CN101506437A - 桥墩的角接头结构及角接头施工方法 - Google Patents

桥墩的角接头结构及角接头施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种桥墩的角接头结构，在构成该桥墩的角接头结构的邻接的厚钢板(10a、10b)中的一厚钢板(10a)的端面(20)形成有坡口(22)，对该坡口的根部(24)进行激光焊接施工，且对扩开部(26、28)进行电弧焊接施工而填充焊接金属。

Description

桥墩的角接头结构及角接头施工方法
技术领域
本发明涉及一种桥墩的角接头结构及角接头施工方法，详细地说，涉及通过焊接将厚钢板的端缘彼此之间相互结合构成角接头来制造钢制桥墩的技术。
背景技术
作为桥梁或者高架道路等的桥墩，一般考虑使用混凝土材料等各种材料的桥墩，作为其中之一有钢制桥墩。
钢制桥墩一般以通过焊接将厚钢板彼此之间相互接合而构成角接头，从而形成截面为矩形(例如方形)的封闭截面结构的方式来制造。
而且，在将构成角接头的全部厚钢板的端缘彼此之间相互焊接时，从焊接容易等的理由考虑，大多采用电弧焊接(SAW、SMAW、GMAW等)。
但是，这样在角接头中使用电弧焊接时，通常是在一厚钢板的端缘形成坡口，在该坡口的扩开部形成焊接金属焊缝。而且，在形成该坡口的情况下，由于对根部不能实施电弧焊接，因此产生一部分未被焊接的部分(熔化残余部)，角接头成为部分焊透接头。但是，即使是这种部分焊透接头，也必须确保角接头部分的刚性及强度，研究的结果，公知的是优选将该根部的板厚方向的尺寸设为例如厚钢板的板厚的1/4以下，以充分地确保扩开部的尺寸(参照焊接学会全国(日本)大会演讲概要第72集PP250-251“关于允许塑性化的钢结构体的角接头强度的研究”(2003年3月24日发行))。
另一方面，在最近用激光光束将金属部件加热熔化而进行焊接的激光焊接(LBW)技术被开发且正在不断地实用化，例如，公知的是在金属部件的Y形坡口内进行电弧焊接和激光焊接施工的焊接方法(参照日本国特开平6-114587号公报)。
然而，在电弧焊接中，如上述焊接学会全国大会演讲概要第72集所示，在将根部的板厚方向的尺寸设为板厚的1/4以下来充分确保扩开部的尺寸的情况下，尤其是在要形成角接头完全焊透的接头的情况下，一方面确保了角接头部分的刚性及强度，另一方面，焊接作业量多，成本提高，另外，为了增大坡口的扩开部而导致焊接金属的量增多，由此，存在热收缩量增大而使残余应力变大，或者，由于过大的输入热量而使热变形增大之类的问题。
另外，在由产生熔化残余部的部分焊透接头构成角接头时，尽管能够支承通常的负荷，但也存在不能充分确保耐震性能之类的问题。
另一方面，上述日本国特开平6-114587号公报中公开的焊接方法，是在板部件的对接结合中进行激光焊接和电弧焊接工序的方法。具体地说，在该公报所公示的焊接方法中，从板部件的根部侧(背侧)对Y型坡口的根部进行激光焊接，而且，从板部件的扩开部侧(外侧)对扩开部进行电弧焊接。
但是，对于如上所述的钢制桥墩的角接头，由于焊接部位不是单纯的对接焊接，所以，不能直接采用该公报中公示的焊接方法。
另外，该公报中公示的技术主要是以提高形状精度为目的的技术，并没有解决上述问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而开发的，其目的在于，提供一种桥墩的角接头结构及角接头施工方法，其可以抑制残余应力及热变形等，实现焊接作业省力化及减少焊接材料，同时能够确保高的耐震性能。
