CN102242250B - 机械振动消除钢管环梁焊接应力的装置及方法 - Google Patents

机械振动消除钢管环梁焊接应力的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种振动消除钢管环梁焊接应力的装置及方法。采用钢管环梁振动支承座及振动方法，解决了拾振器与构造件的接触可靠性，通过拾振器振动波能量有效向构造件传递的过程改变钢管环梁焊缝的晶体组织，从而获得削弱和消除钢管环梁构造件焊接应力的目的。

Description

机械振动消除钢管环梁焊接应力的装置及方法
技术领域
    本发明涉及钢结构焊接技术领域焊接应力的时效，尤其是一种机械振动消除钢管环梁焊接应力的装置及方法。
背景技术
    钢结构件消除焊接应力是钢结构生产环节中必不可少的环节，尤其对于大型钢结构更为重要。目前，消除焊接应力常用的方法有多种：手工锤击法；自然时效法；整体高温回火处理；局部高温回火处理；超声波震动消除应力法及振动时效消除应力法。由于手工锤击法劳动强度大，且效率低；自然时效法耗时太长且占用较大的场地；高温回火处理需要大型回火设备；而振动消除焊接应力具有方便、快捷、效率高的特点。但振动消除焊接应力一般只适用于箱体构造件，由于箱体构造件多为水平面或垂直面搭建而成，便于拾振器采用“C”型夹具与构造件定位。拾振器与构造件的接触可靠性高，利于拾振器振动波能量向构造件传递。而对于非箱体构造件，尤其对于大型钢管环梁焊后消除焊接应力的处理，目前，尚无查到采用振动法消除大型钢管环梁焊接应力的先例，由于大型钢管环梁其结构、形状的特殊性，存在拾振器与构造件的夹紧、定位困难，拾振器与构造件的接触可靠性难以保证，导致拾振器振动波能量不能有效向构造件传递，从而制约了对构造件焊接应力的消除效果。
发明内容
    本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种机械振动消除钢管环梁焊接应力的装置及方法。采用振动支承座及振动方法，解决了拾振器与构造件的接触可靠性，实现拾振器振动波能量有效向构造件传递的目的，从而获得消除构造件焊接应力应有的效果。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种机械振动消除钢管环梁焊接应力的装置——振动支承座，其特点在于该装置包括上部管座、下部管座、钢管环梁搁置座、拾振器、频率控制箱及橡胶脚，所述上部管座及下部管座均设有半圆管箍，其上部管座开口向下设置、下部管座开口向上设置，上部管座与下部管座通过螺栓固定连接；上部管座顶部设有拾振器座，拾振器固定于拾振器座上，橡胶脚设于下部管座底部；频率控制箱经导线与拾振器连接，钢管环梁搁置座为数个，沿钢管环梁轴线分布设置，其结构与下部管座相同。 
一种采用权利要求1所述装置消除钢管环梁焊接应力的方法，其特点在于该方法包括以下具体步骤：
a）、建立工作平台设置钢管环梁
设置一工作平台，校正水平，将数件钢管环梁搁置座沿钢管环梁轴线分布置于平台上，在钢管环梁搁置座的半圆管箍内敷设橡胶垫，将欲处理的钢管环梁平置，并搁置在数件钢管环梁搁置座的橡胶垫上；调整钢管环梁搁置座，钢管环梁搁置座不得设置在钢管环梁设有管轴伸缩滑移节点处，应避开节点，并在距节点两侧200～400mm的范围内各设置一件；搁置一件钢管环梁的钢管环梁搁置座的总数大于八个；
b）、确定钢管环梁上的振动点
按设计要求在钢管环梁的一端确定一个振动点； 
c）、安装振动支承座
将下部管座的半圆管箍设于钢管环梁振动点的下方，将上部管座的半圆管箍设于钢管环梁振动点的上方，并用螺栓将钢管环梁抱紧；检验钢管环梁的弦长、拱高及平行度；
d）、连接频率控制箱
用导线将频率控制箱与拾振器连接；
e）、机械振动消除焊接应力
依照钢管环梁固有频率，设定振动频率、振幅及时间，启动频率控制箱，拾振器振动，带动钢管环梁产生以拾振器为震源的振动，通过机械振动波地传递削弱和消除钢管环梁焊缝的内应力；
f）、振动后复检
对振动后的钢管环梁的弦长、拱高及平行度进行复检；用超声波探伤仪检验钢管环梁的对接焊缝、吊耳板及钢管焊的角焊缝，不合格的进行返修，合格后方可进入下道工序。
本发明采用振动上部管座及振动下部管座固连拾振器的装置及在钢管环梁的端部设置震源的振动方法，解决了拾振器与钢管环梁的接触可靠性，通过拾振器振动波能量有效向构造件传递的过程改变焊缝的晶体组织，从而获得削弱和消除钢管环梁构造件焊接应力的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明拾振器与振动支承座的结构示意图；
图3为本发明钢管环梁搁置座的结构示意图；
图4为本发明的使用状态示意图；
图5为本发明探伤状态示意图。
具体实施方式
项目概况：上海中心幕墙主体钢结构，其主体钢结构的主构件是钢管环梁构造件，其主参数为弦长60m、拱高5.8 m，该构造件由内、外环形钢管环梁分别与管轴滑移伸缩节点及钢管环梁拉杆吊耳板焊接而成，内环钢管环梁及外环钢管环梁的工艺过程为，钢管对接、对接环缝焊接、弯曲、沿轴向与管轴滑移伸缩节点对接、焊接、装焊拉杆吊耳板及焊接后对钢管环梁7整体消除焊接应力。
参阅图1、图2、图3，本发明所述装置包括上部管座1、下部管座2、钢管环梁搁置座3、拾振器4、频率控制箱5及橡胶脚6，所述上部管座1及下部管座2均设有半圆管箍11，其上部管座1开口向下设置、下部管座2开口向上设置，管箍开口的两侧边设有螺孔13，上部管座1与下部管座2通过螺栓经螺孔13固定连接；上部管座1顶部设有拾振器座12，拾振器4固定于拾振器座12上，橡胶脚6设于下部管座2底部；频率控制箱5经导线与拾振器4连接，钢管环梁搁置座3为数个，沿钢管环梁轴线分布设置，其结构与下部管座2相同。 
参阅图1、图2、图3、图4，本发明采用上述装置实施消除钢管环梁焊接应力的方法如下：
a）、建立工作平台设置钢管环梁
设置一工作平台，校正水平，将数件钢管环梁搁置座3沿钢管环梁7轴线分布置于平台上，在钢管环梁搁置座3的半圆管箍11内敷设橡胶垫，将欲处理的钢管环梁7平置，并搁置在数件钢管环梁搁置座3的橡胶垫上；调整钢管环梁搁置座3，钢管环梁搁置座3不得设置在钢管环梁7设有管轴伸缩滑移节点处，应避开节点，并在距节点两侧200～400mm的位置各设置一件；搁置一件钢管环梁7的钢管环梁搁置座3的总数为十三个；
b）、确定钢管环梁上的振动点
在距钢管环梁7端头800mm的位置设置振动点，放置拾振器； 拾振器的位置距管轴伸缩滑移节点550mm，,距吊耳板区域500mm； 
c）、安装振动支承座
参阅图1、图2、图4，将下部管座2的半圆管箍11设于钢管环梁振动点的下方，将上部管座1的半圆管箍11设于钢管环梁振动点的上方，并用螺栓紧固，使上部管座1及下部管座2的半圆管箍11将钢管环梁抱紧；检验钢管环梁的弦长为59.96m、拱高为5.8 m、平行度为合格；
d）、连接频率控制箱
用导线将频率控制箱5与拾振器4连接；
e）、机械振动消除焊接应力
测得钢管环梁7的固有频率为12Hz，依照钢管环梁7的固有频率，设定振动频率12Hz、振幅0.18 mm、振动处理时间25min，启动频率控制箱5，拾振器4振动，带动钢管环梁7产生以拾振器4为震源的振动，通过控制频率控制箱5使构件处于共振状态，通过机械振动波地传递削弱和消除钢管环梁7焊缝的残余内应力； 
f）、振动后复检
参阅图4、图5，对振动后的钢管环梁7复检，弦长为60.01m、拱高为5.79 m、平行度为合格；用超声波探伤仪8检验钢管环梁7的对接焊缝、吊耳板及钢管焊的角焊缝，不合格的进行返修，合格后方可进入下道工序；
g）、表面处理
对钢管环梁7焊缝的表面实施打磨处理。
本发明针对钢管环梁7即细长、弧形、多节点的钢管构造件，采用振动消除钢管环梁7的焊接应力，具有结构简单、应用便捷、消除焊接应力效果好的特点，获得生产周期短，工作效率高，确保幕墙钢管环梁构造体系应力状态稳定的效果。
本发明参照机械工业标准《振动时效参数选择及技术要求》JB/T5296-91；
航空航天部工业标准《指导技术文件--振动时效主要参数及技术要求》HB/Z229-93。

