CN102596447B - 用于产生焊接连接的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造焊接加固的钢筋网垫的方法和机器，用于生产符合DIN标准的、主要为非静态载荷的钢筋混凝土构件，以及一种加固钢筋网垫，其中，通过对一个或多个待焊接的加固钢筋进行位置监测和可能的位置校正，使焊接装置(1)、一个或多个加固钢筋(2)和在单轴加固钢筋网垫的情况下所需要的一个或多个支承带(4)彼此相对定位，并将加固钢筋(2)在其至少一个肋(3)的区域内与支承带(4)或另一加固钢筋(2)在该加固钢筋的至少一个肋(3′)的区域内进行焊接。

Description

用于产生焊接连接的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种在钢体之间建立焊接连接的方法和装置，用于制造符合DIN标准的、主要为非静态载荷的钢筋混凝土构件。

背景技术

为了提高混凝土构件的静态性能，在钢筋混凝土中使用钢体或钢筋，其可以吸收拉力并因此提高混凝土的抗压强度，从而加强钢筋混凝土构件的承载能力。钢体或钢筋或者是在施工现场单独用手工彼此缠绕在一起，或者以焊接单轴或双轴钢筋网垫(Stahlmatten)的形式来使用的，或者以特殊形状成段地使用，在此，将加固钢或圆钢作为原料使用。冷变形或热变形制造的加固钢筋通常不会扭曲，其具有近似圆形的横截面和加固有肋状物的倾斜表面，并在必要时具有纵肋。在此，斜肋通常具有镰刀状的截面，并且在最高点上的尺寸大约为钢筋核心截面的6.5％。加固钢筋往往长达15m并通常具有高达32mm的直径，因此其重量能够高达数百公斤。

正如一直以来公知并已证实在加固钢筋网垫或特殊段中所发生的那样，焊接连接主要用于静态载荷。焊接单轴加固钢筋网垫的特别有利之处在于，可以特别节省时间地铺设在建筑工地上。相应的制造机器同样是长期以来公知的，例如由专利文献EP0862958或PCT/DE2009/000298所提出的机器。在专利文献EP0862958中所描述的用于制造单轴加固钢筋网垫的机器具有用于网垫机(Mattenbildner)的侧向加固钢筋供应装置(Bewehrungsstahlstabzufuhr)，其中，或者从预置料箱(Vorhaltemagazin)中取出已集束的钢筋，或者利用构造为矫直自动切割机的钢筋成型机将待集束的加固钢筋从存储卷中拉出、矫直并整形。输送到网垫机中的加固钢筋由横向定位装置沿相对于网垫的横向放置，并通过自动焊接机焊接在可弯曲的支承带上。对于两轴加固钢筋网垫则实行钢筋与钢筋的焊接。

然而已知的焊接加固钢筋网垫并不适用于主要为非静态载荷的钢筋混凝土构件和工程，如在地下建筑或结构工程(Ingenieurbau)以及高层建筑中所发生的那样。在此以公路和铁路桥梁所用混凝土构件为例，其承受来自流动的交通的变化的载荷。同样还有要求承受住波浪冲击的近海设备和经受来自狂风或漩涡的强力推动的设备，例如塔、天线、摩天大楼。同样的还有工业设施中的混凝土构件，例如吊车轨道、装载机罩、机器基座。在所有这些构件中都可能发生由具有大量负载变化的持久的、高度循环的应力变化引起的材料疲劳。在上述构件和设施中，这种类型的应力是主要的伤害原因。在焊接连接中，材料疲劳行为主要局部地集中在焊缝上，因为在焊接过程中，结构变化和强烈的切口应力集中效应会使钢的疲劳强度显着降低。由于焊接的切口应力集中效应，已知的焊接加固钢筋网垫或圆钢在应用于主要为非静态载荷时不能达到由标准DIN1045-1所规定的疲劳极限，它们明显位于钢筋疲劳曲线的下方。因此，专业人员一直以来总是偏颇地认为：根据DIN标准，焊接连接、或者正确地说焊接加固钢筋网垫不适于使用在主要为非静态载荷的构件中。只有通过加入昂贵的材料或使用最优质的钢，这种焊接网垫才能从整体上成为可用的。因此迄今为止主要使用单个钢筋，在施工现场必须利用细钢丝艰难且耗时地手工将它们彼此绑在一起，从而使这种可动态载荷的表面由于高成本的手工连接而变得相对昂贵。换而言之，如果想使用这种焊接网垫，就会显著增加钢材的消耗量，因为必须添加足够多的材料。

