CN107598405B - 焊接构件、变截面箱型构件和焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接构件、变截面箱型构件和焊接方法。焊接构件包括：腹板，其下端面为台阶面，在过渡区域和第一部分的下端面的连接处开设有沿第一部分的下端面向过渡区域延伸的第一切缝；第一连接板，其上设有第二切缝，并与腹板焊接，且第一切缝与第二切缝相对应；第一翼缘板，其一端插入第一切缝和第二切缝内，并且与第一部分的下端面、第一切缝和第二切缝焊接；第二翼缘板，其与第二部分的下端面焊接连接；和第一过渡区翼缘板，其与过渡区域的下端面焊接，且两端分别与第一翼缘板和第二翼缘板焊接。本发明可应用到焊接技术领域，减小了焊接构件的变截面处的应力集中，提高了变截面处的强度。

Description

焊接构件、变截面箱型构件和焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是一种具有变截面的焊接构件、包括该焊接构件的变截面箱型构件和该焊接构件的焊接方法。

背景技术

箱型结构构件具有部分开阔，力学性能好，以及在两个主轴方向都有很好的抗弯刚度和抗扭刚度，在双向偏心荷载作用下更能体现其优越性等优点，因此在钢结构梁、柱等众多径向和轴向受力构件中应用广泛。箱型结构构件结构复杂，制造难度大，涉及板件拼装、焊接工艺设计等诸多制造技术难点。箱型结构加工方法主要包括条型板拼装成型和预热冷压成型两种方式。预热冷压成型焊缝少，但无法对箱型结构安装隔板，箱型构件的长度受到极大限制，安装效率低，且成本高，使用较少；条型板焊接拼装成箱的方法灵活性高，现有技术较成熟，是被广泛采用的生产方式。箱型结构构件焊接拼装工艺复杂，产品质量和结构稳定性较差，其中，箱型结构很难实现部分内部焊接和全焊缝的焊接，对构件质量影响极大。

变截面是箱型构件常见的结构形式，它包括单坡楔形、双坡楔形和四坡楔形三种。变截面对箱型构件影响极大，焊接应力和部分突变产生的应力集中均出现在该区域，造成材质的过早疲劳开裂和焊接失效，降低焊接构件的使用寿命。

以起重机箱型主梁的单坡楔形结构变截面为例，现有技术中焊接结构主要包括图1A和图1B两种形式。如图1A所示，该箱型主梁变截面由构件1’-4’组成，下翼缘板2’、4’和过渡翼缘板3’直接对接拼焊，形成不稳定的坡口对接焊缝。如图1B所示，该箱型主梁变截面由构件1’-3’组成，下翼缘板2’在拼装焊接前先经过锻压加工成弯折板件，后与下翼缘板3’成坡口对接拼焊。这两种焊接结构简单，但这样的对接焊接方式为仰焊，焊缝质量难以保证，图1A所示拼接方法在制造现场坡口尺寸难以控制，图1B方法中锻压成形的翼缘板2’具有塑性变形后的残余应力，加剧变截面处的应力集中现象。

若干箱型构件及其变截面处的焊接结构和焊接方法在专利文献1～3中已公开：在专利文献1(CN202023299U)中，公开了一种变截面箱型钢梁结构，包括跨中部及位于其两侧的梁端部，跨中部、过渡部及梁端部之上、下翼板的厚度依次递减，形成所述阶梯状结构。在专利文献2(CN202571621U)中，公开了一种在本体和焊接边设置两个过渡部，实现部分突变产生的应力集中和焊接应力错开，减小对接拼焊应力集中的方法。在专利文献3(CN103934693A)中，公开了一种箱型结构柱/梁成型的加工工艺，首先将下好的板料压制成槽型，隔板拼焊后，组立成箱型部分结构，通过焊接、配件组装、焊接打磨、除锈喷漆等到成品。但专利文献1、2中变截面的焊接方法仅适用于部分尺寸在板厚尺度内变化的情况，且专利文献1中方法仅适用于阶梯状变截面。另外，专利文献3中新型箱型构件的加工工艺不适用于变截面箱型结构设计。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能减小变截面处应力集中、提高变截面强度的焊接构件。

