CN102139398A - 正交异性板u形肋角焊缝双面焊技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正交异性板U形肋角焊缝双面焊技术，该技术涉及U形肋角焊缝的坡口形式和组装间隙，一个能够进入U形肋内部焊接的装置，远距离规范参数调节控制系统和远距离送丝系统，采用焊接视频监视系统，采用一种飞溅小、送丝稳定、药皮少的气体保护焊焊丝，采用适宜的焊接规范参数。该技术对提高桥面板结构的抗疲劳性能、延长钢桥的使用寿命具有较重要的作用。本发明中用于U形肋内部角焊缝的焊接设备、远距离送丝系统、焊接视频监视系统，还适用于类似狭小结构的焊接，适用性强。

Description

正交异性板U形肋角焊缝双面焊技术

技术领域

本发明涉及一种正交异性板U形肋角焊缝的焊接技术，尤其是提供了一种钢桥制造中桥面板U形肋角焊缝双面焊的焊接技术。

技术背景

目前正交异性板结构在公路钢箱梁桥上普遍采用，近些年，为了满足高速铁路的发展，提高铁路钢桥的桥面整体刚度，正交异性桥面板结构在铁路桥上也逐渐被采用。桥梁正交异性板结构就是为了增加桥面板、底板或腹板的刚度，在面板、底板或腹板上焊接一定数量的纵向和横向加劲肋的结构，由于其刚度在互相垂直的两个方向上有所不同，造成构造上的各向异性。

一般纵向加劲肋采用U形肋和板肋，对于U形肋角焊缝的焊接，由于U形肋的截面尺寸小，目前只能从U形肋的外侧焊接。当电流大或有组装间隙时，会焊漏，这是设计不允许的；如果电流小，会造成熔深不够，目前单侧焊接只能够保证U形肋角焊缝的熔透深度达到U形肋板厚的80%。对于正交异性桥面板而言，由于桥面直接承受车轮荷载，在车轮反复碾压的疲劳应力作用下，桥面板U形肋单面焊部分熔透角焊缝很容易产生疲劳裂纹，经过几十年的钢桥行车验证，部分桥面板U形肋角焊缝因疲劳开裂的问题已经暴露出来。

发明内容

为了解决现有U形肋角焊缝焊接技术的不足，实现U形肋角焊缝熔透，本发明提供了一种可实现U形肋角焊缝熔透的双面焊的技术，该技术的工艺方案为：

（1）U形肋坡口加工、压型，桥面板下料：将U形肋用钢板擀平后按照U形肋展开宽度和长度并预留一定加工量的尺寸进行下料，钢板两侧铣边并加工角焊缝坡口，然后将钢板在压型机上进行压型成为U形肋。将桥面板用钢板擀平后下料。

（2）将待焊接区域清理、U形肋组装：U形肋组装前，将待焊接区域及两侧待焊接范围内的铁锈、油污、水分等焊接有害物清除干净，按照桥面板上的组装定位线对U形肋进行组装定位，将U形肋角焊缝的组装间隙控制在1mm以内。

（3）焊接U形肋内部角焊缝：采用一个焊接装置进入U形肋内部，在U形肋角焊缝背面焊接一个角焊缝。

（4）能够进入U形肋内部焊接的装置：该装置结构紧凑，体积小，具有稳定的跟踪定位功能，能够保证对焊枪角度的精确调整，保证焊丝对准U形肋角焊缝背面根部。

（5）远距离规范参数调节控制系统：由于U形肋长度很长（一般U形肋长度10~16米），且U形肋截面尺寸小（U形肋内部空间截面约为上宽170mm，下宽280mm，高280mm的梯形），要实现U形肋内部焊接，焊接控制系统必须在U形肋外侧，采用远距离规范参数调节控制系统，焊接过程中焊工能够对进入U形肋内部施焊的装置进行焊接规范参数调整。

（6）远距离送丝系统：由于U形肋长，且U形肋截面尺寸小，焊丝盘只能设置在U形肋外侧，需要采用远距离送丝系统，实现远距离稳定送丝。开始向导管中送入焊丝时采用推丝式送丝方式，焊接过程中采用设置在U形肋内部行走装置上的拉丝式送丝机构，采用拉丝送丝方式。