以上所述也适用于单轴加固钢筋网垫，其除了仅静态的、沿单向起作用的钢筋之外还具有灵活的、可弯曲的支承带，该支承带与单个加固钢筋彼此连接，并能够将制成的单轴加固钢筋网垫卷绕起来。由于单轴加固钢筋网垫只能吸收一个方向、也就是其横向的应力，因此每个钢筋混凝土构件都需要两个相互转动90°的单轴加固钢筋网垫，以便其在任何方向上都能够吸收应力和弯矩。单轴加固钢筋网垫的宽度高达15m，并可以包含具有不同直径和长度的加固钢筋。它们被成卷地运输到施工现场，并在那里以很少的人工和费用简单、迅速的开卷，所以理论上使用单轴加固钢筋网垫具有很大的优势，并且在制造主要为非静态载荷的钢筋混凝土构件时也是如此。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种焊接方法，通过该方法可以免除迄今为止在加固钢筋网垫中所需要的材料添加，并能够省去在施工现场的手动缠绕钢筋。本发明的目的还在于提出一种用于制造焊接加固钢筋网垫的机器，这种网垫能够承载主要为非静态的载荷，而不需要添加材料。最后，本发明的目的还在于给出这样的焊接加固钢筋网垫。

本发明的关于方法的目的通过本发明的方法得以实现，该方法包括步骤：a)将至少一个焊接装置和由加装有肋状物的加固钢筋、支承带、钢筋或钢构件所组成的组中的至少两个相同或不同的元件彼此相对进行定位，在此，钢筋或钢构件具有与各自核心直径相比更大直径的区域；b)在至少一个元件的肋的区域中，或者在相对于核心直径具有更大直径的区域中对元件进行焊接；c)重复步骤a)和b)，直至完成期望数量的焊接连接。本发明的最大优势在于，使焊接的钢材中的结构性变化最小化，其中，本发明使用钢构件的本身已经完成某种材料添加的区域，这是具有很大优势的。该区域在使用加固钢筋的情况下是钢筋的肋(无论是纵肋还是横肋)；在使用钢筋的情况下是具有较大直径的区域，例如模制而成的边条或板状部分；在使用其他的钢构件的情况下是其相应的区域。这些区域可以是事后加装的并构造成边条、弓、肋等形状，或者在构建由钢构件制成的结构成本昂贵的加固件(Bewehrungen)时就已存在。所有的三维加固型材(Armierungsgebilde)，例如I型或T型或双T型承重件，都可以看作是结构成本昂贵的钢构件。本发明的主旨不在于使用圆钢或加固钢筋，而是将各个焊点设置在材料强度较大的区域中，从而使相应的核心材料尽可能少地发生结构改变。在加固钢筋并因此在由加固钢筋制成的单轴和双轴焊接网垫中设置肋。在单轴网垫中，在肋和支承带之间进行焊接，在此支承带没有高材料强度的区域。但是这是可以忽略的，因为支承带在以后的混凝土构件处于静态时不起作用，并且在安装后可能会断裂。因此利用本发明的方法，除了建立其他的加固连接之外，还可以制造单轴和双轴的加固钢筋网垫。按照本发明，只要是在具有高材料强度的区域中进行焊接连接，以什么顺序对焊接装置和焊接对象进行定位并不重要，也就是说是否是使可移动的焊接装置移动越过预先安放的元件，或者是否是将这些元件单独或一起移入静止的焊接装置中，或者是二者的混合应用，并不重要。根据本发明，重复执行该方法，直至获得所需数量的焊接连接。这可能意味着，整个连接或仅有其中一部分被焊接，这尤其在网垫中是期望的。通过这种意想不到的解决方案以极大的优势实现了，这样制造的加固钢筋网垫本身在175N/mm2和106次载荷循环(Lastspielen)下处于按照标准DIN1045-1的钢筋疲劳曲线之上。尽管根据本发明的焊接区域从焊接中排除了加固钢筋的较大表面，并因此对加固钢筋进行严格、精确监测的定位，但是其带来的好处远大于缺点，特别是在材料成本方面。由此克服了关于焊接加固钢筋网垫对于具有主要为非静态载荷的构件的适宜性长时间以来存在于专业人员中的偏见。这样制造出的加固钢筋网垫完全不需要例如根据标准DIN-1045-1的钢筋那样的材料添加，并因此具有良好的适用性。

