CN106112224A - 钢结构u形肋板角焊缝全熔透焊接工艺 - Google Patents

钢结构u形肋板角焊缝全熔透焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，钢顶板与U形肋板形成内部具有狭小空间的钢结构，在位于狭小空间内部的内角焊缝安装焊接衬垫，在位于狭小空间外部的外坡口角焊缝进行焊接，使钢顶板与U形肋板单面焊双面成型。本发明不仅能有效防止U形肋板角焊缝焊穿，还能保证钢结构U形肋板角焊缝完全熔透并且正反面良好成型，改善钢结构U形肋板角焊缝耐疲劳性能，延长钢结构的使用寿命。

Description

钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺
技术领域
本发明涉及桥梁及钢结构工程制造焊接技术领域。更具体地说，本发明涉及一种钢结构U形肋板角焊缝全熔透的焊接工艺。
背景技术
目前国内外大多数钢结构上U形肋板角焊缝的设计要求是焊接熔深达到70％以上，然而要达到此要求，需对生产过程中的装配工艺和焊接工艺进行严格控制，现有的焊接钢结构U形肋板角焊缝焊接工艺导致工程严重缺陷，达不到设计使用寿命，造成常年反复修建甚至报废。所以当下寻求一种能保证100％熔透的钢结构U形肋板角焊缝的制造工艺方法和配套材料，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，其不仅能有效防止U形肋板角焊缝焊穿，还能保证钢结构U形肋板角焊缝的熔深达到设计要求，在提高生产效率的同时，使钢结构U形肋板角焊缝全熔透并且良好成型，改善钢结构U形肋板角焊缝物理性能，延长钢结构的使用年限。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，钢顶板与U形肋板形成内部具有狭小空间的钢结构，在位于狭小空间内部的内角焊缝安装焊接衬垫，在位于狭小空间外部的外坡口角焊缝进行焊接，使钢顶板与U形肋板连接实现单面焊双面成型。
优选的是，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，焊接采用双丝埋弧焊配合埋弧焊焊剂，埋弧焊焊剂包括以下质量百分比的组分：MgO：20％～30％、CaO：3％～8％、CaF2：15％～25％、MnO：2％～5％、Al2O3：25％～35％、SiO2：10％～20％、以及SiFe：1％～3％。
优选的是，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，双丝埋弧焊的前焊丝、后焊丝材质的成分范围为：C≤0.12、Mn：0.3-2.1、Si：0.03-0.95、Cr≤0.2、Ni≤0.3、Cu≤0.2、S≤0.035、P≤0.035，前焊丝直径为1.2～4.0mm、后焊丝直径为1.2～4.0mm，前焊丝和后焊丝间距为15～45mm。
优选的是，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，所述焊接衬垫包括耐高温衬垫材料和柔性包覆层，位于狭小空间内部的内角焊缝的柔性包覆层在电弧高温冲击下熔化，所述耐高温衬垫材料在电弧高温冲击下部分表面熔化强制并保护焊缝成型。
优选的是，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，所述耐高温衬垫材料为表面覆有热固化剂的颗粒状陶质或烧结焊剂，所述柔性包覆层为厚度0.2～2mm的玻璃纤维布管，陶质包括以下质量百分比的组分：SiO2：30％～60％、Al2O3：30％～45％、MgO：3％～18％、以及ZrO+TiO2+K2O+NaO+Fe2O3：5％～10％。
优选的是，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，所述耐高温衬垫材料为块状成型陶质，所述柔性包覆层包括位于狭小空间内部的内角焊缝的玻璃纤维布和未与内角焊缝直接接触的其余位置的铝箔，陶质包括以下质量百分比的组分：SiO2：35％～60％、Al2O3：30％～45％、MgO：3％～18％、以及ZrO+TiO2+K2O+NaO+Fe2O3：5％～10％。
优选的是，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，安装焊接衬垫的具体方式为：采用电驱动的自动装贴小车沿钢顶板的纵桥向行走，两侧用涂有压敏胶的铝箔胶带将焊接衬垫固定在钢顶板与U形肋板形成的内角焊缝并顶紧。