（7）焊接视频监视系统：在U形肋内部角焊缝焊接过程中，不能直接观察待焊接区域的情况、焊接状况和焊缝成形情况，需要采用焊接视频监视系统。由于U形肋内部角焊缝为隐蔽焊缝，为了以后对焊接质量检查，对图像进行磁盘存储，便于归档和查看。

（8）焊接U形肋外部角焊缝：U形肋内部角焊缝焊接后，将板单元固定在反变形胎架上，船位焊接U形肋外部角焊缝。

（9）合适的气体保护焊丝：为保证U形肋内部长焊缝焊接过程中，不因为焊接飞溅堵焊枪喷嘴，不中断焊接，焊后不用去除角焊缝表面的药皮，需要采用一种飞溅小、送丝稳定、药皮少的气体保护焊焊丝，焊丝牌号为TM-70C。

（10）适宜的焊接规范参数：U形肋内部角焊缝的工艺参数包括：焊接电流200～240A、电弧电压30～34V、焊速26～32m/h、保护气体流量15～25L/min。U形肋外部角焊缝的工艺参数包括：焊接电流280～340A、电弧电压32～36V、焊速22～28m/h、保护气体流量15～25L/min。通过合理的焊接热输入，保证焊缝外观质量和力焊缝无裂纹、气孔、咬边、焊瘤等缺陷，接头硬度不大于350HV₁₀。

上述的保证U形肋角焊缝不焊漏并且熔透的坡口钝边P=1mm，坡口角度а=50o，U形肋角焊缝的根部组装间隙控制在1mm以内。

上述的U形肋内部角焊缝焊接装置的结构连接是：

驱动电机1是驱动焊接设备行走的动力装置，通过链条传动方式驱动行走车轮2转动；行走车轮2接受电机所提供的动力，四个行走车轮转动，实现焊接设备行走；导向轮5通过支杆连接在行走机构上，导向轮5沿着U形肋内表面滚动，引导焊接设备沿U形肋内表面前进，导向轮的伸出距离可以调节；磁铁6连接在行走机构上，通过吸力增加车体重量，避免了焊接设备倾覆；焊枪8通过焊枪夹4与X-Y焊枪调节机构3连接；X-Y焊枪调节机构3是调节焊枪8上下和高低位置的装置，焊接过程中可以进行焊枪位置的微调，以帮助焊工方便对枪；焊枪夹4固定在X-Y焊枪调节机构3上，是固定焊枪的装置，维修及调整时方便焊枪的拆装；送丝机B7通过软管连接焊枪8，在焊接过程中，送丝机为焊枪提供焊丝。