Claims (2)

1.一种机械振动消除钢管环梁焊接应力的装置——振动支承座，其特征在于该装置包括上部管座（1）、下部管座（2）、钢管环梁搁置座（3）、拾振器（4）、频率控制箱（5）及橡胶脚（6），所述上部管座（1）及下部管座（2）均设有半圆管箍（11），其上部管座（1）开口向下设置、下部管座（2）开口向上设置，上部管座（1）与下部管座（2）通过螺栓固定连接；上部管座（1）顶部设有拾振器座（12），拾振器（4）固定于拾振器座（12）上，橡胶脚（6）设于下部管座（2）底部；频率控制箱（5）经导线与拾振器（4）连接，钢管环梁搁置座（3）为数个，沿钢管环梁轴线分布设置，其结构与下部管座（2）相同。
2.一种采用权利要求1所述装置消除钢管环梁焊接应力的方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤：
a）、建立工作平台设置钢管环梁
设置一工作平台，校正水平，将数件钢管环梁搁置座（3）沿钢管环梁（7）轴线分布置于平台上，在钢管环梁搁置座（3）的半圆管箍（11）内敷设橡胶垫，将欲处理的钢管环梁（7）平置，并搁置在数件钢管环梁搁置座（3）的橡胶垫上； 
b）、确定钢管环梁上的振动点
按设计要求在钢管环梁（7）的一端确定一个振动点； 
c）、安装振动支承座
将下部管座（2）的半圆管箍（11）设于钢管环梁（7）振动点的下方，将上部管座（1）的半圆管箍（11）设于钢管环梁（7）振动点的上方，并用螺栓将钢管环梁（7）抱紧；检验钢管环梁（7）的弦长、拱高及平行度；
d）、连接频率控制箱
用导线将频率控制箱（5）与拾振器（4）连接；
e）、机械振动消除焊接应力
依照钢管环梁（7）固有频率，设定振动频率、振幅及时间，启动频率控制箱（5），拾振器（4）振动，带动钢管环梁（7）振动，通过机械振动波地传递削弱和消除钢管环梁（7）焊缝的内应力；
f）、振动后复检
对振动后的钢管环梁（7）的弦长、拱高及平行度进行复检；用超声波探伤仪（8）检验钢管环梁（7）的对接焊缝、吊耳板及钢管焊的角焊缝，不合格的进行返修，合格后进入下道工序。
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