李澤銳 蘇蘭 石紅昌 黃安明

(德陽天元重工股份有限公司，四川618000)

收稿日期：2021-08-10

1 項目背景

懸索橋因跨越能力強、造型美觀、經(jīng)濟性高，成為超級橋梁工程的首選橋型[1]。索夾是緊箍懸索橋主纜索股并連接主纜與吊索的構(gòu)件[2]。目前，索夾通常采用鑄造成型，索夾中可能會存在一定量的鑄造缺陷，如氣孔、砂眼、針孔、冷隔、縮松、疏松、裂紋、變形等。鑄造工藝復(fù)雜，工人操作熟練程度要求高，產(chǎn)品報廢率相對較高。

我一聽到“最大限度”就發(fā)冷笑。無限不是更好嗎？干嘛給個限度？鼓號隊馬上就有模有樣地投入了排練，下午放學(xué)后練一小時，李支書差不多每天都來檢閱，只是表情一天比一天嚴峻。六一那天的議程首先是升旗，接著李支書致歡迎詞，來賓講話，學(xué)生隊列操，最后是類似現(xiàn)在叫親子游戲的活動。我以為他對村小準備的歡迎詞不滿意，親自修改了幾稿，把村委會的重視、學(xué)校近年的成績?nèi)焉先チ?。我以為他對主席臺正好面向廁所不開心，而且?guī)鶋ι系呢i牯圖案隱約可見，這好辦，樹起巨幅噴繪公益廣告牌擋住它，“再窮不能窮孩子”，打上三個感嘆號，襯托大字的是歡呼著迎面撲來的爛漫笑臉。彩排后，李支書嘴總算歪了一下，我還以為他會情不自禁打打油呢。

針對鑄造結(jié)構(gòu)索夾存在的上述不足，通過計算與試驗，研制了一種焊接式索夾，采用鋼板件焊接形成需要的索夾結(jié)構(gòu)，避免了采用常規(guī)索夾的鑄造過程，減小了預(yù)留的加工余量，提高材料利用率，減少加工量，同時還可根據(jù)橋位所處的環(huán)境需求，選擇合適的能滿足低溫沖擊韌性要求的鋼板，擴展懸索橋的應(yīng)用范圍。

2 焊接索夾結(jié)構(gòu)確定

根據(jù)吊索結(jié)構(gòu)的不同，索夾可分為騎跨式索夾與銷接式索夾兩種。鑄造索夾中，騎跨式索夾一般采用左右對合型結(jié)構(gòu)，銷接式索夾則多選用上下對合型結(jié)構(gòu)。

焊接索夾制造的主要工藝流程包括：鋼板件下料→索夾圓弧板卷板成形→鋼板件組裝焊接→焊后消應(yīng)熱處理→單半索夾粗加工→上下半索夾組合精加工→防護涂裝[5]→試裝配及包裝入庫。

在就診過程中，醫(yī)生發(fā)現(xiàn)一個細節(jié)，原來，從佳佳5歲時，媽媽就開始給她涂抹粉底、口紅等化妝品來打扮她。然而從12歲開始，一直在同齡人中“遙遙領(lǐng)先”的佳佳，身高停止了生長，并被其他同學(xué)迅速超過，今年已經(jīng)13歲的她身高只有1.4米。醫(yī)生分析，佳佳患上矮小癥可能與過早、長期接觸化妝品，日積月累導(dǎo)致雌激素過量攝入有關(guān)。

圖1 銷接式焊接索夾結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Schematic diagram of welding cable clampstructure by pin joint

3 焊接索夾材料選擇

3.1 鋼結(jié)構(gòu)材料

橋梁結(jié)構(gòu)中所采用的鋼材應(yīng)該按照JTG D64—2015《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》的要求選用滿足性能要求的材料，同時所用材料應(yīng)符合GB/T 1591—2018《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》或者GB/T 714—2015《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》要求。