优选的是，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，安装焊接衬垫的具体方式为：采用液压驱动或弹性力驱动的顶紧装置沿钢顶板的纵桥向铺设，两侧用带磁性或弹夹的直钢柱固定住焊接衬垫，焊接衬垫为条状或绳状，将其固定在钢顶板与U形肋板形成的内角焊缝并顶紧。
优选的是，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，所述耐高温衬垫材料为耐1320℃以上的衬垫材料。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、本发明通过自动装贴小车在位于狭小空间内部的内角焊缝加装焊接衬垫，位于狭小空间外部的外坡口角焊缝焊接时采用双丝埋弧焊配合U形肋板专用埋弧焊剂进行焊接，正面背面可以获得良好的成型；
第二、本发明通过加装焊接衬垫和采用双丝埋弧焊焊接工艺，实现了钢结构U形肋板角焊缝100％熔透，对生产现场焊接工艺和装配工艺放宽要求的同时，减少了人力物力的消耗，提高了生产效率和质量；
第三、本发明用于钢结构U形肋板角焊缝的焊接作业，不仅能有效防止U形肋板角焊缝焊穿，还能保证钢结构U形肋板角焊缝的熔深达到全熔透要求，在提高生产效率的同时，使钢结构U形肋板角焊缝正反成型良好，改善钢结构U形肋板角焊缝耐疲劳性能，延长钢结构的使用寿命。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的方法焊接得到的钢顶板与U形肋板的外坡口角焊缝的焊缝成型的示意图；
图2为本发明的方法焊接得到的钢顶板与U形肋板的内角焊缝的焊缝成型的示意图；
图3为现有技术的方法焊接得到的钢顶板与U形肋板的外坡口角焊缝的示意图；
图4为现有技术的方法焊接得到的钢顶板与U形肋板的内角焊缝未熔透的示意图；
图5为本发明的方法焊接得到的钢顶板与U形肋板的全熔透横截面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，钢顶板与U形肋板形成内部具有狭小空间的钢结构，在位于狭小空间内部的内角焊缝安装焊接衬垫，在位于狭小空间外部的外坡口角焊缝进行焊接，使钢顶板与U形肋板单面焊双面成型。
在上述技术方案中，由于钢顶板与U形肋板形成的钢结构内部狭小空间，常规工人仅进行外坡口的焊接，非常容易导致工件焊穿或达不到设计熔深要求，使得桥面板在使用数年后就容易发生晃动等现象，很大部分原因是焊缝未熔透，耐疲劳性能大打折扣，通过在内角焊缝安装焊接衬垫、在外坡口角焊缝焊接，实现钢顶板与U形肋板单面焊双面成型，还能保证钢结构U形肋板角焊缝的熔深达到全熔透要求，在提高生产效率的同时，使钢结构U形肋板角焊缝正反成型良好，改善钢结构U形肋板角焊缝耐疲劳性能，延长钢结构的使用寿命。
在另一种技术方案中，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，焊接采用双丝埋弧焊配合埋弧焊焊剂，埋弧焊焊剂包括以下质量百分比的组分：MgO：20％～30％、CaO：3％～8％、CaF2：15％～25％、MnO：2％～5％、Al2O3：25％～35％、SiO2：10％～20％、以及SiFe：1％～3％。在本公司简称为型号为TGF-SJ988U的焊剂，在高速焊接状态下能提供较稳定的熔深，在焊接过程中电弧稳定，脱渣性良好，成形美观，与母材金属结合良好，经过超声波探伤检测，焊缝金属内无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
在另一种技术方案中，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，双丝埋弧焊的前焊丝、后焊丝材质为H08A、H08MnA、H10Mn2等(根据钢板等级而定)，成分范围为：C≤0.12、Mn：0.3-2.1、Si：0.03-0.95、Cr≤0.2、Ni≤0.3、Cu≤0.2、S≤0.035、P≤0.035，前焊丝直径为1.2～4.0mm、后焊丝直径为1.2～4.0mm，前焊丝和后焊丝间距为15～45mm。配合双丝埋弧焊对钢顶板和U形肋板形成的坡口焊接，100％熔透，焊缝焊脚平滑性高，焊缝光滑度高，具有很高的应用价值。
