1 概述
滬漢蓉快速鐵路引入合肥樞紐，在經開區和南淝河處跨越合寧高速公路，兩座主橋均采用下承式、等高度、連續鋼桁柔性拱橋，跨度均為（114.75+229.5+114.75）m，全長461m。主桁采用帶豎桿N 型三角桁架，節間長度12.75m，桁高15m，柔性拱采用圓曲線，矢高45m，矢跨比為1/4.5。橋面系采用正交異性板整體橋面， 道砟范圍內的橋面板采用（3+14）mm 的321- Q345qD 不銹鋼復合鋼板，與主桁之間采用高強螺栓連接。不銹鋼復合鋼板在我國是首次應用于鐵路鋼橋上，沒有任何制造經驗。橋面系標準截面橫斷面見圖1。正交異性不銹鋼復合鋼橋面板由橫梁、縱梁和不銹鋼復合鋼橋面板、U 肋和I 肋等組成，橋面板節段之間采用焊接，U 肋和I 肋的連接采用兩塊帶有摩擦面的高強螺栓連接。每節間縱向分成3 塊，橫向分成6 塊進行制造加工，分段圖見圖2。工廠制造時，首先制造板單元，然后進行總拼和預拼裝，然后運輸到橋位進行吊裝栓接。
2 正交異性不銹鋼復合鋼橋面板制造采用的新工藝和新技術
2.1 無余量精密切割下料技術
板單元制造過程中，采用了無余量精密切割下料技術。無余量精密切割下料技術是指采用數控或半自動精密切割設備，精確預留材料富余量后，將零件一次下料完成，無需二次切割加工的下料技術。采用無余量精密切割既充分考慮了制造過程中的收縮，又可最大限度地減少過多預留造成的材料浪費，還節省了大量勞動力。從板單元的整個生產流程看，焊接過程中的收縮量占整個收縮量的絕大部分，因此掌握焊接過程中的收縮量是關鍵。我們通過大量的模擬實驗和經驗積累，基本掌握了焊接收縮的變形規律。在板單元下料時在鋼板長、寬方向預留適當的收縮量，即可達到無余量下料的目的。其中不銹鋼復合鋼橋面板我們采用數控或半自動等離子切割機一次下料完成。
2.2 板單元無碼組裝胎技術
U 肋的組裝通過設計制作專用板單元無碼組裝胎來進行，這樣可以避免用碼板裝配定位而造成較大的裝配應力并修整大量的碼板焊縫，提高了裝配的精度和效率。U 肋之間的連接孔采用先孔法，即U肋折彎成型后，通過采用U 肋樣板翻轉鉆孔胎一次性完成設計孔徑。其關鍵在于：通過精確預留焊接收縮量和控制焊接順序，使焊后的U 肋連接孔距在允許偏差之內。
2.3 板單元反變形焊接技術
U 肋與不銹鋼復合鋼橋面板的焊接質量直接影響到正交異性鋼橋面板的質量。設計要求U 肋開坡口與面板焊接，其熔深不小于U 肋板厚的80%。U 肋與面板焊接之后，由于焊接熱影響，面板會出現不同程度的焊接角變形，而火焰修整不僅增加大量的工作量，還會影響板單元的幾何尺寸，產生較大的內應力。對此，通過專門設計的板單元反變形焊接胎來控制變形，采用船位焊接的方式保證坡口焊接的熔深。在胎架上用CO2自動焊機對稱施焊U 肋焊縫，以盡量減小焊縫變形的內應力。
2.4 不銹鋼復合鋼板對接分層焊接工藝
正交異性板無論是工廠制造還是現場安裝，都不可避免出現對接焊縫。不銹鋼復合鋼板的對接，由于涉及到異種鋼的焊接，不同于普通同種鋼材的焊接。321- Q345qD 不銹鋼復合鋼板是由14mm的基材Q345qD 和3mm厚的不銹鋼321 爆炸復合而成。當焊接不銹復合鋼板基層Q345qD 時，可能熔化不銹鋼的復層321,使合金元素滲入到焊縫中，從而導致焊縫金屬的硬度增加、塑性降低，甚至可能產生裂紋；而當焊接不銹鋼的復層321 時，可能熔化基層Q345qD,使焊縫合金成分稀釋，從而降低焊縫金屬的塑性和耐蝕性。為了防止出現上述不良影響，焊接時再復層和基層之間應增加過渡層，這和《不銹鋼復合鋼板焊接技術要求》（GB/T13148- 2008）是一致的。增加過渡層的目的，主要是為了補償復層由于稀釋所引起的合金元素（如鉻鎳等）的降低，使復層焊縫的合金成分保持應有的水平。焊接時，按照“先焊接基層，后焊接過渡層，最后焊接復層”的順序。