上述的远距离送丝系统：

（1）焊丝盘：提供焊接用焊丝；

（2）送丝机A：设置在U形肋外侧，将焊丝盘上的焊丝送入软管，并到达设置在U形肋内部行走装置上的送丝机B上，采用一个驱动轮带动一个从动轮的推丝方式；

（3）送丝机B：设置在U形肋内部行走装置上，焊接过程中将焊丝送入焊枪，采用两个驱动轮带动两个从动轮的拉丝方式；

（4）焊枪：连接送丝机B，进行焊接。

上述的视频线传输方式的监控系统：

（1）摄像机A：设置在焊枪前方，对待焊接区域的准备情况进行摄像，并将图像分别传送到解码盒A和显示器。

（2）摄像机B：设置在正对焊接处，对焊接过程中的焊接熔池和电弧情况进行摄像，并将图像分别传送到解码盒B和显示器。

（3）摄像机C：设置在焊枪后面，对完成的焊缝进行摄像，并将图像分别传送到解码盒C和显示器。

（4）解码盒A：对摄像机A获取的图像进行解码转换为数据信号，并将数据信号传动到储存硬盘。

（5）解码盒B：对摄像机B获取的图像进行解码转换为数据信号，并将数据信号传动到储存硬盘。

（6）解码盒C：对摄像机C获取的图像进行解码转换为数据信号，并将数据信号传动到储存硬盘。

（7）储存硬盘：对来自解码盒A、解码盒B和解码盒C的数据信号分别进行存储。

（8）显示器：对来自摄像机A、摄像机B和摄像机C的图像分别进行显示，供焊工观察待焊接区域的准备情况、焊接熔池和电弧情况和焊缝的成型情况。

本发明具有如下优点：

1、本发明所涉及的一种正交异性板U形肋角焊缝双面焊技术，是针对目前正交异性桥面板U形肋角焊缝单面焊部分熔透抗疲劳性能差而发明的，具有很强的针对性。

2、本发明中的正交异性板U形肋角焊缝双面焊技术，打破了目前传统的正交异性板U形肋角焊缝只能单面焊的现状，在国内和国际钢桥制造领域首次提出，并进行了试验研究，在同行业技术领先，构思独特、巧妙，具有创造性和先进性。

3、由于采用了正交异性板U形肋角焊缝双面焊技术，钢桥结构的抗疲劳性能具有很大改善，提高了钢桥的使用寿命，实用性强，具有很高的经济效益和社会效益。

4.本发明中用于U形肋内部角焊缝焊接的结构，还适用于类似狭小结构的焊接，适用性强，可以在船舶钢结构、机械钢结构、建筑钢结构等钢结构制造领域广泛推广应用，适用范围广。

5、本发明所涉及的一种正交异性板U形肋角焊缝双面焊技术，其中包括的技术方案，制订依据都是建立在系统完整的机构功能配置和焊接试验研究的基础之上，具有充分的客观性和合理性。

附图说明

图1为本发明的工艺框图。

图2为U形肋内部角焊缝焊接设备结构图。

图中 1.驱动电机；2.行走车轮；3. X-Y焊枪调节机构；4. 焊枪夹；5.导向轮；6.磁铁；7.送丝机B；8.焊枪。

图3为远距离送丝系统原理框图。

图4为视频线传输方式的监控系统原理框图。

图5为U形肋角焊缝的坡口形式和熔敷简图。

图中 9.U形肋；10. 桥面板。

具体实施方式

实施例1：

在图1中给出了本发明的工艺框图，第一道工序是U形肋坡口加工、压型，桥面板下料，包括：U形肋用钢板下料后坡口加工、压型成为U形肋；桥面板用钢板下料。第二道工序是待焊接区域清理和U形肋组装，包括：将U形肋、桥面板上待焊接区域的焊接有害物清理打磨干净，然后按照桥面板上的U形肋组装定位线进行U形肋组装，并进行定位焊。第三道工序是焊接U形肋内部角焊缝，在U形肋角焊缝背面焊接一个角焊缝，为了实现U形肋内部角焊缝的焊接，采取了能够进入U形肋内部焊接的装置、远距离规范参数调节控制系统、远距离送丝系统、焊接视频监视系统措施。第四道工序是焊接U形肋外部角焊缝，将板单元固定在反变形胎架上，船位焊接U形肋外部角焊缝。为了保证第三道工序和第四道工序中的焊接质量，选择了合适的气体保护焊丝，并根据焊接位置、坡口情况对U形肋内部焊缝和外部焊缝确定适宜的焊接规范参数。

在图2中给出了本发明中U形肋内部角焊缝焊接设备结构图。为了能够实现焊接设备在U形肋内部行走，从设备的整体外形上进行尺寸控制，由驱动电机1、行走车轮2、X-Y焊枪调节机构3、焊枪夹4、导向轮5、磁铁6、送丝机B7、焊枪8组成，其功能为：驱动电机1是驱动焊接设备行走的动力装置，由步进电机作为主要动力源，采用链条传动方式驱动四个行走车轮2转动，实现焊接设备行走。X-Y焊枪调节机构3是调节焊枪上下和高低位置的装置，可以进行焊枪位置的微调，以帮助焊工方便对枪。焊枪夹4固定在X-Y焊枪调节机构3上，是固定焊枪的装置，维修及调整时方便于焊枪的拆装。导向轮5通过支撑杆与车体连接，导向轮沿着U形肋9内表面滚动，引导焊接设备沿U形肋9规则前进，支撑杆伸出车体的距离可以调节。在焊接设备的底部安装有磁铁6，通过磁铁与桥面板10的吸力，增大车身重量，避免了焊接设备行走时发生倾覆。送丝机B7在焊接过程中为焊枪8提供焊丝。焊枪8在焊接过程中接受送丝机B7所提供的焊丝，进行焊接。