根据本发明，这种焊接连接可以是点焊(Heftschweissung)。

在本方法的实施方式中，在步骤a)中或之后对一个或多个待焊接的元件进行位置监测，并在必要时进行位置校正，在此，该位置监测使用机械或光学传感器，特别是感应器，和/或通过使元件转动或沿纵向移动来实现位置校正。这种位置监测对于确保在正确的位置进行焊接是不可或缺的。当例如由于几何因素和空间分布而必须总是在肋或类似的位置上进行焊接时，根据焊接电极和待焊接对象的设置可以省略这样的步骤。在由金属粉尘和金属磨损、污垢、移动物料等造成的恶劣环境条件下，尽管完全可以使用光学测量装置，例如光探测器，但是根据本发明的机械测量方法是有优势的，特别是感应器或度量规(Taster)，它们可以利用元件的非圆形截面。重要的是，这种公知的方法在网垫制造过程中的恶劣条件下能够充分可靠和长时间的工作。位置校正首先对于相对于焊接装置的肋和/或其他的肋的位置是必不可少的，并且根据本发明可以通过钢筋的旋转和/或沿其纵轴线的微小的位置变化实现。

发明人已经确认，对于加固钢筋，特别优选在超过各个肋的最大高度30％的区域内，优选超过60％，特别是优选在超过80％的区域内执行步骤b)。即使在这种肋高较小的情况下，通过肋形材料(Rippenmaterial，加固材料)也足以保护钢筋的核心材料，最大限度地减少那里的结构性变化，以便获得足够的耐振强度，从而使材料断裂尽可能不发生在焊缝区域中，而是发生在钢筋长度的自由区域中。由此又有利地扩大了加固钢筋的可用于焊接的面积。

在根据本发明方法的实施方式中，在步骤b)中对焊缝进行位置监测，这是一种质量保证。由此将确保仅制造出符合要求并特别是具有足够数量的正确焊缝的网垫。

为了有利于根据本发明方法的质量，在焊接控制下执行步骤b)，特别是在能量项(Energieeintrage)控制下执行步骤b)。由此可以将镰刀状肋的更靠外面的边缘区域也用于焊接，还可以有针对性地将不同直径的加固钢筋简单地焊接在一起。但是最后一种连接类型也可以在没有焊接控制的情况下进行。

根据本发明的方法和根据本发明的机器有利地设计为，通过焊接参数控制装置来控制焊接装置，从而不再需要用于产生加固钢筋网垫的无干扰区域的预选焊点。这将提高加固钢筋网垫的质量，因为其在特别要求静止的地方具有无干扰区域。

根据本发明的装置通过一种用于制造焊接加固钢筋网垫的机器得以实现，用于制造符合DIN标准的、主要为非静态载荷的钢筋混凝土构件，该机器具有至少一个焊接装置和至少一个钢筋输送装置，其中，该焊接装置用于将两个或更多、相同或不同的元件彼此连接，这些元件来自由加装有肋状物的加固钢筋(2)、支承带(4)和具有比各自的核心直径更大直径的区域的钢筋组成的组。