2.5 3+1 匹配預拼裝技術
橋面系制造采用倒裝法，按照”3+1”匹配預拼裝方案進行，即每輪次按節間長度匹配組裝、焊接和預拼裝同時完成，然后留下一個節段與下一節間節段進行匹配預拼裝（注：除端部外，每節間由QB2- 1、QB2- 2 和QB3共3 個板塊組成）。通過設計專用總拼胎架，胎架底部按照橋面板的形狀制作，在橫梁位置設置靠檔，靠檔通過螺栓連接。橋面系拼裝時，先將橋面板進行二拼一或三拼一作業，按照橋面板→橫梁→縱梁的組裝順序，以立體階梯推進方式逐段組裝和焊接。組裝時，重點控制橋梁的線型、幾何尺寸和精度，相鄰橫梁間距偏差和U 肋、板肋、縱梁栓孔重合率。
2.6 單面焊雙面成型焊接工藝
無論是工廠內橋面板縱向對接焊縫還是橋位安裝現場的橫向對接焊縫，均采用背面貼陶瓷襯墊單面焊雙面成型工藝，確保了焊接質量，提高了焊接生產效率。不銹鋼復合鋼橋面板的對接，考慮到321 不銹鋼的熱膨脹系數明顯大于基層Q345qD 鋼，制定焊接工藝時優先選擇了熱輸入較小的CO2氣體保護焊。較常選用的埋弧自動焊比較，CO2氣體保護焊屬于明弧焊，電弧可見性好，焊接基層時不會傷到復層，且其線能量較小，焊接變形小，操作簡單，容易掌握。通過現場實測表明，焊后變形很小，用較少的時間就可以火焰矯正過來。
3 質量控制措施
3.1 原材料控制
不銹鋼復合鋼板321- Q345qD 的加工，采取我方通過招標采購不銹鋼321 和橋梁鋼Q345qD, 然后委托中船重工725 研究所進行爆炸焊接。復合板進廠后，按照相關規定進行取樣復試。焊接材料按照評審通過的焊接工藝試驗選用的焊接材料牌號進行招標采購，進廠后復試合格后才能使用。
3.2 人員控制
明確各級管理人員的職責，根據制造工藝方案，開工前技術人員對生產、質檢和加工班組人員進行系統的技術交底。在正交異性板加工過程中，加強了工序質量的控制，以工序質量確保成品質量，設立了專職質檢員和檢查工程師。對于參與制造的班組進行技能培訓和考核，特別是電焊工。
3.3 工藝保證
根據設計圖紙和相關規范，專門編制了“正交異性不銹鋼復合鋼橋面板制造驗收規則”，作為控制標準來指導和控制加工全過程。對于不銹鋼復合鋼板首次應用在鐵路鋼橋上，屬于新材料，大家都沒有任何的焊接經驗。我們在開工前制備了12 組的不銹鋼復合鋼板焊接工藝試驗，并進行了專家評審。實驗接頭形式包含了對接和角接兩種接頭形式，對接接頭分不銹鋼復合鋼板之間的對接和不銹鋼復合板與橋梁鋼的對接。另外，按照《鐵路鋼橋制造規范》（TB10212- 2009） 和《不銹鋼復合鋼板焊接技術要求》（GB13148- 2008）對對接接頭形式進行了拉伸、彎曲和低溫沖擊、晶間腐蝕和宏觀金相試驗。
3.4 工裝控制
為了保證正交異性板不銹鋼復合鋼橋面板的制造質量，我們專門設計了一批專用工裝和設備，如鑄鐵劃線平臺、橋面板無碼組裝胎、U 肋反變形焊接胎具和橋面系總拼裝胎具。通過利用工裝胎具的精度保證產品的質量，減少人工技能差別給質量造成的影響。整體拼裝胎具每拼裝完成一個輪次，就重新檢測胎具的精度是否有變化。
4 結束語
合肥南環線鋼桁梁柔性拱橋是國內第一座采用不銹鋼復合鋼板作為橋面板，開創了鋼橋防腐的新篇章，大大提高了鋼橋的內腐蝕能力，延長了鋼橋的使用壽命。鋼橋在制作過程中，大量采用了先進工藝技術和設備，保證了鋼橋的質量和工期，取得了良好的社會效益和經濟效益。全橋共109 塊橋面系，截止2011 年12 月15 日，全部加工完成。
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