第二侧壁板间纵向对接焊缝采用预留根部间隙的对
称x型焊接坡口设计，焊接过程中焊缝两侧交替施焊，且单塔段纵向对接焊缝顶端1.5m范围内预留不焊，待下一塔段吊装定位后，上塔段从下塔段纵缝熄弧部位搭接并焊接至中间塔段端部1.5m处，以此类推，不仅便于下塔段环口精匹配调节，更有效避免其在对接焊缝交汇点起熄弧；
20.进一步地，所述第一侧壁板、第二侧壁板间纵向对接焊缝顶端预留时，采用阶梯式熄弧，每层焊道间熄弧错开约10mm，熄弧部位打磨成1:5过渡斜坡；
21.进一步地，所述第一侧壁板、第二侧壁板间纵向对接焊缝第一道打底焊接时，焊接机器人控制程序调用直流反接co2气体保护焊接模式，焊枪角度后倾3-5
°
，气保焊焊接材料选用药芯焊丝t494t1-1c1auh5(φ1.2)，焊接电流为120-130a，电弧电压为20-22v，焊速为60-70mm/min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为6-8mm，摆动频次为55-60次/min，左右停均为0.5s；
22.进一步地，所述边侧块体与核芯砼块体的侧壁板间纵向对接焊缝填充盖面焊接时，焊接机器人控制程序调用直流反接co2气体保护焊接模式，焊枪角度前倾2-3
°
，气保焊焊接材料选用药芯焊丝t494t1-1c1auh5(φ1.2)，焊接电流为150-160a，电弧电压为22-24v，焊速为85-95mm/min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为10-12mm，摆动频次为35-40次/min，左右停均为1.0s；
23.进一步地，所述塔段间壁板横向对接焊缝采用非对称k型坡口，为控制焊接变形，先将外侧焊缝填充一半，然后清根并填满内侧焊缝，再焊完外侧焊缝，两侧交替施焊，并在焊接过程中全程监控焊接变形，根据监控测量数据，及时调整焊接顺序，控制塔柱垂直度；
24.进一步地，所述塔段间壁板横向对接焊缝第一道打底焊接时，焊接机器人控制程序调用自动脉冲富氩气体保护焊接模式，焊枪角度后倾6-8
°
，焊接材料选用实心焊丝g55a4uc1zsn2(φ1.2mm)，保护气体为体积比80％ar和体积比20％co2，打底焊接电流为140-150a，电弧电压为20-22v，焊速为80-90mm/min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为2-3mm，摆动频次为55-60次/min，左右停均为0.5s；
25.进一步地，所述塔段间壁板横向对接焊缝填充盖面焊接时，焊接机器人控制程序调用直流反接co2气体保护焊接模式，焊枪角度后倾4-6
°
，焊接材料选用药芯焊丝t494t1-1c1auh5(φ1.2)，焊接电流为160-170a，电弧电压为22-24v，焊速为260-280mm/min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为3-4mm，摆动频次为35-40次/min，左右停均为1.0s。
26.有益效果：本发明的超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，其采用无轨导爬行焊接机器人自动化坡口识别和自适应摆弧工艺，根据特定焊接顺序及对接焊缝交汇点质量控制步骤，依序对钢桥塔各预设工地焊接坡口完成高空焊接作业，不仅显著提升钢结构桥塔工地焊接施工效率、大幅缩短架设工期，更有效地保证高空焊接质量稳定性和多塔段连续匹配安装精度。有力推动自动化焊接工艺在钢桥塔架设中的应用，加速桥梁建造技术向绿色低碳转型。
附图说明
27.图1是本发明中超大截面钢桥塔的整体结构示意图；
28.图2是本发明中钢桥塔下层塔段的结构示意图；
29.图3是本发明中钢桥塔中间标准塔段的结构示意图；
30.图4是本发明中钢桥塔上层塔段的结构示意图；
31.图5是本发明中边侧块体与核芯砼块体侧壁板间纵向对接焊缝的焊接坡口型式示意图，图中，字母t表示壁板板厚；
32.图6是本发明中塔段间壁板横向对接焊缝的焊接坡口型式示意图，图中，字母t表示壁板板厚；
