CN106216871B - 一种主索鞍鞍头结构及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主索鞍鞍头结构及其成型方法。所述鞍头结构包括具有鞍槽的鞍头本体，鞍槽内以坡口焊缝的方式竖向焊接有多块隔板，每块隔板为整体结构。所述鞍头结构的成型方法包括：步骤1.制造符合设计要求的鞍头本体及隔板；根据设计要求，在鞍槽和隔板上分别加工出对应的斜面坡口；步骤2.按照由两侧向中心对称焊进的焊接顺序，除鞍槽中心2～4个焊接部位外，在鞍槽内其它的各焊接部位上逐块组装、并以坡口焊缝的方式焊接各隔板；步骤3.在鞍槽中心的各焊接部位上逐块组装、并以坡口焊缝的方式焊接各隔板。本发明大大增强了隔板与鞍槽之间的连接结构强度及隔板自身的结构强度，整个鞍头的抗剪切能力强。

Description

一种主索鞍鞍头结构及其成型方法

技术领域

本发明涉及悬索桥主索鞍，具体是一种鞍头结构，以及该鞍头结构的成型方法。

背景技术

主索鞍是悬索桥用于支撑主缆的永久性结构件，常见的主索鞍有全铸式、全焊式和铸焊式。其中，铸焊式主索鞍吸取了全铸式和全焊式这两种主索鞍的优点，即将结构形状复杂的鞍头采用铸钢铸造成型，将结构比较简单的底座采用钢板焊接组合成型；如此，较好地利用了全铸式和全焊式的结构强度优势和制造方法的优势，有效解决了简化制造工艺与材料合理利用之间的矛盾。

在铸焊式主索鞍中，常见的鞍头结构如图1和图2所示，其包括鞍头本体A和多块隔板C，这些隔板C竖向焊接装配在鞍头本体A的鞍槽B内，每块隔板C由下层隔板C1、中层隔板C2和上层隔板C3依次凹凸嵌合而成。此类鞍头结构虽然成型相较方便、容易，但因隔板的分体结构及隔板在鞍槽上焊接组合结构，从而使得隔板本身的结构强度及其与鞍头本体之间的连接强度均较差，整个鞍头的抗剪切能力弱，进而不利于提高悬索桥工程中永久性主索鞍结构的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种成型容易、结构强度高、整个鞍头抗剪切能力强的主索鞍鞍头结构，以及该鞍头结构的成型方法。

本发明所采用的技术方案是：一种主索鞍鞍头结构，包括鞍头本体，所述鞍头本体具有鞍槽，所述鞍槽内以坡口焊缝的方式竖向焊接有多块隔板，每块隔板为整体结构。进一步的，所述隔板的厚度为10～16mm。

一种上述主索鞍鞍头结构的成型方法，包括下列步骤：

步骤1. 制造符合设计要求的鞍头本体；根据设计要求，将鞍槽内全部或部分的隔板焊接部位加工出对应的斜面坡口；

按照设计要求对隔板下料，每块隔板为整体成型结构、且其平面度≤1mm；根据设计要求，将全部或部分隔板的焊接边加工出对应的斜面坡口；

步骤2. 按照由两侧向中心对称焊进的焊接顺序，除鞍槽中心2～4个焊接部位外，在鞍槽内其它的各焊接部位上逐块组装、并以坡口焊缝的方式焊接各隔板，使各隔板在鞍槽内的对应焊接部位上逐块竖立；每焊接一块隔板，便对该隔板的焊缝进行检查、清理和打磨处理，合格后方能进行下一块隔板的组装、焊接；

步骤3. 在鞍槽中心的各焊接部位上逐块组装、并以坡口焊缝的方式焊接各隔板，使各隔板在鞍槽内的对应焊接部位上逐块竖立；焊接作业以持有窄间隙焊接机头的焊接机器人完成，每焊接一块隔板，便对该隔板的焊缝进行检查、清理和打磨处理，合格后方能进行下一块隔板的组装、焊接，直至焊接完毕。

步骤1中，隔板下料是以激光切割机进行下料，所得每块隔板预留有精加工余量，而且，隔板在加工出斜面坡口后，对隔板的坡口进行包括渗透探伤在内的质量检测。

步骤2和步骤3中，隔板在鞍槽内对应焊接部位上的组装是通过工艺拉筋和等高垫实现的，所述工艺拉筋固定在隔板的非焊接边与相对件之间，所述等高垫衬垫在隔板表面与相邻壁面之间，组装好的隔板的焊接边与鞍槽内所对应焊接部位之间的组装间隙为4～6mm。