本发明还提供了一种变截面箱型构件。

本发明又提供了一种具有变截面的焊接构件的焊接方法。

为了达到本发明的目的，本发明的实施例提供了一种焊接构件，包括：

具有变截面的腹板，其包括过渡区域、以及位于过渡区域两侧的第一部分和第二部分，其中第一部分的宽度小于第二部分的宽度，腹板的下端面为台阶面，在过渡区域的下端面和第一部分的下端面的连接处开设有沿第一部分的下端面向过渡区域延伸的第一切缝，第一切缝形成U形凹槽，第一切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离；

第一连接板，其上设有第二切缝，第二切缝形成U形凹槽，第二切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离，第一连接板与腹板贴合，第二切缝的宽度与第一切缝的宽度相同，使腹板的第一切缝与第一连接板的第二切缝在宽度方向上重合，并使第二切缝形成的U形凹槽的底部与第一切缝形成的U形凹槽的底部重合，能够使得第一翼缘板的一端插入到第一切缝和第二切缝形成的U形凹槽的底部；第一连接板与腹板焊接；

第一翼缘板，其一端插入第一切缝和第二切缝内，并且将第一翼缘板分别与第一部分的下端面、第一切缝和第二切缝焊接；

第二翼缘板，其与第二部分的下端面焊接连接；和

第一过渡区翼缘板，其与过渡区域的下端面焊接，且两端分别与第一翼缘板和第二翼缘板焊接。

在本实施例中，通过在腹板上开设有第一切缝，将第一翼缘板插入第一切缝内，使得第一翼缘板伸入过渡区域内，这样第一过渡区翼缘板与第一翼缘板焊接时，无需进行对接焊接，可将第一过渡区翼缘板与第一翼缘板进行搭接焊接，使得焊接连接部位的结构强度好；第一翼缘板与腹板的第一部分的下端面和第一切缝焊接，为了保证焊接端部的结构强度，故在腹板的焊接端部处焊接第一连接板，且使第一连接板上的第二切缝与第一切缝对应，使第一翼缘板也插入第二切缝内，并将第一翼缘板、腹板、第一连接板进行焊接，使得第一翼缘板与腹板的焊接强度好；由于第二部分处的宽度大，截面积大，故此处强度好。

综上，本实施例中，通过设置第一切缝和第一连接板，使得腹板下端的台阶面与各翼缘板的焊接强度好，增强了具有变截面的焊接构件的结构强度，因此即使应力集中出现在焊接连接部位或变截面处，也不会造成材质的过早疲劳开裂和焊接失效，延长了焊接构件的使用寿命。

可选地，所述第二切缝的长度方向经过所述第一连接板的形心，且所述第二切缝延伸至所述第一连接板的形心或延伸超过所述第一连接板的形心。

第二切缝延伸至第一连接板的形心或超过第一连接板的形心，即第二切缝过第一连接板的形心，这样可避免第二切缝偏置，如设置位置靠上或靠下，以避免第一连接板对向上或向下的应力的抵抗强度不同，使焊接构件的抗向上弯的刚度和向下弯的刚度不同，导致焊接构件容易发生向上弯曲或向下弯曲的情况。此外，第二切缝延伸至第一连接板的形心或超过第一连接板的形心，使第二切缝的长度不至于过短，无法起到有效地增强焊接端部的结构强度的作用。

可选地，所述第一连接板为圆形板或方形板。

第一连接板为圆形板，这样在焊接构件受力时，第一连接板与腹板的焊接处不会产生应力集中；第一连接板为方形板，与腹板焊接时进行直线式焊接，焊接方便。

可选地，所述第一切缝的延伸端不超过所述过渡区域的下端面的中线在所述第一切缝的长度方向上的投影。

第一切缝的延伸端不超过过渡区域的下端面的中线在第一切缝的长度方向上的投影，以免第一切缝的长度过长，影响腹板的结构强度。

可选地，所述第一切缝的宽度D1与所述第一翼缘板的厚度T1的关系为：

D1＝T1，或者D1＝T1+3～6mm。

可选地，所述第二切缝的宽度D2与所述第一切缝的宽度D1的关系为：

D2＝D1，或者D2＝D1±1～2mm。

可选地，所述第一过渡区翼缘板的一端与所述第二翼缘板对接，另一端与所述第一翼缘板搭接。

可选地，所述腹板的上端面为台阶面，在所述过渡区域的上端面和所述第一部分的上端面的连接处开设有沿所述第一部分的上端面向所述过渡区域延伸的第三切缝，第三切缝形成U形凹槽，第三切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离；