一般鑄造索夾的材料采用ZG20Mn[3]，其屈服強度為285 MPa，其力學(xué)性能與Q345鋼接近，為保證索夾強度滿足要求并減輕索夾重量，焊接索夾的鋼材宜選用Q345鋼及以上等級的鋼；為滿足低溫性能要求，應(yīng)采用D級，如Q355D或Q345qD鋼，本次試驗選用Q355D鋼板作為焊接索夾的鋼結(jié)構(gòu)材料，根據(jù)GB/T 1591—2018，其化學(xué)成分和力學(xué)性能要求見表1、表2。

表1 Q355D化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 1 Chemical composition of Q355D(mass fraction, %)

表2 Q355D力學(xué)性能Table 2 Mechanical properties of Q355D

3.2 焊接材料

焊接索夾鋼板的材料采用Q355D，焊接應(yīng)選用與母材強度相當?shù)暮附硬牧?，并綜合考慮焊縫金屬的強度、韌性等性能符合要求，焊接索夾宜采用CO2氣體保護焊，選擇ER55-G、直徑?1.2 mm的實芯焊絲[4]進行焊接，選用的焊絲中含有足夠的脫氧元素Si和Mn，且含碳量較低，焊接過程中可有效地防止CO產(chǎn)生，ER55-G焊絲熔敷金屬化學(xué)成分、力學(xué)性能要求見表3、表4。

表3 ER55-G焊絲熔敷金屬化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 3 Chemical composition of metal depositedby ER55-G welding wire (mass fraction, %)

表4 ER55-G焊絲熔敷金屬力學(xué)性能Table 4 Mechanical properties of metal depositedby ER55-G welding wire

4 焊接索夾制造

參照鑄造索夾的構(gòu)造形式，對于焊接索夾，也可以設(shè)計出焊接的騎跨式索夾和銷接式索夾。不同的結(jié)構(gòu)各有其優(yōu)缺點，通過設(shè)計方案的對比，可為合適的結(jié)構(gòu)選擇提供參考。不論騎跨式還是銷接式焊接索夾，索夾的總體設(shè)計應(yīng)滿足JTG/T D65-05—2015《公路懸索橋設(shè)計規(guī)范》要求，本次通過數(shù)值模擬計算及加工工藝對比，選出索夾結(jié)構(gòu)合理、加工工藝簡單、使用壽命更長的索夾結(jié)構(gòu)形式，本次選出銷接式焊接索夾結(jié)構(gòu)中的最優(yōu)方案(結(jié)構(gòu)示意圖見圖1)來進行生產(chǎn)試制。

當面層的混凝土強度符合設(shè)計要求后，便可開展模板支架的拆除工作。對于疊合梁主梁，支架拆卸一般有三人同時進行，從主梁的一側(cè)向另一側(cè)逐漸拆除，拆卸下的部件從孔洞處排出。對于疊合梁主梁間及懸挑部分的支架模板，拆除工作往往需要采用高空作業(yè)設(shè)備輔助完成，進行拆除時也是按照一側(cè)向另一側(cè)的步驟進行，這樣可以避免模板支架在拆卸過程中突然大范圍的掉落。材料拆卸后，要較為整齊地放置在地面上。

4.1 鋼板件下料及成形

本研究特地區(qū)選取我院于2015年4月至2016年4月期間需進行輸血治療患者200例作為研究對象,每組100例,實驗組中女性68例,男性32例,年齡(18-67)歲,平均年齡(58.2±3.2)歲。對照組中女性69例,男性33例,年齡(20-68)歲,平均年齡(59.5±3.3)歲。兩組在基本資料的比較上,經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理,無顯著性差異,具有可比性。

(2)針對索夾圓弧板易出現(xiàn)扭曲變形的問題，焊接時在索夾內(nèi)孔增加半圓形防變形筋板(見圖5)，半圓形筋板與圓弧板內(nèi)壁緊密貼合后加固，以控制焊接過程中圓弧板的變形，從而保證索夾內(nèi)孔有均勻的加工余量。