33.图7是本发明中钢桥塔壁板对接焊缝交汇点质量控制示意图；
34.图8是本发明中钢桥塔承压板块体与钢混块体间工地焊接顺序示意图，图中，数字序号
①‑②
表示焊接顺序，箭头指向为焊接方向；
35.图9是本发明中钢桥塔下层塔段边侧块体、核芯砼块体与承压板块体间工地焊接顺序示意图，图中，数字序号
①‑④
表示焊接顺序，箭头指向为焊接方向；
36.图10是本发明中钢桥塔中间标准塔段间桥位焊接顺序示意图，图中，数字序号
①‑④
表示焊接顺序，箭头指向为焊接方向；
37.图11是本发明中钢桥塔上层塔段与中间塔段间桥位焊接顺序示意图，图中，数字序号
①‑②
表示焊接顺序，箭头指向为焊接方向。
38.图中：1、下层塔段；2、中间塔段；3、上层塔段；4、塔冠块体；5、钢混组合块体；6、承压板块体；7、边侧块体；8、核芯砼块体；9、第一外壁板；10、第一角壁板；11、第一侧壁板；12、锚腹板；13、边侧块体隔板；14、板型加劲肋；15、t型加劲肋；16、块体间纵向接口；17、块体间横向接口；18、边侧块体与核芯砼块体侧壁板间纵向对接焊缝；19、塔段间壁板横向对接焊缝；20、对接焊缝交汇点；21、阶梯式熄弧；22、第二外壁板；23、第二角壁板；24、第二侧壁板；25、核芯砼隔板。
具体实施方式
39.下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
40.实施例
41.本实施例中超大截面钢结构桥塔如图1所示，包括t1～t10共十个塔段，所述最下层t1塔段1包括钢混组合块体5、承压板块体6、两个边侧块体7和核芯砼块体8；承压板块体6承载于钢混组合块体5之上，两个边侧块体7和核芯砼块体8承载于承压板块体6之上；两个边侧块体7和核芯砼块体8承载于承压板块体6之上，核芯砼块体8位于两个边侧块体7之间；所述t2～t9塔段2均包括两个边侧块体7和位于两个边侧块体7之间的核芯砼块体8；所述最上层t10塔段3包括塔冠块体4。
42.所述钢混组合块体5、承压板块体6和塔冠块体4均包括四块位于四角处的第一角壁板10和四块第一外壁板9；第一外壁板9的两端分别连接两个第一角壁板10，在第一角壁板10和第一外壁板9的内侧面均设有若干等间距设置且沿塔高方向延伸的板型加劲肋14。所述边侧块体7包括一块第二外壁板22、位于两角的两块第二角壁板23、两块第一侧壁板11和若干边侧块体隔板13，第二角壁板23连接于第二外壁板22及一块侧壁板11之间，在第二外壁板22、第二角壁板23、第一侧壁板11的内侧面均设有若干等间距设置且沿塔高方向延伸的板型加劲肋14；所述核芯砼块体8包括两块锚腹板12、两块第二侧壁板24和若干核芯砼
隔板25，在锚腹板12和第二侧壁板24的内侧面均设有若干等间距设置且沿塔高方向延伸的t型加劲肋15。
43.本实施例中，所述超大截面钢结构桥塔塔段间均为全焊连接，桥位高空吊装后既要施焊同段块体间纵向对接焊缝，又要完成塔段间横向对接焊缝的焊接，当采用传统密集人工进行工地焊接时，不仅劳动强度大、施工效率低，并且焊缝一次探伤合格率和钢塔柱整体安装精度差强人意。为此本发明设计一种适合超大截面钢桥塔工地自动化焊接方法，采用无轨导爬行焊接机器人联合熔化极气保焊设备(博清bot-wta20-322焊接设备)，根据特定的焊接顺序及对接焊缝交汇点质量控制步骤，依序对钢桥塔各预设工地焊接坡口完成自动化焊接作业。具体步骤如下：
44.s1、吊装桥塔t1塔段的钢混组合块体5和承压板块体7，精匹配块体间横向接口17，重点控制接口错边、间隙和线形,对局部错边量超差部位采用顶压装置进行接口的调平，保证相邻接口错边量在公差允许范围内，壁板间错边量不得超过1mm，焊接坡口根部间隙公差不得超过2mm。并采用对接马板将横向接口在塔内侧马固，同时将横向接口周围35mm待焊区域内的污垢、涂层等打磨清除，使其表面显露出金属光泽；