所述焊接构件还包括：

第二连接板，其上设有第四切缝，第四切缝形成U形凹槽，第四切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离，第二连接板与腹板贴合，第四切缝的宽度与第三切缝的宽度相同，使腹板的第三切缝与第二连接板的第四切缝在宽度方向上重合，并使第四切缝形成的U形凹槽的底部与第三切缝形成的U形凹槽的底部重合，能够使得第三翼缘板的一端插入到第三切缝和第四切缝形成的U形凹槽的底部；第二连接板与腹板焊接；

第三翼缘板，其一端插入第三切缝和第四切缝内，并且将第三翼缘板分别与所述第一部分的上端面、第三切缝和第四切缝焊接；

第四翼缘板，其与所述第二部分的下端面焊接连接；和

第二过渡区翼缘板，其与所述过渡区域的上端面焊接，且两端分别与第三翼缘板和第四翼缘板焊接。

在本实施例中，通过在腹板上开设有第三切缝，将第三翼缘板插入第三切缝内，使得第三翼缘板伸入过渡区域内，这样第二过渡区翼缘板与第三翼缘板焊接时，无需进行对接焊接，可将第二过渡区翼缘板与第三翼缘板进行搭接焊接，使得焊接连接部位的结构强度好；第三翼缘板分别与腹板的第一部分的上端面、第一切缝焊接，为了保证焊接端部的结构强度，故在腹板的焊接端部处焊接第二连接板，且使第二连接板上的第四切缝与第三切缝对应，使第三翼缘板也插入第四切缝内，并将第三翼缘板、腹板、第二连接板进行焊接，使得第三翼缘板与腹板的焊接强度好。

综上，本实施例中，通过设置第三切缝和第二连接板，使得腹板上端的台阶面与各翼缘板的焊接强度好，增强了具有变截面的焊接构件的结构强度，因此即使应力集中出现在焊接连接部位或变截面处，也不会造成材质的过早疲劳开裂和焊接失效，延长了焊接构件的使用寿命。

可选地，所述焊接构件为上下对称的结构。

本发明的实施例还提供了一种变截面箱型构件，包括如上述任一实施例所述的焊接构件。

本实施例提供的变截面箱型构件包括如上述任一实施例所述的焊接构件，因此也具有上述任一实施例所述的焊接构件的全部有益效果。

本发明的实施例又提供了一种焊接构件的焊接方法，所述焊接构件包括具有变截面的腹板，腹板包括过渡区域、以及位于过渡区域两侧的第一部分和第二部分，其中腹板的下端面为台阶面，第一部分的宽度小于第二部分的宽度，

所述焊接方法包括：

在过渡区域的下端面和第一部分的下端面的连接处开设沿第一部分的下端面向过渡区域延伸的第一切缝，第一切缝形成U形凹槽，第一切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离；

在第一连接板上开设第二切缝，第二切缝形成U形凹槽，第二切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离，第二切缝的宽度与第一切缝的宽度相同；

将第一连接板与腹板贴合，使腹板的第一切缝与第一连接板的第二切缝在宽度方向上重合，并使第二切缝形成的U形凹槽的底部与第一切缝形成的U形凹槽的底部重合，能够使得第一翼缘板的一端插入到第一切缝和第二切缝形成的U形凹槽的底部；将第一连接板与腹板焊接；

将第一翼缘板的一端插入第一切缝和第二切缝内，并将第一翼缘板分别与第一部分的下端面、第一切缝和第二切缝焊接；

将第一过渡区翼缘板与过渡区域的下端面焊接，将第二翼缘板与第二部分的下端面焊接连接；和

将第一过渡区翼缘板的两端分别与第一翼缘板和第二翼缘板焊接。

通过本实施例的焊接方法得到的焊接构件，通过设置第一切缝和第一连接板，使得腹板下端的台阶面与各翼缘板的焊接强度好，增强了具有变截面的焊接构件的结构强度，避免焊接连接部位或变截面处因应力集中而出现过早疲劳开裂和焊接失效，延长了焊接构件的使用寿命。