该机器的优选实施方式由从属权利要求给出。

此外，根据本发明的机器可以被设计为如同在专利文献EP0862958和/或PCT/DE2009/000298中所描述的那样。这些文件的披露内容因此明确地包含在本申请的披露内容中，并构成本申请的关于用于制造相应的单轴加固钢筋网垫的机器的实施方式的内容。

附图说明

下面根据附图以优选的实施方式对本发明做示例性的说明，其中在附图中省略了一些细节。

在此，对功能相同的部件以相同的附图标记表示。

图1示出了用于制造单轴加固钢筋网垫的机器的一种实施方式的俯视图，

图2示出了一种实施方式的侧视图，

图3示出了本发明机器的另一种实施方式的侧视图，

图4示出了根据本发明的位置监测和校正单元的简图，

图5a和图5b示出了加固钢筋的简图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于制造单轴加固钢筋网垫的机器的俯视图。该机器的总长度约为30米，其中的15米用于网垫机6。网垫机6的左边和右边示出了用于加固钢筋2的预置料箱5，其在该实施例中由钢筋成型机19组成，钢筋成型机19将卷绕在钢卷20上的具有不同直径的钢丝拉出、矫直并切短。在此根据本发明，钢卷20可以承载直径可达20mm的钢丝。由于钢丝在钢筋成型过程中的机械变形，可能会降低其对根据本发明的方法的适用性。在这种情况下，在网垫机6的右边和/或左边设置钢筋料箱形式的预置料箱5，其中库存有预集束的加固钢筋2，并手动或机械地将其送至特别是去往加固钢筋入口(Bewehrungsstahlstabeinlauf)7的输送区中。在该实施例中，在网垫机6的左边和右边的钢卷20具有直径相同或不同的加固钢筋钢丝。可以清楚地看到，也被称为矫直自动切割机的钢筋成型机19始终将钢卷20的钢丝送入网垫机6的相同位置，从而钢卷20始终通过相同的加固钢筋入口7向第一加固钢筋中间存放处9的同一存放位置10进行供给。根据本发明，还可以有这样的实施方式，其中仅设置一个矫直自动切割机；或者有这样的实施方式，其中设置两个矫直自动切割机，它们或者单独或者共同向存放位置10供料。在后一种情况下，可以向相同的存放位置10以不同的加固钢筋直径供料，在第一种情况下，存放位置10的数量加倍，这将提高生产速度。根据本发明，为作为矫直切割装置的每个钢筋成型机19配置两个电机，从而能够同时将每个钢筋成型机19的两个加固钢筋2引入网垫机6中。网垫机6由若干单独的分部21构成，其中，分部21通过构件彼此连接，如下面将要对此进行说明的。同样如图1所示，每个分部21都配设有一个支承带4，在如图所示的情况下，支承带4位于支承带存放鼓形辊(Tragbandvorratstrommel)22上。这些支承带存放鼓形辊被设置为独立的且易接近的，从而能够在没有长时间停机的情况下进行替换。这样，如图所示的实施例仅涉及到用于制造单轴加固钢筋网垫的机器。