45.s2、采用无轨导爬行焊接机器人对焊接坡口进行激光扫描识别，扫描后不起弧预行走1米以判定焊接机器人爬行状态，若在焊缝宽度方向行走偏差超过3mm，则需对机器人底部永磁体旋钮进行调节，预走合格后开始施焊。首先分中对称施焊钢混组合块体5和承压板块体6的第一角壁板10间横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，随后分中对称焊接块体第一外壁板9、第二外壁板22、第一侧壁板11间横位对接焊缝，待壁板间对接焊缝探伤合格后，依次完成嵌补段角接焊缝和对接焊缝的焊接，焊接顺序与壁板环缝保持一致；
46.s3、吊装桥塔t1塔段边侧块体7和核芯砼块体8，精匹配块体间纵向接口16和横向接口17，重点控制接口错边、间隙和线形,并采用对接马板将纵横向接口在塔内侧马固，同时将纵横向接口周围35mm待焊区域内的污垢、涂层等打磨清除，使其表面显露出金属光泽；
47.s4、采用无轨导爬行焊接机器人首先分中对称施焊钢塔核芯砼隔板25与锚腹板12间贴角焊缝，随后分中对称施焊上下塔段第二角壁板23间横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，然后分中对称施焊上下塔段第二外壁板22、第一侧壁板11和锚腹板12间横位对接焊缝，紧接着焊接边侧块体7与核芯砼块体8的第二侧壁板24间立位对接焊缝，待壁板、锚腹板间对接焊缝探伤合格后，依次完成嵌补段角接焊缝和对接焊缝的焊接，焊接顺序与壁板环缝保持一致；
48.s5、吊装桥塔上一层边侧块体7和核芯砼块体8，精匹配块体间纵向接口16和横向接口17，重点控制接口错边、间隙和线形,并采用对接马板将纵横向接口在塔内侧马固，同时将纵横向接口周围35mm待焊区域内的污垢、涂层等打磨清除，使其表面显露出金属光泽；
49.s6、采用无轨导爬行焊接机器人首先分中对称施焊钢塔核芯砼隔板25与锚腹板12间贴角焊缝，随后按照图10所示焊接方向分中打底焊接(两道)上下塔段壁板间周圈横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，然后焊接边侧块体7与核芯砼块体8的第二侧壁板24间立位对接焊缝，并在对接焊缝交汇点修磨出环缝对接坡口，紧接着分中对称施焊上下塔段第一角壁板23间横位对接焊缝剩余焊道，最后分中对称施焊上下塔段第二外壁板22、第一侧壁板11和锚腹板12间横位对接焊缝剩余焊道，待待壁板、锚腹板间对接焊缝探伤合格后，依次完成嵌补段角接焊缝和对接焊缝的焊接，焊接顺序与壁板环缝保持一致；
50.s7、重复s5和s6步骤，直到完成t9塔段工地焊接完成；
51.s8、吊装桥塔t10塔段塔冠块体，精匹配块体间横向接口17，重点控制接口错边、间隙和线形,并采用对接马板将横向接口在塔内侧马固，同时将横向接口17周围35mm待焊区域内的污垢、涂层等打磨清除，使其表面显露出金属光泽；
52.s9、采用无轨导爬行焊接机器人首先分中对称施焊塔冠块体4和边侧块体7的第一角壁板10间横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，随后分中对称焊接块体第二外壁板22、第一侧壁板11间横位对接焊缝，然后完成t9塔段1.5m预留纵向对接焊缝的焊接，待壁板间对接焊缝探伤合格后，依次完成嵌补段角接焊缝和对接焊缝的焊接，焊接顺序与壁板环缝保持一致。
53.步骤s2、s4、s6、s9中所述塔段间壁板横向对接焊缝19采用非对称k型坡口，为控制焊接变形，先将外侧焊缝填充一半，然后清根并填满内侧焊缝，再焊完外侧焊缝，两侧交替施焊，在焊接过程中全程监控焊接变形，根据监控测量数据，及时调整焊接顺序，控制塔柱垂直度。
54.步骤s4、s6中所述边侧块体与核芯砼块体侧壁板间纵向对接焊缝18采用预留根部间隙的对称x型焊接坡口设计，焊接过程中焊缝两侧交替施焊，且单塔段纵向对接焊缝顶端1.5m范围内预留不焊，待下一塔段吊装定位后，上塔段从下塔段纵缝熄弧部位搭接并焊接至本塔段端部1.5m处，以此类推，不仅便于下塔段环口精匹配调节，更有效避免其在对接焊缝交汇点起熄弧。
55.步骤s4、s6中所述边侧块体与核芯砼块体侧壁板间纵向对接焊缝18顶端预留时，采用阶梯式熄弧，每层焊道间熄弧错开约10mm，阶梯式熄弧示意见图7，熄弧部位打磨成1:5过渡斜坡。