在另一种技术方案中，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，所述焊接衬垫包括耐高温衬垫材料和柔性包覆层，位于狭小空间内部的内角焊缝的柔性包覆层在电弧高温冲击下熔化，所述耐高温衬垫材料在电弧高温冲击下部分表面熔化强制并保护焊缝成型。耐高温衬垫材料防止焊接时工件焊穿，强制钢结构U形肋板角焊缝背部焊缝成型，柔性包覆层为软状可自由弯曲材质，便于容置和固定耐高温衬垫材料。
在另一种技术方案中，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，所述耐高温衬垫材料为表面覆有热固化剂的颗粒状陶质或烧结焊剂，所述柔性包覆层为厚度0.2～2mm的玻璃纤维布管，陶质包括以下质量百分比的组分：SiO2：30％～60％、Al2O3：30％～45％、MgO：3％～18％、以及ZrO+TiO2+K2O+NaO+Fe2O3：5％～10％，以下简称TG-U1衬垫。玻璃纤维布管包覆颗粒状耐高温衬垫材料，ZrO+TiO2+K2O+NaO+Fe2O3使得承托铁水的位置更加光滑，成型更美观。
在另一种技术方案中，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，所述耐高温衬垫材料为块状成型陶质，所述柔性包覆层包括位于狭小空间内部的内角焊缝的玻璃纤维布和未与内角焊缝直接接触的其余位置的铝箔，陶质包括以下质量百分比的组分：SiO2：35％～60％、Al2O3：30％～45％、MgO：3％～18％、以及ZrO+TiO2+K2O+NaO+Fe2O3：5％～10％。玻璃纤维布包覆块状成型陶质，未与内部角焊缝发生干涉的位置为背面的铁皮槽，提高柔性包覆层的包覆成型能力，ZrO+TiO2+K2O+NaO+Fe2O3使得承托铁水的位置更加光滑，成型更美观。
在另一种技术方案中，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，安装焊接衬垫的具体方式为：采用电驱动的自动装贴小车沿钢顶板的纵桥向行走，两侧用涂有压敏胶的铝箔胶带将焊接衬垫固定在钢顶板与U形肋板形成的内角焊缝处并顶紧。自动装贴小车另申请专利，为具有行走机构、铝箔胶带预变型机构、铝箔胶带压紧机构、铝箔胶带保护纸收集机构的装置，能够沿钢顶板的纵桥向行走，并将衬垫顶紧。
在另一种技术方案中，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，安装焊接衬垫的具体方式为：采用液压驱动或弹性力驱动的顶紧装置沿钢顶板的纵桥向铺设，两侧用带磁性或弹夹的直钢柱固定住焊接衬垫，焊接衬垫为条状或绳状，将其固定在钢顶板与U形肋板形成的内角焊缝处并顶紧。顶紧机构另申请专利，沿钢顶板的纵桥向铺设的装置，两侧通过直钢柱与铁皮槽吸附将衬垫顶紧。
在另一种技术方案中，所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，所述耐高温衬垫材料为耐1320℃以上的衬垫材料。避免在高温同铁水熔化，更好承托铁水。
采用本发明的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，以下简称T-UFB法，对两块试验钢板进行焊接试验，实验装置及焊接材料如表1所示。其中，第一试验钢板和第二试验钢板的参数如表2、表3所示。试验规范和条件如表4所示。
表1
名称 型号 生产厂家
焊接衬垫顶紧装置 TG-U0 天高
埋弧焊机 时代逆变 天高
试板母材材质 Q235 天高
埋弧焊焊丝 H08A 天高
焊接衬垫 TG-U1 天高
埋弧焊焊剂 TGF-SJ988U 天高
表2
第一试验钢板 U形肋板 顶板
母材板厚 10mm 18mm
装配角度 78° 无
母材坡口 40° 无
装配间隙 无 无
表3
第二试验钢板 U形肋板 顶板
母材板厚 12mm 20mm
装配角度 78° 无
母材坡口 40° 无
装配间隙 无 无
表4
第一试验钢板 第二试验钢板
焊接电压 前丝30V，后丝35V 前丝32V，后丝35V
焊接电流 前丝400A，后丝250A 前丝450A，后丝260A
焊接速度 60cm/min 55cm/min
焊丝前后间距 15mm 35mm
焊丝直径 前丝1.6mm，后丝2.0mm 前丝1.6mm，后丝2.0mm
埋弧焊剂 TGF-SJ988U TGF-SJ988U
焊接结果表示，第一试验钢板和第二试验钢板的角焊缝正反成型良好，如图1、2所示，采用常规埋弧焊焊接得到普通钢板，如图3、4所示，正面成形，反面未熔透)，第一试验钢板、第二试验钢板相较于普通钢板，焊缝熔深符合设计要求，焊缝无焊接缺陷，符合设计要求。