需要说明的是，第一翼缘板、第二翼缘板和第一过渡区翼缘板的焊接顺序无要求，可首先焊接任一翼缘板，或者同时对三个翼缘板进行焊接。

可选地，所述腹板的上端面为台阶面，

所述焊接方法还包括：

在所述过渡区域的上端面和所述第一部分的上端面的连接处开设沿所述第一部分的上端面向所述过渡区域延伸的第三切缝，第三切缝形成U形凹槽，第三切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离；

在第二连接板上开设第四切缝，第四切缝形成U形凹槽，第四切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离，第四切缝的宽度与第三切缝的宽度相同；

将第二连接板与腹板贴合，使腹板的第三切缝与第二连接板的第四切缝在宽度方向上重合，并使第四切缝形成的U形凹槽的底部与第三切缝形成的U形凹槽的底部重合，能够使得第三翼缘板的一端插入到第三切缝和第四切缝形成的U形凹槽的底部；将第二连接板与所述腹板焊接；

将第三翼缘板的一端插入第三切缝和第四切缝内，并将第三翼缘板分别与所述第一部分的上端面、第三切缝和第四切缝焊接；

将第二过渡区翼缘板与所述过渡区域的上端面焊接，将第四翼缘板与所述第二部分的上端面焊接连接；和

将第二过渡区翼缘板的两端分别与第三翼缘板和第四翼缘板焊接。

需要说明的是，第三翼缘板、第四翼缘板和第二过渡区翼缘板的焊接顺序无要求，可首先焊接任一翼缘板，或者同时对三个翼缘板进行焊接。

本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的焊接构件、焊接方法减少或避免了对接焊接，改变了变截面处的焊接方式，增加了焊接面积，减少了变截面处的应力集中，同时提高了变截面处的连接强度和刚度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1A是现有变截面箱型构件的焊接结构的第一个示例的结构示意图；

图1B是现有变截面箱型构件的焊接结构的第二个示例的结构示意图；

图2A是根据本发明的第一个示例性实施例的焊接构件的主视结构示意图；

图2B是图2A的俯视结构示意图；

图2C是图2A中腹板的主视结构示意图；

图2D是图2A中第一连接板的主视结构示意图；

图3A是根据本发明的第二个示例性实施例的焊接构件的主视结构示意图；

图3B是图3A的左视结构示意图；

图3C是图3A中腹板的主视结构示意图；

图3D是图3A中第一连接板的主视结构示意图；

图3E是图3A中第二连接板的主视结构示意图。

其中，图1A-图1B中附图标记与部件名称之间的关系为：

1’腹板，2’-4’翼缘板。

图2A-图3E中附图标记与部件名称之间的关系为：

1、1a腹板，10第一切缝，11第一部分，12过渡区域，13第二部分，14第三切缝，2、2a第一连接板，20第二切缝，3第一翼缘板，4第二翼缘板，5第一过渡区翼缘板，6、6a第二连接板，60第四切缝，7第三翼缘板，8第四翼缘板，9第二过渡区翼缘板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

下面参照附图，以变截面箱型主梁为例，对本发明的具有变截面的焊接构件和焊接方法进行详细说明。当然，该具有变截面的焊接构件还可以用于其它用途。

实施例一：

如图2A所示，本实施例提供了一种变截面箱型主梁，其是从小截面Ⅰ-Ⅰ(对应宽度较小的第一部分11)变化到大截面Ⅰ-Ⅱ(对应宽度较大的第二部分13)的单坡楔形变截面结构。

如图2A和图2B所示，变截面箱型主梁包括分别位于前侧的腹板1和第一连接板2、位于后侧的腹板1a和第一连接板2a，还包括第一翼缘板3、过渡区翼缘板5和第二翼缘板4。

下面具体介绍各部件的结构。

腹板1：如图2C所示，在小截面Ⅰ-Ⅰ到大截面I-Ⅱ变尺寸前后，腹板1的长度方向不变，宽度方向剪出斜面12S，坡度同变截面的斜率相同，使得小截面Ⅰ-Ⅰ宽度线性渐变到大截面Ⅰ-Ⅱ。当然，斜面12S的坡度可以任意设置，在本实施例中主要根据箱型主梁与端梁连接需要，在满足使用、受力的情况下选定。