为了达到上述目的，本发明的桥墩的角接头结构通过将邻接的厚钢板中的一厚钢板的端面焊接于另一厚钢板的端缘侧面上而构成，其特征在于，在所述一厚钢板的端面形成有坡口，对该坡口的根部进行激光焊接施工，且对扩开部进行电弧焊接施工而填充焊接金属。
因此，要使对厚钢板进行焊接而构成的桥墩的角接头变为完全焊透的接头时，仅在电弧焊接中，焊接金属的使用量因坡口的扩开部的增大而增加，且由于焊接金属的热收缩有时在厚钢板内产生大的残余应力，或者由于输入热量增大有时使厚钢板热变形，但是，通过用激光焊接对坡口的根部进行焊接，能够将焊接金属使用量抑制在需要的最小限度，抑制残余应力的发生，从而抑制厚钢板的热变形，不增大坡口的扩开部或者不增大输入热量，就能够容易地实现使厚钢板焊接而构成的桥墩的角接头为完全焊透的接头。由此，能够实现焊接作业的省力化及焊接材料的减少，而且能够确保角接头的刚性及强度，实现具有高耐震性能的桥墩。
在这种情况下，所述坡口优选V型坡口。
由此，在厚钢板的板厚较厚的情况下，通过把坡口分开能够尽可能地减小坡口的扩开部，能够良好地抑制由于电弧焊接产生的残余应力及厚钢板的热变形。
另外，优选所述坡口为向桥墩的外侧扩开的レ型或者J型坡口。
由此，在厚钢板的板厚较薄的情况下，可以抑制由于电弧焊接产生的残余应力及厚钢板的热变形，同时只是从桥墩外侧就能够完成焊接作业，由此，能够使焊接作业进一步省力化。
另外，优选所述根部的所述厚钢板的板厚方向的尺寸设定为比厚钢板的板厚的1/4大。
由此，如上所述，在对角接头使用电弧焊接时，为了确保角接头部分的刚性及强度，可以将根部的板厚方向的尺寸设定为例如在厚钢板的板厚的1/4以下，换言之，假如根部的板厚方向的尺寸例如比厚钢板的板厚的1/4大，角接头部分不能确保充分的刚性及强度的可能性就大，然而，即使根部的板厚方向的尺寸比厚钢板的板厚的1/4大，通过对根部进行激光焊接工序也能够实现完全焊透的接头，从而能够确保角接头部分的刚性及强度，在这种情况下，再通过缩小电弧焊接的施工范围，能够适当地抑制由于电弧焊接产生的残余应力及厚钢板的热变形。
另外，本发明的桥墩的角接头施工方法是通过将邻接的厚钢板中的一厚钢板的端面焊接于另一厚钢板的端缘侧面上而构成桥墩的角接头施工方法，其特征在于，具有：在所述一厚钢板的端面形成坡口的第一工序，对该坡口的根部进行激光焊接施工的第二工序，实施该第二工序后，对所述坡口的扩开部进行电弧焊接施工而填充焊接金属的第三工序。
因此，要使焊接厚钢板而构成桥墩的角接头成为完全焊透的接头时，仅是电弧焊接，焊接金属的使用量会因坡口的扩开部增大而增加，由于焊接金属的热收缩有时在厚钢板内产生大的残余应力，或由于输入热量变大而使厚钢板热变形，然而，通过在一厚钢板的端面形成坡口(第一工序)，对该坡口的根部进行激光焊接施工(第二工序)，其后，对扩开部进行电弧焊接施工而填充焊接金属(第三工序)，能够将焊接金属的使用量抑制在需要的最小限度，从而能够抑制残余应力的发生和厚钢板的热变形，不增大坡口的扩开部或不加大输入热量，就能够容易地实现使厚钢板焊接而构成的桥墩的角接头成为完全焊透的接头。由此，能够实现焊接作业的省力及焊接材料的减少，而且能够实现具有高耐震性能的桥墩。
附图说明
图1是表示适用本发明的角接头结构的钢制桥墩的图；
图2是沿图1的A-A线的桥墩的剖面图；
图3是表示桥墩的制造工序的图；
图4是V型坡口的放大图；
图5是焊接部的放大图；