图2示出了沿图1中的直线A-A的截面，特别是分部21的横截面。图中同样还勾勒出了作为矫直自动切割机的钢筋成型机19的轮廓。根据本发明，分部21由支承臂23构成，该支承臂支承着其他的组件。在此未示出对该分部21的驱动，优选由所有分部21共有的驱动器通过轴或类似的部件实现这种驱动。同样未示出的还有位于分部21的底部区域中的基座，分部21固定在基座上，并且所有的分部21在基座上彼此连接。在所示出的六个存放位置10的每个位置中，或者手动输入未集束的加固钢筋2，或者借助于钢筋成型机19输入已集束的加固钢筋2，在此，存放位置10由所有分部21的可偏转的加固钢筋架24构成，这些加固钢筋架位于一条连接它们的共同的直线上。因此，将制造单轴加固钢筋网垫所需的加固钢筋2插入六个彼此水平和垂直间隔开的存放位置10中，并在那里准备用于加工。因此第一加固钢筋中间存放处9相应地由这六个存放位置10构成。根据本发明，在该实施方式中，第一加固钢筋中间存放处9由网垫机从两边供料，在此，在该实施方式中，两个钢筋成型机19中的每一个都由钢卷20这样供料：钢卷20不是将直径相同的加固钢筋2输送到相同的存放位置10中。这样做的优点在于，能够对在加固钢筋网垫中彼此接续的直径相同的加固钢筋2进行快速处理。下述这种根据本发明的实施方式在此没有示出，其中，两个钢筋成型机19中的每一个都向与其对应的存放位置10供料，以及这样的实施方式：其中仅有一个钢筋成型机19，或者仅有一个预置料箱5或者在其中装有预集束的加固钢筋。在两种情况中的第一种情况下假设有12个或6个存放位置10。通过偏转保持有加固钢筋2的加固钢筋架24释放出储存的加固钢筋2，从而利用重力推动加固钢筋撞击在运行通过整个网垫机6的撞击挡板25上并从撞击挡板25下滑至止挡块15。在通过可移动的止挡块15之后，加固钢筋2落在横向定位装置(Querpositionierungsvorrichtung)11上，并在那里通过拖曳链(Schleppgliedern)传递到链式输送带26上。链式输送带26将经过横向定位的加固钢筋2输送到焊接装置(例如，自动焊机)1，焊接装置1将加固钢筋与支承带4相连接。根据本发明，支承带4在支承臂23的底部区域中运行，并通过摩擦辊驱动器27从支承带存放鼓形辊22中拉出，输送到焊接装置1。在将加固钢筋2与支承带4连接之后，新生的单轴加固网垫被送至输出区域28，并在那里卷绕成卷。优选为第一加固钢筋中间存放处9补充作为第二加固钢筋中间存放处13的链式输送带26，已横向定位的加固钢筋2在被处理之前已经暂存其中，并同时被送至固定区域中。分部式的结构使得该机器很容易接近。

在图3中示出了该机器的另一种实施方式，其中，对钢筋没有进行中间存放，横向定位装置11由可移动的带构成，并利用u形定位保护件31为其架设拱圈，该定位保护件31同时也作为抛料机使用。在这种实施方式中，已被横向定位的加固钢筋2同样被输送到焊接装置1，并将支承带连接在其肋上。

接下来，图4示出了根据本发明的位置监测和校正单元8的简图。在两个辊17之间放入加固钢筋2。驱动单元18从上面垂直并水平地在加固钢筋2上移动,并与加固钢筋2形成转动的有效连接。在此,该驱动单元具有液压缸29,其冲程长度是可跟踪的。通过将加固钢筋2围绕其纵轴线转动360°，可以确定具有较大直径的区域，这是由与肋相关的“卵形”截面决定的。为此设置控制装置，其同样控制驱动单元，从而使加固钢筋2针对相对于位置监测和校正单元8移动设置的焊接电极而出现在正确的位置上。这种机械式度量规在恶劣的网垫生产环境中是特别可靠的，因为它对于污垢不敏感并同时能够提供足够的精度。显而易见，也可以使用其他的传感器，例如光栅、激光、视频监控或自动图像识别。在此没有示出根据本发明机器的可以沿加固钢筋2的纵轴线对加固钢筋2重新定位的单元。

在图5a和图5b中清晰示出了加固钢筋的纵向俯视简图和截面示意图。在此可以清楚地看到间隔并相对于横轴倾斜设置的镰刀状的肋3。在图5b中示出了位于钢筋一侧的肋3的彼此相对的端部之间的纵肋30。肋3的焊接区域S被标出，在任何情况下都有足够的肋形材料，以可靠地执行该方法。

重要之处在于，本发明使加固钢筋2和焊接装置1可靠地相互进行定位，从而能够在肋3的区域中实现焊接，优选在最高的肋部高度H的范围内。

附图标记列表

1焊接装置

2加固钢筋

3肋

4支承带

5加固钢筋预置料箱

6网垫机

7加固钢筋入口

8位置监测和校正装置

9第一加固钢筋中间存放处

10存放位置

11横向定位装置

13第二加固钢筋中间存放处

15可移动止挡块

17辊

18驱动单元

19钢筋成型机

20钢卷

21分部

22支承带存放鼓形辊

23支承臂

24加固钢筋架

25撞击挡板

26链式输送带

27摩擦辊驱动器

28输出区域

29用于确定位置的液压缸

30纵肋

31定位保护件。

Claims (17)