同时，在腹板1中，沿小宽度处的下端面11S在长度方向形成向变截面的过渡区域12延伸的第一切缝10，第一切缝10与斜面12S相交。第一切缝10形成U形凹槽，第一切缝10的宽度D1为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离。第一切缝10的宽度D1略大于第一翼缘板3的厚度，一般为第一翼缘板3的厚度+3～6mm。第一切缝10的长度任意，其延伸端不超过斜面12S的中线在第一切缝10的长度线上的投影。

第一连接板2：如图2D所示，第一连接板2上形成有第二切缝20，第二切缝20的长度方向经过形心，且其端部一般经过第一连接板2的形心。第二切缝20形成U形凹槽，第二切缝20的宽度D2为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离。第二切缝20的宽度D2与第一切缝10的宽度D1相同，亦可取(D1±1～2mm)。第一连接板2可为任意形状，例如方形、圆形等，本实施例选用圆形板，并形成沿半径方向的、半径长度的第二切缝20，宽度D2与第一切缝10的宽度D1相同。

第一过渡区翼缘板5：如图2A所示，第一过渡区翼缘板5与斜面12S等长。

如图2B所示，箱型主梁前后两面的结构相同，因此，腹板1a与腹板1的形状、尺寸相同，第一连接板2a与第一连接板2的形状、尺寸相同。腹板1a与第一翼缘板3、第二翼缘板4、过渡区翼缘板5、第一连接板2a之间的焊接结构与腹板1与第一翼缘板3、第二翼缘板4、过渡区翼缘板5、第一连接板2之间的焊接结构相同。

本实施例的变截面箱型主梁可以是钢、有色金属铜、铝等金属材料构件。

本实施例提供的箱型主梁的焊接过程如下：

如图2A所示，将第一连接板2与腹板1贴合，使腹板1的第一切缝10与第一连接板2的第二切缝20在宽度方向上重合，并使第二切缝20形成的U形凹槽的底部与第一切缝10形成的U形凹槽的底部重合，能够使得第一翼缘板3的一端插入到第一切缝10和第二切缝20形成的U形凹槽的底部；然后将第一连接板2与腹板1焊接，形成环形焊缝a6。(图2A中黑色粗实线表示焊缝。)

将第一翼缘板3插入第一切缝10和第二切缝20内，并将第一翼缘板3、腹板1和第一连接板2焊接，形成焊缝a1、a4。

将过渡区翼缘板5、第二翼缘板4分别与腹板1的下端面12S、13S焊接，形成焊缝a3、a7，将过渡区翼缘板5的两端分别与第一翼缘板3搭接焊接、与第二翼缘板4对接焊接，形成焊缝a2、a5。

由于箱型主梁前后两面的结构相同，故焊接方法也相同，即腹板1a与第一翼缘板3、第二翼缘板4、过渡区翼缘板5、第二连接板2a之间的焊接方法与腹板1与第一翼缘板3、第二翼缘板4、过渡区翼缘板5、第一连接板2之间的焊接方法相同。

利用根据该示例实施例的焊接结构和焊接方法，在变截面处，第一翼缘板3与腹板1的过渡区域12之间的焊接面积大大增加，第一翼缘板3同时与过渡区翼缘板5、腹板1的过渡区域12在表面形成角焊接，不存在对接焊接。该焊接结构和焊接方法能使箱型主梁实现从截面Ⅰ-Ⅰ到截面Ⅰ-Ⅱ的变截面的高强度、大刚度地稳定接合。也就是，在腹板1上形成第一切缝10，利用第一连接板2及其第二切缝20，使得有足够的焊接面积。同时，第一翼缘板3与过渡区翼缘板5采用非对接焊接方式，在搭接处形成两条焊缝。结果，在变截面处腹板1、第一翼缘板3、第二翼缘板4、过渡区翼缘板5互相接合时，能够形成稳定的焊接结构，有良好的力学性能。