56.步骤s4、s6中所述边侧块体与核芯砼块体侧壁板间纵向对接焊缝18第一道打底焊接时，机器人控制程序调用直流反接co2气体保护焊接模式，焊枪角度后倾3-5
°
，气保焊焊接材料选用药芯焊丝t494t1-1c1auh5(φ1.2)，焊接电流为120-130a，电弧电压为20-22v，焊速为60-70mm/min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为6-8mm，摆动频次为55-60次/min，左右停均为0.5s。
57.步骤s4、s6中所述边侧块体与核芯砼块体侧壁板间纵向对接焊缝18填充盖面焊接时，机器人控制程序调用直流反接co2气体保护焊接模式，焊枪角度前倾2-3
°
，气保焊焊接材料选用药芯焊丝t494t1-1c1auh5(φ1.2)，焊接电流为150-160a，电弧电压为22-24v，焊速为85-95mm/min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为10-12mm，摆动频次为35-40次/min，左右停均为1.0s。
58.步骤s2、s4、s6、s9中所述塔段间壁板横向对接焊缝19第一道打底焊接时，机器人控制程序调用自动脉冲富氩气体保护焊接模式，焊枪角度后倾6-8
°
，焊接材料选用实心焊丝g55a4uc1zsn2(φ1.2mm)，保护气体为体积比80％ar和体积比20％co2，打底焊接电流为140-150a，电弧电压为20-22v，焊速为80-90mm/min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为2-3mm，摆动频次为55-60次/min，左右停均为0.5s。
59.步骤s2、s4、s6、s9中所述塔段间壁板横向对接焊缝19填充盖面焊接时，机器人控制程序调用直流反接co2气体保护焊接模式，焊枪角度后倾4-6
°
，焊接材料选用药芯焊丝t494t1-1c1auh5(φ1.2)，焊接电流为160-170a，电弧电压为22-24v，焊速为260-280mm/
min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为3-4mm，摆动频次为35-40次/min，左右停均为1.0s。

技术特征：
1.一种超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，所焊接的超大截面钢结构桥塔包括下层塔段(1)、中间塔段(2)、上层塔段(3)；所述下层塔段(2)包括钢混组合块体(5)、承压板块体(6)、边侧块体(7)和核芯砼块体(8)；所述中间塔段(2)包括边侧块体(7)和核芯砼块体(8)，所述上层塔段(3)包括塔冠块体(4)；所述钢混组合块体(5)、承压板块体(6)和塔冠块体(4)均包括四块位于四角处的第一角壁板(10)和四块第一外壁板(9)；第一外壁板(9)的两端分别连接两个第一角壁板(10)，在第一角壁板(10)和第一外壁板(9)的内侧面均设有若干等间距设置且沿塔高方向延伸的板型加劲肋(14)；所述边侧块体(7)包括一块第二外壁板(22)、位于两角的两块第二角壁板(23)、两块第一侧壁板(11)和若干边侧块体隔板(13)，第二角壁板(23)连接于第二外壁板(22)及一块侧壁板(11)之间，在第二外壁板(22)、第二角壁板(23)、第一侧壁板(11)的内侧面均设有若干等间距设置且沿塔高方向延伸的板型加劲肋(14)；所述核芯砼块体(8)包括两块锚腹板(12)、两块第二侧壁板(24)和若干核芯砼隔板(25)，在锚腹板(12)和第二侧壁板(24)的内侧面均设有若干等间距设置且沿塔高方向延伸的t型加劲肋(15)；该自动化焊接方法包括如下步骤：s1、吊装桥塔下层塔段(2)钢混组合块体(5)和承压板块体(6)，匹配块体间横向接口(17)，控制接口错边、间隙和线形，并采用对接马板将横向接口在塔内侧马固；s2、采用无轨导爬行焊接机器人对焊接坡口进行激光扫描识别，预走合格后开始焊接