步骤2和步骤3中，每条焊缝至多齐平于隔板表面和/或绳槽表面，焊缝下沉于对应表面的距离最多为0.5mm。

步骤2和步骤3中，所述焊接采用焊接机器人实现，具体焊接过程是，先点焊定位、后通焊，所述定位焊的焊接电流为200～260A、电压为24～28V、保护气体流量为20～30L，所述通焊的焊接电流为240～300A、电压为26～30V、保护气体流量为20～30L。

本发明的有益效果是：

1. 本发明以坡口焊缝的方式将整体结构的各隔板竖向焊接在鞍头本体的鞍槽内，从而大大增强了隔板与鞍槽之间的连接结构强度及隔板自身的结构强度，整个鞍头的抗剪切能力强，进而有利于提高悬索桥工程中永久性主索鞍结构的稳定性和可靠性；

2. 本发明的成型方法以上述鞍头结构为基础，通过合理、可行的装焊工艺，使整体结构的各隔板在鞍头本体的鞍槽内所形成的窄间隙条件下，还能以较轻松、容易、方便的组焊方式有效、可靠地实现坡口焊，可操作性和实用性强。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是现有主索鞍鞍头的结构示意图。

图2是图1中隔板的结构示意图。

图3是本发明的一种结构示意图。

图4是图3中隔板的结构示意图。

图5是图3中各隔板焊接顺序示意图。

图6是图5中局部D的放大图。

图7是本发明成型过程的流程演示图。

具体实施方式

参见图3和图4所示，本发明为悬索桥工程主索鞍的鞍头结构，其包括鞍头本体A。鞍头本体A为铸焊结构，具有鞍槽B，在鞍槽B内以坡口焊缝的方式竖向焊接有多块隔板C，每块隔板C为整体结构；前述每块隔板C的厚度范围为10～16mm，例如10mm、13mm或16mm，匹配于设计要求即可。

参见图5、图6和图7所示，上述主索鞍鞍头结构的成型方法包括下列步骤：

步骤1. 铸造并精加工出符合设计要求的鞍头本体A，该鞍头本体A具有鞍槽B；

根据设计要求，以鞍槽B的中心区域为分界点，将鞍槽B中心区域两侧的各隔板焊接部位分别加工出对应的斜面坡口，由于中心区域两侧的各隔板焊接部位为台阶结构，因而斜面坡口是以台阶外沿的约35～55°（例如35°、45°或55°等，优选45°）的斜面结构成型；鞍槽B中心区域的各隔板焊接部位亦分别加工出对应的斜面坡口，由于中心区域的各隔板焊接部位为平面结构，因而斜面坡口是以倒梯形的凹槽结构成型，每个坡口两侧斜面的倾斜角度约为35～55°（例如35°、45°或55°等，优选45°），保证斜面坡口的表面质量及坡口角度的精度；对鞍槽B内的坡口进行包括渗透探伤在内的质量检测，渗透探伤检测按JB/T4730.5-2005（承压设备无损检测第5部分：渗透检测）II级合格执行；

按照设计要求，对隔板进行下料，在下料过程中，根据工艺制作需求预留出足够的精加工余量，为了更好的控制变形，隔板采用激光切割机进行下料；下料所得的每块隔板C为整体成型结构，将所得的各隔C板在平台上进行校平，保证隔板C的平面度≤1mm；

根据设计要求，采用机械加工方式，将除对应鞍槽B中心区域以外的各隔板C的焊接边加工出对应的斜面坡口，即将隔板相背于焊接部位台阶面的底沿加工成倾斜角度约为35～55°（例如35°、45°或55°等，优选45°）的斜面坡口，保证斜面坡口的表面质量及坡口角度的精度；由于鞍槽B中心区域的各焊接部位为坡口的凹槽，因而，对应鞍槽B中心区域的各隔板C只要焊接边的厚度匹配于焊接部位的凹槽底面宽度，无需在隔板上加工坡口；

待隔板C的斜面坡口加工完毕后，对隔板C的坡口进行包括渗透探伤在内的质量检测，渗透探伤检测按JB/T4730.5-2005（承压设备无损检测第5部分：渗透检测）II级合格执行；