另外，利用根据该示例实施例的焊接结构和焊接方法，能够改善箱型主梁在变截面处由于形状突变产生的应力集中现象。也就是，该箱型主梁在从截面Ⅰ-Ⅰ到截面Ⅰ-Ⅱ的截面突然改变处，在箱型主梁承受由上至下的压力时，在变截面处必然出现应力集中现象。如上述焊接结构及增加的焊接面积，使得变截面处力学性能变好。第一切缝10、第一连接板2及其第二切缝20使得应力由翼缘板3-5之间的连接焊缝向腹板1内部扩散。结果，当构件受力时，变截面处的应力集中现象得到改善。

在上述的实例性实施例中，变截面处的第一翼缘板3、第二翼缘板4、过渡区翼缘板5可以有不同的厚度。例如，可使第一翼缘板3、过渡区翼缘板5、第二翼缘板4的厚度依次减小，这样能够实现箱型主梁在小截面处的刚度增加，大截面处的刚度有所降低，实现变截面构件整体刚度几乎不变。

在上述实例性实施例中，箱型主梁还可包括多个箱型变截面区域。该变截面区域除上述单坡楔形变截面区域，也可为双坡楔形变截面区域或四坡楔形变截面区域。在变截面处小截面Ⅰ-Ⅰ到大截面Ⅰ-Ⅱ的尺寸差可大于0，或等于0，即可以是箱型主梁的截面法线方向发生改变的情况。

实施例二：

如图3A所示，本实施例提供了一种变截面箱型柱，其是从小截面Ⅱ-Ⅰ(对应宽度较小的第一部分11)变化到大截面Ⅰ-Ⅱ(对应宽度较大的第二部分13)的双坡楔形变截面结构。

变截面箱型柱包括位于前侧的腹板1、第一连接板2和第二连接板6，还包括第一翼缘板3、第一过渡区翼缘板5、第二翼缘板4、第三翼缘板7、第四翼缘板8和第二过渡区翼缘板9。

下面具体介绍各部件的结构。

腹板1：如图3C所示，在小截面Ⅱ-Ⅰ到大截面Ⅱ-Ⅱ变尺寸前后，腹板1长度方向不变，宽度方向剪出斜面12S和12S’，两斜面12S和12S’的坡度同变截面斜率相同，使得截面II-Ⅰ的宽度线性渐变到截面II-Ⅱ。当然，斜面12S和12S’坡度可以任意设置，主要根据箱型主梁与端梁连接需要，在满足使用、受力的情况下选定。斜面12S和12S’的长度可以相同或不相同，在该实施例中设计相同。

同时，在腹板1中，沿小宽度处的端面11S和11S’在长度方向形成向变截面的过渡区域12延伸的第一切缝10和第三切缝14，第一切缝10和第三切缝14分别与斜面12S和12S’相交。第一切缝10形成U形凹槽，第一切缝10的宽度D1为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离；第三切缝14形成U形凹槽，第三切缝14的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离。第一切缝10的宽度D1与第三切缝14的宽度D3可以相同或不相同，且宽度D1、D3分别略大于第一翼缘板3、第三翼缘板7的厚度即可，一般第一翼缘板3、第三翼缘板7的厚度略大。本实施例中，第一翼缘板3、第三翼缘板7的厚度相同，第一切缝10的宽度D1与第三切缝14的宽度D3相同。第一切缝10和第三切缝14的长度任意，两者延伸端一般分别不超过斜面12S和12S’的中线在其相应的切缝的长度方向上的投影。

第一连接板2：如图3D所示，第一连接板2上形成有第二切缝20，第二切缝20的长度方向经过形心，且其端部一般经过第一连接板2的形心。第二切缝20形成U形凹槽，第二切缝20的宽度D2为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离。第二切缝20的宽度D2与第一切缝10的宽度D1相同，亦可取(D1±1～2mm)。第一连接板2可为任意形状，例如方形、圆形等，本实施例选用圆形板，并形成沿半径方向的、半径长度的第二切缝20，宽度D2与第一切缝10的宽度D1相同。

第二连接板6：如图3E所示，第二连接板6上形成有第四切缝60，第四切缝60的长度方向经过形心，且其端部一般经过第二连接板6的形心。第四切缝60形成U形凹槽，第四切缝60的宽度D4为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离。第四切缝60的宽度D4与第三切缝14的宽度D3相同，亦可取(D2±1～2mm)。第二连接板6可为任意形状，例如方形、圆形等，本实施例选用圆形板，并形成沿半径方向的、半径长度的第四切缝60，宽度D4与第三切缝14的宽度D3相同。