；首先分中对称施焊钢混组合块体(5)和承压板块体(6)的第一角壁板(10)间横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，随后分中对称焊接块体第一外壁板(9)、第二外壁板(22)、第一侧壁板(11)间横位对接焊缝；s3、吊装桥塔下层塔段边侧块体(7)和核芯砼块体(8)，匹配块体间纵向接口(16)和横向接口(17)，控制接口错边、间隙和线形,并采用对接马板将纵横向接口在塔内侧马固；s4、采用无轨导爬行焊接机器人首先分中对称施焊钢塔隔板(13)与锚腹板(12)间贴角焊缝，随后分中对称施焊上下塔段角壁板(10)及第二角壁板(23)间横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，然后分中对称施焊上下塔段第一外壁板(9)、第二外壁板(22)、第一侧壁板(11)、第二侧壁板(24)锚腹板(12)间横位对接焊缝，紧接着焊接第一侧壁板(11)、第二侧壁板(24)间立位对接焊缝；s5、吊装桥塔上一层边侧块体(7)和核芯砼块体(8)，匹配块体间纵向接口(16)和横向接口(17)，控制接口错边、间隙和线形，并采用对接马板将纵横向接口在塔内侧马固；s6、采用无轨导爬行焊接机器人首先分中对称施焊钢塔隔板(13)与锚腹板(12)间贴角焊缝，对上下塔段壁板间周圈横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，然后焊接第一侧壁板(11)、第二侧壁板(24)间立位对接焊缝，并在对接焊缝交汇点修磨出环缝对接坡口，紧接着分中对称施焊上下塔段第一角壁板(10)、第二角壁板(23)间横位对接焊缝剩余焊道，最后分中对称施焊上下塔段第一外壁板(9)、第二外壁板(22)、第一侧壁板(11)、第二侧壁板(24)和锚腹板(12)间横位对接焊缝剩余焊道；s7、重复s5和s6步骤，直到完成中间塔段工地焊接完成；s8、吊装桥塔上层塔段的塔冠块体，匹配块体间横向接口(17)，控制接口错边、间隙和线形，并采用对接马板将纵横向接口在塔内侧马固；s9、采用无轨导爬行焊接机器人首先分中对称施焊塔冠块体(4)和边侧块体(7)的第一
角壁板(10)间横位对接焊缝、打底焊缝焊接完成后拆除马板，随后分中对称焊接块体第一外壁板(9)、第二外壁板(22)、第一侧壁板(11)、第二侧壁板(24)间横位对接焊缝，然后完成中间塔段的最上一层塔段预留纵向对接焊缝的焊接。2.根据权利要求1所述的超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，其特征在于，所述桥塔块体吊装精确定位后，对局部错边量超差部位采用顶压装置进行接口的调平，壁板间错边量不超过1mm，焊接坡口根部间隙公差不超过2mm。3.根据权利要求1所述的超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，其特征在于，所述对无轨导爬行焊接机器人在施焊前需对焊接坡口进行激光扫描识别，扫描后不起弧预行走1米以判定焊接机器人爬行状态，若在焊缝宽度方向行走偏差超过3mm，则需对机器人底部永磁体旋钮进行调节，预走合格后开始施焊。4.根据权利要求1所述的超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，其特征在于，所述第一侧壁板(11)、第二侧壁板(24)间纵向对接焊缝采用预留根部间隙的对称x型焊接坡口设计，焊接过程中焊缝两侧交替施焊，且单塔段纵向对接焊缝顶端1.5m范围内预留不焊，待下一塔段吊装定位后，上塔段从下塔段纵缝熄弧部位搭接并焊接至中间塔段端部1.5m处。5.根据权利要求4所述的超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，其特征在于，所述第一侧壁板(11)、第二侧壁板(24)间纵向对接焊缝顶端预留时，采用阶梯式熄弧，每层焊道间熄弧错开约10mm，熄弧部位打磨成1:5过渡斜坡。6.根据权利要求4所述的超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，其特征在于，所述第一侧壁板(11)、第二侧壁板(24)间纵向对接焊缝第一道打底焊接时，焊接机器人控制程序调用直流反接co2气体保护焊接模式，焊枪角度后倾3-5