在图3中给出了本发明中远距离送丝系统原理框图。为了能够实现对U形肋内部的焊枪进行远距离送丝，首先采用设置在U形肋外侧送丝机A将焊丝盘上的焊丝送入软管，并到达设置在U形肋内部行走装置上的送丝机B。送丝机A采用一个驱动轮带动一个从动的推丝方式。然后松开送丝机A上的压紧焊丝手柄，使送丝机A处于非工作状态，压紧送丝机B上的压紧焊丝手柄，使送丝机B开始工作，利用送丝机B将焊丝送入焊枪，焊接过程中采用送丝机B将焊丝送入焊枪保证焊接。送丝机B采用两个驱动轮带动两个从动轮的拉丝方式。

在图4中给出了本发明中视频线传输方式的监控系统原理框图。视频监控系统由三个摄像机、三个解码盒、一个储存硬盘、一个液晶显示屏组成。摄像机A设置在焊枪的前方，对待焊接区域的准备情况进行摄像；摄像机B设置在正对焊接处，对焊接过程中的焊接熔池和电弧燃烧情况进行摄像；摄像机C设置在焊枪的后面，对完成的焊缝进行摄像。三台摄像机的图像分别通过解码盒A、解码盒B和解码盒C进行解码，将图像转换为数据信号，在储存硬盘上分别进行储存，便于资料的存档和后期检查。同时三台摄像机上获取的图像分别传送到显示器上分别进行显示，供焊工观察判断待焊接区域的准备情况，焊接熔池和电弧情况，以及焊接后焊缝的成型情况。

在图5中给出了本发明中U形肋角焊缝的坡口形式和熔敷简图。一般桥面板10上常用U形肋9的板厚为8~10mm，U形肋与桥面板通过角焊缝连接。为了保证U形肋角焊缝不焊漏并且熔透，坡口钝边P=1mm，坡口角度а=50o，根部组装间隙控制在1mm以内。U形肋角焊缝双面焊的焊接顺序为，首先从U形肋内部焊接角焊缝，焊接设备在U形肋内部行走并焊接，行走车轮2在桥面板10表面滚动，导向轮5与U形肋的内壁接触定位。内部角焊缝焊接后，将板单元固定在反变形胎上，翻转一定角度，船位焊接U形肋外侧角焊缝。

Claims (5)

1.一种正交异性板U形肋角焊缝双面焊技术，该技术尤其适用于钢桥的桥面板U形肋角焊缝的焊接，其特征是包括如下工艺方案：

（1）U形肋坡口加工、压型、桥面板下料：将U形肋用钢板擀平后按照U形肋展开宽度和长度并预留一定加工量的尺寸进行下料，钢板两侧铣边并加工角焊缝坡口，然后将钢板在压型机上进行压型成为U形肋，将桥面板用钢板擀平后下料；

（2）将待焊接区域清理、U形肋组装：U形肋组装前，将待焊接区域及两侧待焊接范围内的铁锈、油污、水分等焊接有害物清除干净，按照桥面板上的组装定位线对U形肋进行组装定位焊；

（3）焊接U形肋内部角焊缝：采用一个焊接装置进入U形肋内部，在U形肋角焊缝背面焊接一个角焊缝；

（4）能够进入U形肋内部焊接的装置：该装置结构紧凑，体积小，具有稳定的跟踪定位功能，能够保证对焊枪角度的精确调整，保证焊丝对准U形肋角焊缝背面根部；

（5）远距离规范参数调节控制系统：由于U形肋长度很长，且U形肋截面尺寸小，要实现U形肋内部焊接，焊接控制系统必须在U形肋外侧，采用远距离规范参数调节控制系统，焊接过程中焊工能够对进入U形肋内部施焊的装置进行焊接规范参数调整；