本实施例中，第一切缝10、第二切缝20、第三切缝13与第四切缝60的宽度相同。

第一过渡区翼缘板5：第一过渡区翼缘板5与斜面12S等长。

第二过渡区翼缘板9：第二过渡区翼缘板9与斜面12S’等长。

如图3B所示，本实施例中，箱型柱前后两面的结构相同，因此，位于后侧的腹板1a、第一连接板和第二连接板6a分别与位于前侧的腹板1、第一连接板2和第二连接板6的形状、尺寸相同。腹板1a与翼缘板3-5、翼缘板7-9、后侧的第一连接板、第二连接板6a之间的焊接结构与腹板1与翼缘板3-5、翼缘板7-9、第一连接板2、第二连接板6之间的焊接结构相同。

本实施例的变截面箱型柱可以是钢、有色金属铜、铝等金属材料构件。

本实施例提供的箱型柱的焊接过程如下：

如图3A所示，腹板1右侧的焊接过程为：将第一连接板2与腹板1贴合，使腹板1的第一切缝10与第一连接板2的第二切缝20在宽度方向上重合，并使第二切缝20形成的U形凹槽的底部与第一切缝10形成的U形凹槽的底部重合，能够使得第一翼缘板3的一端插入到第一切缝10和第二切缝20形成的U形凹槽的底部；然后将第一连接板2与腹板1焊接，形成环形焊缝b6；将第一翼缘板3插入第一切缝10和第二切缝20内，并将第一翼缘板3、腹板1和第一连接板2焊接，形成焊缝b3、b4。(图3A中黑色粗实线表示焊缝。)

将第一过渡区翼缘板5、第二翼缘板4与腹板1焊接，形成焊缝，将第一过渡区翼缘板5的两端分别与第一翼缘板3搭接焊接、与第二翼缘板4对接焊接，形成焊缝b10-b12。

腹板1左侧的焊接过程为：将第二连接板6与腹板1贴合，使腹板1的第三切缝14与第二连接板6的第四切缝60在宽度方向上重合，并使第四切缝60形成的U形凹槽的底部与第三切缝14形成的U形凹槽的底部重合，能够使得第三翼缘板7的一端插入到第三切缝14和第四切缝60形成的U形凹槽的底部；然后将第二连接板6与腹板1焊接，形成环形焊缝b5；将第三翼缘板7插入第三切缝14与第四切缝60内，并将第三翼缘板7、腹板1和第二连接板6焊接，形成焊缝b1、b2。

将第二过渡区翼缘板9、第四翼缘板8与腹板1焊接，形成焊缝，将第二过渡区翼缘板9的两端分别与第三翼缘板7搭接焊接、与第四翼缘板8对接焊接，形成焊缝b7-b9。

由于箱型柱前后两面的结构相同，故箱型柱前后两面的焊接方法也相同，即腹板1a与部件3-5、6a、7-9等之间的焊接工艺和腹板1与各部件2-9之间的焊接工艺相同。

利用根据该示例实施例的焊接结构和焊接方法，能使箱型柱实现从截面Ⅱ-Ⅰ到截面Ⅱ-Ⅱ的变截面的高强度、大刚度稳定接合。也就是，在腹板1上形成第一切缝10、第三切缝14，利用第一连接板2、第二连接板6及第二切缝20、第四切缝60，使得有足够的焊接面积。同时，第一翼缘板3与第一过渡区翼缘板5之间、第三翼缘板7与第二过渡区翼缘板9之间采用非对接焊接方式，在搭接处分别各形成两条焊缝。结果，在变截面处腹板1与翼缘板3-5、7-9互相接合时，能够形成稳定的焊接结构，有良好的力学性能。

另外，利用根据该示例实施例的焊接结构和焊接方法，能够改善箱型柱在变截面处由于形状突变产生的应力集中现象。也就是，该箱型柱在从截面Ⅱ-Ⅰ到截面Ⅱ-Ⅱ的截面形状突然改变，在箱型柱承受由上至下的轴向压力和扭矩时，在变截面处出现应力集中现象。如上述焊接结构及增加的焊接面积，使得变截面处力学性能优化。腹板1的切缝10、14、连接板2、6及其切缝20、60使得应力由翼缘板之间的连接焊缝向腹板1内部扩散。结果，当构件受力时，变截面处的应力集中现象得到改善。