在索夾圓弧板卷制成形過程中，為保證成形后圓弧板的精度，將上、下半索夾圓弧板進行整體成形(見圖2)，按整圓進行彎曲成形，成形后用樣板檢查，保證成形后的不圓度在1 mm以內(nèi)。

本項目焊接索夾中采用的鋼板件為碳鋼板，板厚為30～160 mm，采用火焰切割引起的熱變形不大，可以保證切割精度，所以，本項目常規(guī)板件的加工采用數(shù)控火焰切割下料。

圖2 索夾圓弧板卷制成形Figure 2 Arc plate rolling molding for cable clamp

4.2 鋼板件組裝焊接及焊后消應(yīng)熱處理

焊接索夾的主要接頭布置如圖3所示，受拉力作用的焊縫接頭為耳板與連接塊之間的接頭1，以及連接塊與圓弧環(huán)板之間的接頭2，焊縫接頭1和接頭2由于承受拉應(yīng)力，為受力焊縫，故此兩處焊縫采用熔透對接焊縫。圓弧環(huán)板與支板之間的焊縫以及平板與支板之間的焊縫(接頭4～接頭8)均為承壓焊縫，該處的焊縫采用角焊縫。

圖3 焊接索夾接頭布置圖Figure 3 Layout of welding cable clamp joint

在焊接加工前，根據(jù)產(chǎn)品的接頭形式，以及GB/T 19869.1—2005《鋼、鎳及鎳合金的焊接工藝評定試驗》中規(guī)定的焊接評定試板的認可范圍，確定需要做4組焊接評定試板用于覆蓋焊接索夾所有的接頭形式。焊接評定采用與產(chǎn)品相同的焊接材料和焊接方法，即選用Q355D鋼板，采用CO2氣體保護焊焊接，焊接工藝評定方案見表5。

表5 焊接工藝評定方案Table 5 Welding procedure evaluation scheme

按照焊接工藝評定方案進行試板焊接，試板檢測合格后，根據(jù)要求對試板進行解剖，檢測其力學(xué)性能合格后，其焊接參數(shù)才可用于指導(dǎo)后續(xù)焊接索夾的焊接。

焊接索夾焊接過程中存在以下幾個控制難點：

(2)焊接索夾的焊接量大，導(dǎo)致焊接應(yīng)力大，使索夾圓弧板出現(xiàn)扭曲變形，致使索夾內(nèi)孔加工余量不足。

(1)索夾承壓臺面與中分面的間距不易控制，易導(dǎo)致加工后中分面或承壓臺面鋼板厚度不滿足設(shè)計要求。

(3)焊接易使索夾下半耳板出現(xiàn)焊接變形，導(dǎo)致焊后耳板兩側(cè)面加工量分布不均勻。

針對焊接過程中的控制難點，采取了以下控制措施：

(1)為保證索夾中分面及承壓臺面的鋼板在加工后仍能滿足設(shè)計要求的厚度，首先在下料環(huán)節(jié)就對該部位的豎向筋板尺寸進行修正，保證裝焊后中分面與承壓臺面間的距離比理論值小2～3 mm，從而保證該部位在加工后鋼板厚度不小于圖紙要求，焊接索夾組裝時尺寸控制見圖4。

圖4 焊接索夾組裝時尺寸控制Figure 4 Dimension control for welding clampsduring assembly

滾壓卷制成形是一種節(jié)材、節(jié)能、高效的金屬成形工藝，通過成形軋輥把卷材、帶材等金屬板帶冷彎成形，以制成特定斷面。在成形過程中，胚料厚度變化小，外形精度高，同時卷制成形相對于機械加工成形切損少，材料利用率高，可以降低材料總成本，所以焊接索夾中的圓弧板采用滾壓卷制工藝成形。但是圓弧板卷制成形時容易出現(xiàn)偏差，易導(dǎo)致焊接后索夾的壁厚不均勻。