图6是レ型坡口的放大图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示适用本发明的角接头结构的钢制桥墩，图2表示沿图1的A-A线的桥墩的剖面图，以下，基于这些附图进行说明。
如图1所示，钢制的桥墩1例如为支承高架道路等的桥墩时，由臂部2和腿部4构成，利用焊接将多个厚钢板10的端缘相互连接，由此形成封闭截面结构的结构物。
在此，厚钢板10例如为相同的规定板厚t1(例如25mm～60mm)的平板。
如图2所示，在腿部4，邻接的厚钢板10a～10d横跨角接头的全长利用激光焊接及电弧焊接在端缘相互之间焊接，而形成有焊接金属焊缝40。由此，在腿部4形成矩形截面的封闭截面结构。
参照图3，图示有将厚钢板10相互焊接形成的桥墩1的制造工序，以下，基于图3对桥墩的角接头施工方法进行详细说明。另外，在此，作为代表以厚钢板10a、10b为例进行说明。
首先，在厚钢板10a的端面20形成有用于电弧焊接的V型坡口22(第一工序)。
如图4放大所示，即、V型坡口22的端面20上的板厚方向的中央部被倒角以作为根部24而残留。
详细地说，如后所述，为了在该根部24进行激光焊接工序，将根部24的板厚方向的尺寸L设定为例如在板厚方向可实施激光焊接的最大值，即、与激光焊接的能力相对应的尺寸。
但是，在角接头上仅仅采用电弧焊接的情况下，如上所述，已知可以将形成未焊接的根部24的板厚方向的尺寸L设定为例如厚钢板10的板厚t1的1/4(t1/4)的以下，换言之就是已知在将形成未焊接的根部24的板厚方向的尺寸L设定为例如比厚钢板10的板厚t1的1/4(t1/4)大的情况下，在角接头部分不能确保充分的刚性及强度的可能性会增大。
但是，如本申请那样，在对根部24进行激光焊接施工的情况下，没有理由将该尺寸L抑制在板厚t1的1/4以下，反之，只要是在激光焊接的能力范围内，也可以将该尺寸L设定为比板厚t1的1/4大。
因此，更详细说，根部24的板厚方向的尺寸L在激光焊接的能力范围之内可以设为例如比厚钢板10的板厚t1的1/4还大的尺寸。
而且，使厚钢板10a的根部24与厚钢板10b的端缘侧面30抵接，首先在根部24进行激光焊接施工。具体地说，根部24在与厚钢板10b的另一端缘侧面30抵接的状态下，通过激光焊接机50从桥墩1的外侧，即扩开部26侧向根部24照射例如YAG激光或CO2激光等激光光束R。由此，根部24被焊接于厚钢板10b的端缘侧面30上。
厚钢板10a的根部24通过激光焊接被焊接于厚钢板10b的端缘侧面30上后，在V型坡口22的扩开部26、28内插入金属焊条42，在利用电弧放电而熔化的焊接金属将周边的厚钢板10a、10b熔化，同时，以数个焊道施工水平的作业实施电弧焊接(第三工序)。
由此，如图5中放大焊接部所示，V型坡口22的根部24通过激光焊接被焊接于厚钢板10b上，并且，扩开部26、28通过电弧焊接被焊接于厚钢板10b上，且焊接金属分别填充在扩开部26、28内后，从而形成金属焊缝40。
下面，对这样制造的本发明的桥墩角接头结构及角接头施工方法的作用及效果进行说明。另外，作为其中的代表以厚钢板10a、10b为例进行说明。
假如要想在桥墩1的角接头中仅仅通过电弧焊接实现完全焊透的接头，则需要增大扩开部26、28或者为了焊接到根部24而增强电弧放电。由此，使焊接金属的使用量增加，由于焊接金属的热收缩导致在厚钢板10a、10b内产生大的残余应力，或者由于输入热量变大而使厚钢板10a、10b热变形。