步骤2. 按照由两侧向中心对称焊进的焊接顺序，进行各隔板C的在鞍头本体A的鞍槽B内的逐块组装和焊接；

具体的，将鞍槽B两侧焊接部位所对应的各隔板C进行顺序编号，由外侧向内逐块顺序编号为1、2、3、4……，两侧的编号一致；仅剩鞍槽B中心区域所对应的四块隔板C，这四块隔板C的顺序编号靠后于两侧的，且这四块隔板以中间的为最后、两侧的顺序交错编号，例如6、8、9、7；

根据上述顺序编号，除鞍槽B中心四个焊接部位外，在鞍槽B内其它的各焊接部位上按编号顺序逐块组装、并以全熔透和部分熔透的方式焊接各隔板C，即，隔板C的焊接边与鞍槽底面之间为坡口全熔透焊缝的方式焊接，而隔板C紧贴鞍槽内焊接部位台阶的面则以坡口部分熔透焊缝的方式焊接，从而使各隔板C由两侧向中心对称焊进；

每块隔板C在鞍槽B内对应焊接部位上的组装是通过工艺拉筋E和等高垫F实现的，工艺拉筋E固定在当前隔板C的非焊接边与相对件（即隔板1的相对件为鞍头本体A，隔板2的相对件可以为鞍头本体A或隔板1，通常就近选择隔板1，以此类推）之间，等高垫衬垫在隔板C表面与相邻壁面之间（即隔板1的相邻壁面为鞍槽壁面，隔板2的相邻壁面为隔板1的表面，以此类推）；组装好的隔板C的焊接边与鞍槽B内所对应焊接部位之间的组装间隙范围为4～6mm，例如4mm、5mm或6mm；隔板组装好后，用量距检查每槽宽度，对不符合尺寸要求的及时进行调整，对检查合格的进行焊接；

每块组装好的隔板的坡口全熔透焊缝的焊接是采用机器人或人工焊接实现的，而每块组装好的隔板紧贴鞍槽焊接部位台阶面的坡口部分熔透焊缝，则因窄间隙原因，采用连接有细长窄间隙焊接机头的机器人实现焊接，具体焊接过程是，先点焊定位、后通焊；定位焊的焊接电流为200～260A、电压为24～28V、保护气体流量为20～30L；通焊的焊接电流为240～300A、电压为26～30V、保护气体流量为20～30L。

每焊接一块隔板C，便需要对该隔板B的焊缝进行包括探伤在内的检查、清理和打磨处理；探伤处理可以是人工无损探伤检验，亦可以采用超声相控阵检测方式进行探伤检测；清理处理是将焊缝周边的焊渣和飞溅等进行清理干净；打磨处理是以风动砂轮和接长风动砂轮对焊缝进行修整打磨，使焊缝平滑过渡，要求每条焊缝至多齐平于隔板表面和绳槽表面，焊缝下沉于对应表面的距离最多为0.5mm；检查、清理、打磨合格后，方能进行下一块紧邻的隔板C的组装、焊接；最终使各隔板依次由两侧向中心对称的逐块竖立在鞍槽内的对应焊接部位上；

步骤3. 步骤2完毕后，仅剩鞍槽B中心区域上的各焊接部位所对应的隔板C，从而按照编号顺序，在鞍槽B中心的各焊接部位上逐块组装、并以坡口全熔透和部分熔透的方式焊接各隔板C，即先焊接的隔板C（例如隔板6）在空间允许的条件下，其焊接边与鞍槽底面之间为坡口全熔透焊缝的方式焊接，紧贴鞍槽内焊接部位台阶的面则以坡口部分熔透焊缝的方式焊接，而后焊的隔板C（例如隔板7、隔板8、隔板9）则因空间限制，其全部以坡口部分熔透焊缝的方式焊接；

每块隔板C在鞍槽内对应焊接部位上的组装是通过工艺拉筋E和等高垫F实现的，工艺拉筋E固定在当前隔板C的非焊接边与相对件（即隔板6的相对件为鞍头本体或隔板5，通常就近选择隔板5，以此类推）之间，等高垫衬垫在隔板C表面与相邻壁面之间（即隔板6的相邻壁面为隔板5的表面，以此类推）；组装好的隔板C的焊接边与鞍槽B内所对应焊接部位之间的组装间隙为4～6mm，例如4mm、5mm或6mm；隔板组装好后，用量距检查每槽宽度，对不符合尺寸要求的及时进行调整，对检查合格的进行焊接；