圖5 索夾內(nèi)孔裝焊防變形拉筋Figure 5 Welding anti-deformation tie piecein the inner hole of the cable clamp

(3)針對索夾下半耳板易出現(xiàn)焊接變形的情況，組裝耳板前首先將耳板以外的所有鋼板組裝焊接并校正后，再進行耳板組裝，在耳板焊接過程中，進行多次翻身對稱施焊，保證焊后耳板的變形量在允許范圍內(nèi)。

焊接完成后對焊接索夾整體進行焊后消應(yīng)退火熱處理，退火的進爐溫度≤200℃，升溫速度≤70℃/h，爐溫升至560℃后保溫4 h，降溫速度≤50℃/h，出爐溫度≤300℃。工件進行焊后熱處理的目的是：消除或降低焊接殘余應(yīng)力，控制后續(xù)加工過程中的變形；軟化焊接熱影響區(qū)的淬硬組織，提高焊接接頭韌性；促使殘余氫逸出；提高結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性，增強接頭抵抗應(yīng)力腐蝕的能力。

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4.3 焊接索夾加工

焊接索夾在完成焊接和焊后消應(yīng)熱處理工序后，將轉(zhuǎn)入機加工序，索夾加工時先粗加工上、下半塊索夾的結(jié)合面、螺桿孔承壓臺上平面；然后將兩半索夾配對組合，粗加工索夾內(nèi)孔和兩端面；粗加工后拆開兩半索夾，分別精加工半塊索夾的結(jié)合面、消氣槽及螺桿孔承壓臺上平面；然后再將兩半索夾配對組合，精加工內(nèi)孔、螺桿孔、耳板面及鋼銷孔。

這幾天她呆在烏七八糟的村里膩味死了，就想著再去城里。她告訴柳紅，在城里女人比男人不知強多少倍，錢太好掙了。柳紅不懂。問她怎么掙錢?。刻K秋琴朝她白白眼，反問道：“你說女人靠什么掙錢啊？”柳紅被噎得半天吭不出聲來。

由于索夾螺栓孔數(shù)量多，加工時位置度不易保證。為了保障索夾螺孔位置尺寸，生產(chǎn)中采取在數(shù)控設(shè)備上預(yù)鉆定位螺孔孔位的方式控制螺孔位置精度；為了保證兩半索夾用螺栓連接時順利穿入連接孔鎖緊索夾，在加工中采取兩半對合、劃線鉆孔方式，將上半鉆通，下半鉆50 mm左右深，拆開連接裝置，直接吊走已鉆好螺孔的上半索夾后，對下半索夾用已鉆50 mm深孔導(dǎo)向鉆通，從而保證兩半索夾的螺栓孔位置度。

王熙鳳冷眼旁觀，見這寒門女子大方有節(jié)，不像她那“被酒糟透”的父母，也不像事事拎不清的邢夫人，反倒憐惜她起來，不由得要多疼愛一些。

5 結(jié)語

通過焊接索夾制造，發(fā)現(xiàn)焊接索夾比鑄造索夾少了毛坯鑄造工序，同時增加了大量的焊接工作。在原材料的應(yīng)用方面，鑄鋼索夾采用的材料一般為鑄造合金鋼，而焊接索夾可采用低合金高強度鋼，或者橋梁用結(jié)構(gòu)鋼。鋼板的綜合性能較鑄鋼件有較大幅度的提升。鋼板通過下料、成形、組裝、焊接等工序完成焊接索夾的制造，工藝路線合理可行。但是由于焊接索夾增加了大量的焊縫，焊后存在較大的焊接殘余應(yīng)力，需要進行焊后退火去應(yīng)力處理。目前焊接索夾已成功應(yīng)用在新田長江大橋跨中部位SJ5類型索夾中。