但是，如上所述，在通过激光焊接将厚钢板10a的根部24焊接于厚钢板10b上时，不需要增大扩开部26、28，相反，就根部24的板厚方向的尺寸而言，由于被设定为比厚钢板10的板厚t1的1/4、例如与激光焊接相对应的尺寸，因此，尽可能延长根部24的板厚方向的尺寸，另一方面，能够缩小电弧焊接的施工范围即扩开部26、28，能够将焊接作业减少到上如上所述的数个焊道施工水平，而且，能够将焊接金属的使用量抑制在需要的最小限度从而缩减焊接金属的热收缩量，可以抑制在厚钢板10a、10b内的残余应力的发生。另外，电弧焊接的施工只仅仅在扩开部26、28的范围内即可，不需要实施电弧焊接直到根部24，因此，即使电弧放电不那么强，也可以完成电弧焊接，从而能够减少输入热量，并抑制厚钢板10a、10b的热变形。
即、通过激光焊接将厚钢板10a的根部24焊接于厚钢板10b上，其后，通过电弧焊接对扩开部26、28进行焊接，由此，不增大扩开部26、28，或者，不增大输入热量就可以容易地实现完全焊透的角接头，且能够确保角接头的刚性及强度。
由此，能够实现焊接作业的省力化及焊接材料的减少，谋求成本减少，同时实现具有高抗震性能的桥墩。另外，由于将形成于厚钢板10a端面20上的坡口设定为V型坡口22，因此，例如在厚钢板10a的板厚为厚钢板的情况下，能够将坡口部分成坡口部26、28，能够分别尽可能减小坡口部26、28，从而能够良好地抑制由于电弧焊接在厚钢板10a、10b内产生的残余应力及厚钢板10a、10b的热变形。
另外，在此，虽然在厚钢板10a的端面20上形成V型坡口，但例如在厚钢板10a的板厚比较薄的情况下，如图6放大所示，也可以在该端面20上形成向桥墩1的外侧扩开的レ型坡口(或者J型坡口)22′。
这样，只要将坡口设定为向桥墩1的外侧扩开的レ型坡口22′，就可以抑制由于电弧焊接在厚钢板10a、10b内产生的残余应力或厚钢板10a、10b的热变形，同时，可以仅从桥墩1的外侧完成焊接作业，使焊接作业进一步省力化。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，实施方式并不限于上述内容，在不脱离发明的宗旨的范围内可以进行各种变形。
例如，在上述实施方式中，是以将本发明的桥墩角接头结构适用于腿部4的角接头的情况为例进行了说明，当然本发明也可以适用于臂部2的角接头等。

Claims (5)

1、一种桥墩的角接头结构，通过将邻接的厚钢板中的一厚钢板的端面焊接于另一厚钢板的端缘侧面上而构成，其特征在于，
在所述一厚钢板的端面形成有坡口，
对该坡口的根部进行激光焊接施工，且对扩开部进行电弧焊接施工而填充焊接金属。
2、如权利要求1所述的桥墩的角接头结构，其特征在于，
所述坡口为V型坡口。
3、如权利要求1所述的桥墩的角接头结构，其特征在于，
所述坡口为向桥墩的外侧扩开的レ型或者J型坡口。
4、如权利要求1～3中任一项所述的桥墩的角接头结构，其特征在于，
所述根部的所述厚钢板的板厚方向的尺寸设定为比该厚钢板的板厚的1/4大。
5、一种桥墩的角接头施工方法，该桥墩的角接头通过将邻接的厚钢板中的一厚钢板的端面焊接于另一厚钢板的端缘侧面上而构成，其特征在于，具有：
在所述一厚钢板的端面形成坡口的第一工序，
对该坡口的根部进行激光焊接施工的第二工序，
实施该第二工序后，对所述坡口的扩开部进行电弧焊接施工而填充焊接金属的第三工序。
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