每块组装好的隔板的焊接是采用机器人焊接实现的，焊接机器人所采用的焊接机头为细长的窄间隙焊接机头，具体焊接过程是，先点焊定位、后通焊；定位焊的焊接电流为200～260A、电压为24～28V、保护气体流量为20～30L；通焊的焊接电流为240～300A、电压为26～30V、保护气体流量为20～30L。

每焊接一块隔板C，便需要对该隔板B的焊缝进行包括探伤在内的检查、清理和打磨处理；由于中间几块隔板所处空间为窄间隙，相邻隔板间的距离仅有几十毫米、而高度则超过900mm，因而无法进行人工无损探伤检验，唯有采用超声相控阵检测方式进行探伤检测；清理处理是将焊缝周边的焊渣和飞溅等进行清理干净；打磨处理是以风动砂轮和接长风动砂轮对焊缝进行修整打磨，使焊缝平滑过渡，要求每条焊缝至多齐平于隔板表面和绳槽表面，焊缝下沉于对应表面的距离最多为0.5mm；检查、清理、打磨合格后，方能进行下一块紧邻的隔板C的组装、焊接，直至焊接完毕；最终使各隔板逐块竖立在鞍槽内的对应焊接部位上；

上各具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述具体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种主索鞍鞍头结构的成型方法，所述主索鞍鞍头结构包括鞍头本体（A），所述鞍头本体（A）具有鞍槽（B），所述鞍槽（B）内以坡口焊缝的方式竖向焊接有多块隔板（C），所述鞍槽（B）内的每块隔板（C）为整体结构，且每块隔板（C）的厚度为10～16mm；其特征在于，所述成型方法包括下列步骤：

步骤1. 制造符合设计要求的鞍头本体（A）；根据设计要求，将鞍槽（B）内全部或部分的隔板焊接部位加工出对应的斜面坡口；

按照设计要求对隔板（C）下料，每块隔板（C）为整体成型结构、且其平面度≤1mm；根据设计要求，将全部或部分隔板（C）的焊接边加工出对应的斜面坡口；

步骤2. 按照由两侧向中心对称焊进的焊接顺序，除鞍槽（B）中心2～4个焊接部位外，在鞍槽（B）内其它的各焊接部位上逐块组装、并以坡口焊缝的方式焊接各隔板（C），使各隔板（C）在鞍槽（B）内的对应焊接部位上逐块竖立；每焊接一块隔板（C），便对该隔板（B）的焊缝进行检查、清理和打磨处理，合格后方能进行下一块隔板（C）的组装、焊接；

步骤3. 在鞍槽（B）中心的各焊接部位上逐块组装、并以坡口焊缝的方式焊接各隔板（C），使各隔板（C）在鞍槽（B）内的对应焊接部位上逐块竖立；焊接作业以持有窄间隙焊接机头的焊接机器人完成，每焊接一块隔板（C），便对该隔板（C）的焊缝进行检查、清理和打磨处理，合格后方能进行下一块隔板（C）的组装、焊接，直至焊接完毕。

2.根据权利要求1所述主索鞍鞍头结构的成型方法，其特征在于：步骤1中，隔板下料是以激光切割机进行下料，所得每块隔板（C）预留有精加工余量，而且，隔板（C）在加工出斜面坡口后，对隔板（C）的坡口进行包括渗透探伤在内的质量检测。

3.根据权利要求1所述主索鞍鞍头结构的成型方法，其特征在于：步骤2和步骤3中，隔板（C）在鞍槽内对应焊接部位上的组装是通过工艺拉筋（E）和等高垫（F）实现的，所述工艺拉筋（E）固定在隔板（C）的非焊接边与相对件之间，所述等高垫（F）衬垫在隔板（C）表面与相邻壁面之间，组装好的隔板（C）的焊接边与鞍槽（B）内所对应焊接部位之间的组装间隙为4～6mm。

4.根据权利要求1所述主索鞍鞍头结构的成型方法，其特征在于：步骤2和步骤3中，每条焊缝至多齐平于隔板表面和/或绳槽表面，焊缝下沉于对应表面的距离最多为0.5mm。

5.根据权利要求1所述主索鞍鞍头结构的成型方法，其特征在于：步骤2和步骤3中，所述焊接采用焊接机器人实现，具体焊接过程是，先点焊定位、后通焊，定位焊的焊接电流为200～260A、电压为24～28V、保护气体流量为20～30L/min，所述通焊的焊接电流为240～300A、电压为26～30V、保护气体流量为20～30L/min。