由于U形肋板在桥梁中时起到一个加强筋的作用，主要是增强桥面板的强度以及耐疲劳性，桥梁在使用过程中(尤其是公铁两用桥梁)，桥面板需要承受极大地重载、动载，所产生极大地疲劳应力直接反应到桥面板与加强筋U形肋板上。现有焊接工艺对于U形肋板焊接很难以达到设计要求的80％熔透焊接，大多数真正实现的只有50％左右的熔透焊接。即使达到80％熔透，焊缝在不熔透的情况下，依然得不到很好的抗疲劳性。极易产生疲劳裂纹，一旦产生疲劳裂纹，其可以迅速增大，甚至可能拉跨主桥面板，极大降低使用年限，更严重者甚至造成重大事故。那么使用全熔透焊接，焊缝拥有很好的抗疲劳性，极大地降低了疲劳裂纹产生的倾向，大大增加桥梁的使用寿命。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的细节。

Claims (9)

1.一种钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，钢顶板与U形肋板形成内部具有狭小空间的钢结构，其特征在于，在位于狭小空间内部的内角焊缝安装焊接衬垫，在位于狭小空间外部的外坡口角焊缝进行焊接，使钢顶板与U形肋板连接实现单面焊双面成型。
2.如权利要求1所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，其特征在于，焊接采用双丝埋弧焊配合埋弧焊焊剂，埋弧焊焊剂包括以下质量百分比的组分：MgO：20％～30％、CaO：3％～8％、CaF2：15％～25％、MnO：2％～5％、Al2O3：25％～35％、SiO2：10％～20％、以及SiFe：1％～3％。
3.如权利要求2所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，其特征在于，双丝埋弧焊的前焊丝、后焊丝材质的成分范围为：C≤0.12、Mn：0.3-2.1、Si：0.03-0.95、Cr≤0.2、Ni≤0.3、Cu≤0.2、S≤0.035、P≤0.035，前焊丝直径为1.2～4.0mm、后焊丝直径为1.2～4.0mm，前焊丝和后焊丝间距为15～45mm。
4.如权利要求1所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，其特征在于，所述焊接衬垫包括耐高温衬垫材料和柔性包覆层，位于狭小空间内部的内角焊缝的柔性包覆层在电弧高温冲击下熔化，所述耐高温衬垫材料在电弧高温冲击下部分表面熔化强制并保护焊缝成型。
5.如权利要求4所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，其特征在于，所述耐高温衬垫材料为表面覆有热固化剂的颗粒状陶质或烧结焊剂，所述柔性包覆层为厚度0.2～2mm的玻璃纤维布管，陶质包括以下质量百分比的组分：SiO2：30％～60％、Al2O3：30％～45％、MgO：3％～18％、以及ZrO+TiO2+K2O+NaO+Fe2O3：5％～10％。
6.如权利要求4所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，其特征在于，所述耐高温衬垫材料为块状成型陶质，所述柔性包覆层包括位于狭小空间内部的内角焊缝的玻璃纤维布和未与内角焊缝直接接触的其余位置的铝箔，陶质包括以下质量百分比的组分：SiO2：35％～60％、Al2O3：30％～45％、MgO：3％～18％、以及ZrO+TiO2+K2O+NaO+Fe2O3：5％～10％。
7.如权利要求5所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，其特征在于，安装焊接衬垫的具体方式为：采用电驱动的自动装贴小车沿钢顶板的纵桥向行走，两侧用涂有压敏胶的铝箔胶带将焊接衬垫固定在钢顶板与U形肋板形成的内角焊缝并顶紧。
8.如权利要求6所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，其特征在于，安装焊接衬垫的具体方式为：采用液压驱动或弹性力驱动的顶紧装置沿钢顶板的纵桥向铺设，两侧用带磁性或弹夹的直钢柱固定住焊接衬垫，焊接衬垫为条状或绳状，将其固定在钢顶板与U形肋板形成的内角焊缝并顶紧。
9.如权利要求4所述的钢结构U形肋板角焊缝全熔透焊接工艺，其特征在于，所述耐高温衬垫材料为耐1320℃以上的衬垫材料。
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