1.一种用于制造钢体之间的焊接连接的方法，用于制造符合DIN标准的、抗疲劳的、主要为非静态载荷的钢筋混凝土构件，其特征在于，该方法包括步骤：

a)对至少一个焊接装置(1)和由加装有肋状物的加固钢筋(2)、支承带(4)、钢筋或钢构件组成的组中的至少两个相同或不同的元件，进行彼此相对定位，其中，该钢筋或钢构件具有与各自的核心直径相比直径更大的区域，

b)仅在所述加固钢筋(2)的至少一个镰刀状的肋(3)的区域中，或者在相对于其核心直径具有更大直径的区域中对该加固钢筋(2)进行焊接，以及

c)重复步骤a)和b)，直至完成所需数量的焊接连接，

其中，在步骤a)中或之后对一个或多个待焊接的元件进行受控的位置监测，并在必要时进行位置校正，在此，该位置监测使用机械的或光学的传感器，位置校正通过使元件绕其纵轴线转动至少360°来实现。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在超过所述镰刀状的肋(3)的最大高度30％的区域内执行所述步骤b)。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在超过所述镰刀状的肋(3)的最大高度60％的区域内执行所述步骤b)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在超过所述镰刀状的肋(3)的最大高度80％的区域内执行所述步骤b)。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述位置监测使用感应器。

6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中对焊缝进行控制。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在焊接控制下执行所述步骤b)。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在对能量项的控制下执行所述步骤b)。

9.如权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，通过焊接参数控制装置控制所述焊接装置(1)，使得不再需要用于产生加固钢筋网垫的无干扰区域的预选焊点。

10.一种用于制造焊接的加固钢筋网垫的机器，该加固钢筋网垫用于制造符合DIN标准的、抗疲劳的、主要为非静态载荷的钢筋混凝土构件，该机器具有至少一个焊接装置(1)和至少一个钢筋输送装置，其特征在于，所述焊接装置(1)用于将两个或更多、相同或不同的元件彼此连接，这些元件来自由加装有肋状物的加固钢筋(2)、支承带(4)和具有比各自的核心直径更大直径的区域的钢筋组成的组，该机器具有用于一个或多个所述元件的受控的位置监测和校正装置(8)，用于确保仅在至少镰刀状的肋(3)的区域内的焊接位置，其中，受控的位置监测使用机械的或光学的传感器,位置校正通过使元件绕其纵轴线转动至少360°来实现。

11.如权利要求10所述的机器，其特征在于，所述位置监测和校正装置(8)具有机械式感应器。

12.如权利要求10所述的机器，其特征在于，该机器还具有：加固钢筋预置料箱(5)和设置在该加固钢筋预置料箱(5)和网垫机(6)之间的加固钢筋入口(7)。

13.如权利要求10所述的机器，其特征在于，所述位置监测和校正装置(8)具有：多个辊(17)，在所述多个辊之间容纳有元件；以及驱动单元(18)，其有效地作用于所述元件上。

14.如权利要求13所述的机器，其特征在于，在所述多个辊之间容纳有加固钢筋(2)。

15.如权利要求13所述的机器，其特征在于，所述驱动单元(18)在其相对于所述元件的位置上是可变的。

16.如权利要求10到15中任一项所述的机器，其特征在于，该机器具有焊接参数控制装置。

17.一种在具有主要为非静态载荷的钢筋混凝土构件和工程中使用的焊接的加固钢筋网垫，其特征在于，该焊接的加固钢筋网垫具有加固钢筋(2)，该加固钢筋仅在其至少一部分镰刀状的肋(3)的区域中与其他加固钢筋(2)在该其他加固钢筋的至少一部分镰刀状的肋(3)的区域中进行焊接，或与支承带(4)进行焊接。