°
，气保焊焊接材料选用药芯焊丝t494t1-1c1auh5焊接电流为120-130a，电弧电压为20-22v，焊速为60-70mm/min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为6-8mm，摆动频次为55-60次/min，左右停均为0.5s。7.根据权利要求4所述的超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，其特征在于，所述第一侧壁板(11)、第二侧壁板(24)间纵向对接焊缝填充盖面焊接时，焊接机器人控制程序调用直流反接co2气体保护焊接模式，焊枪角度前倾2-3
°
，气保焊焊接材料选用药芯焊丝t494t1-1c1auh5焊接电流为150-160a，电弧电压为22-24v，焊速为85-95mm/min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为10-12mm，摆动频次为35-40次/min，左右停均为1.0s。8.根据权利要求1所述的超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，其特征在于，所述塔段间壁板横向对接焊缝(19)采用非对称k型坡口，为控制焊接变形，先将外侧焊缝填充一半，然后清根并填满内侧焊缝，再焊完外侧焊缝，两侧交替施焊。9.根据权利要求8所述的超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，其特征在于，所述塔段间壁板横向对接焊缝(19)第一道打底焊接时，焊接机器人控制程序调用自动脉冲富氩气体保护焊接模式，焊枪角度后倾6-8
°
，焊接材料选用实心焊丝g55a4uc1zsn2保护气体为体积比80％ar和体积比20％co2，打底焊接电流为140-150a，电弧电压为20-22v，焊速为80-90mm/min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为2-3mm，摆动频次为55-60次/min，左右停均为0.5s。10.根据权利要求8所述的超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，其特征在于，所
述塔段间壁板横向对接焊缝(19)填充盖面焊接时，焊接机器人控制程序调用直流反接co2气体保护焊接模式，焊枪角度后倾4-6
°
，焊接材料选用药芯焊丝t494t1-1c1auh5焊接电流为160-170a，电弧电压为22-24v，焊速为260-280mm/min，干伸长为12-18mm，气流量为25-30l/min，摆弧方式为锯齿形，摆宽为3-4mm，摆动频次为35-40次/min，左右停均为1.0s。

技术总结
本发明公开了一种超大截面钢结构桥塔工地自动化焊接方法，所述超大截面钢结构桥塔包括下层塔段、中间塔段和上层塔段；所述下层塔段包括钢混组合块体、承压板块体、边侧块体和核芯砼块体；所述中间塔段均包括边侧块体和核芯砼块体；所述上层塔段包括塔冠块体。所述超大截面钢结构桥塔塔段间均为全焊连接，桥位高空吊装后既要施焊同段块体间纵向对接焊缝，又要完成塔段间横向对接焊缝的焊接。为此本发明设计一种适合超大截面钢桥塔工地自动化焊接方法，采用无轨导爬行焊接机器人联合熔化极气保焊设备，根据特定的焊接顺序及对接焊缝交汇点质量控制步骤，依序对钢桥塔各预设工地焊接坡口完成自动化焊接作业。坡口完成自动化焊接作业。坡口完成自动化焊接作业。


技术研发人员：许子凡 倪金荣 吴江波 薛喆彦 魏兆桢
受保护的技术使用者：中铁宝桥集团有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/13