（6）远距离送丝系统：由于U形肋长，且U形肋内部截面尺寸小，焊丝盘只能设置在U形肋外侧，需要采用远距离送丝系统，实现远距离稳定送丝；

开始向导管中送入焊丝时采用推丝式送丝方式，焊接过程中采用设置在U形肋内部行走装置上的拉丝式送丝机构送丝；

（7）焊接视频监视系统：在U形肋内部角焊缝焊接过程中，不能直接观察待焊接区域的情况、焊接状况和焊缝成形情况，需要采用焊接视频监视系统；

由于U形肋内部角焊缝为隐蔽焊缝，为了以后对焊接质量检查，对内部角焊缝的图像进行磁盘存储，便于归档和查看；

（8）焊接U形肋外部角焊缝：U形肋内部角焊缝焊接后，将板单元固定在反变形胎架上，翻转一定角度后船位焊接U形肋外侧角焊缝；

（9）合适的气体保护焊丝：为保证U形肋内部长焊缝焊接过程中，不因为焊接飞溅堵焊枪喷嘴，不中断焊接，焊后不用去除角焊缝表面的药皮，需要采用一种飞溅小、送丝稳定、药皮少的气体保护焊焊丝，焊丝牌号为TM-70C；

（10）适宜的焊接规范参数：U形肋内部角焊缝的工艺参数为，焊接电流200～240A、电弧电压30～34V、焊速26～32m/h、保护气体流量15～25L/min；

U形肋外部角焊缝的工艺参数为，焊接电流280～340A、电弧电压32～36V、焊速22～28m/h、保护气体流量15～25L/min；

通过合理的焊接热输入，保证焊缝外观质量和力焊缝无裂纹、气孔、咬边、焊瘤等缺陷，接头硬度不大于350HV₁₀。

2.根据权利要求1所述的正交异性板U形肋角焊缝双面焊技术，其特征是所述的保证U形肋角焊缝不焊漏并且熔透的钝边P=1mm，坡口角度а=50o，U形肋角焊缝的组装间隙控制在1mm以内。

3.根据权利要求1所述的正交异性板U形肋角焊缝双面焊技术，其特征是所述的U形肋内部角焊缝焊接装置的驱动电机（1）通过链条与行走车轮（2）连接，导向轮（5）通过支杆连接在行走机构上，磁铁（6）连接在行走机构上；送丝机B（7）连接在行走机构上，并通过软管连接焊枪（8）；焊枪（8）通过焊枪夹（4）连接X-Y焊枪调节机构（3），X-Y焊枪调节机构（3）连接在行走机构上。

4.根据权利要求1所述的正交异性板U形肋角焊缝双面焊技术，其特征是所述的远距离送丝系统：

（1）焊丝盘：提供焊接用焊丝；

（2）送丝机A：设置在U形肋外侧，将焊丝盘上的焊丝送入软管，并到达设置在U形肋内部行走装置上的送丝机B上，采用一个驱动轮带动一个从动轮的推丝方式；

（3）送丝机B：设置在U形肋内部行走装置上，焊接过程中将焊丝送入焊枪，采用两个驱动轮带动两个从动轮的拉丝方式；

（4）焊枪：连接送丝机B，进行焊接。

5.根据权利要求1所述的正交异性板U形肋角焊缝双面焊技术，其特征是所述的视频线传输方式的监控系统：

（1）摄像机A：设置在焊枪前方，对待焊接区域的准备情况进行摄像，并将图像分别传送到解码盒A和显示器；

（2）摄像机B：设置在正对焊接处，对焊接过程中的焊接熔池和电弧情况进行摄像，并将图像分别传送到解码盒B和显示器；

（3）摄像机C：设置在焊枪后面，对完成的焊缝进行摄像，并将图像分别传送到解码盒C和显示器；

（4）解码盒A：对摄像机A获取的图像进行解码转换为数据信号，并将数据信号传动到储存硬盘；

（5）解码盒B：对摄像机B获取的图像进行解码转换为数据信号，并将数据信号传动到储存硬盘；

（6）解码盒C：对摄像机C获取的图像进行解码转换为数据信号，并将数据信号传动到储存硬盘；

（7）储存硬盘：对来自解码盒A、解码盒B和解码盒C的数据信号分别进行存储；

（8）显示器：对来自摄像机A、摄像机B和摄像机C的图像分别进行显示，供焊工观察待焊接区域的准备情况、焊接熔池和电弧情况和焊缝的成型情况。

Images