在上述的实例性实施例中，箱型柱变截面处的翼缘板、连接板等构件可以有不同的厚度，即构件2～构件9可以有不同的厚度。例如，可使第三翼缘板7、第二过渡区翼缘板9、第四翼缘板8的厚度依次减小，这样能够实现箱型柱在小截面处的刚度增加，大截面处的刚度有所降低，实现变截面构件整体刚度几乎不变。

在上述实例性实施例中，箱型柱还可包括多个箱型变截面区域。所述变截面区除上述双坡楔形变截面区域，也可为单坡楔形变截面区域或四坡楔形变截面区域。所述变截面处小截面II-I到大截面II-I的尺寸差可大于0，或等于0，即可以是在箱型柱的截面法线方向发生改变的情况。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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，而不是指示或暗示所指的构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。

尽管已参照本发明的示例性实施例说明了本发明，但应当理解，本发明不限于上述的实施例或构造。此外，尽管以各种示例性的组合和构型示出了所公开发明的各种要素，但包括更多、更少或仅单个要素的其它组合和构型也在所附权利要求的范围内。

以上公开内容规定为说明性的而不是穷尽性的。对于本领域技术人员来说，本说明书将暗示许多变化和可选择方案。所有这些可选择方案和变化规定为被包括在本权利要求的范围内。本领域技术人员应认识到此处的实施方案的其它等效变换，这些等效变换也规定为由本权利要求所包括。

在此完成了对本申请可选择的实施方案的描述。本领域技术人员可认识到此处的实施例仅用于说明本申请，其中焊接构件的结构等都是可以有所变化的，凡是在本申请技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应被排除在本申请的保护范围之外。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (11)

1.一种焊接构件，其特征在于，包括：

具有变截面的腹板，其包括过渡区域、以及位于过渡区域两侧的第一部分和第二部分，其中第一部分的宽度小于第二部分的宽度，腹板的下端面为台阶面，在过渡区域的下端面和第一部分的下端面的连接处开设有沿第一部分的下端面向过渡区域延伸的第一切缝，第一切缝形成U形凹槽，第一切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离；

第一连接板，其上设有第二切缝，第二切缝形成U形凹槽，第二切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离，第一连接板与腹板贴合，第二切缝的宽度与第一切缝的宽度相同，使腹板的第一切缝与第一连接板的第二切缝在宽度方向上重合，并使第二切缝形成的U形凹槽的底部与第一切缝形成的U形凹槽的底部重合，能够使得第一翼缘板的一端插入到第一切缝和第二切缝形成的U形凹槽的底部；第一连接板与腹板焊接；

第一翼缘板，其一端插入第一切缝和第二切缝内，并且将第一翼缘板分别与第一部分的下端面、第一切缝和第二切缝焊接；

第二翼缘板，其与第二部分的下端面焊接连接；和

第一过渡区翼缘板，其与过渡区域的下端面焊接，且两端分别与第一翼缘板和第二翼缘板焊接。

2.如权利要求1所述的焊接构件，其特征在于，

所述第二切缝的长度方向经过所述第一连接板的形心，且所述第二切缝延伸至所述第一连接板的形心或延伸超过所述第一连接板的形心。

3.如权利要求2所述的焊接构件，其特征在于，

所述第一连接板为圆形板或方形板。

4.如权利要求1所述的焊接构件，其特征在于，

所述第一切缝的延伸端不超过所述过渡区域的下端面的中线在所述第一切缝的长度方向上的投影。

5.如权利要求1所述的焊接构件，其特征在于，

所述第一切缝的宽度D1与所述第一翼缘板的厚度T1的关系为：

D1＝T1，或者D1＝T1+3～6mm。

6.如权利要求1所述的焊接构件，其特征在于，

所述第一过渡区翼缘板的一端与所述第二翼缘板对接，另一端与所述第一翼缘板搭接。

7.如权利要求1-6中任一项所述的焊接构件，其特征在于，

所述腹板的上端面为台阶面，在所述过渡区域的上端面和所述第一部分的上端面的连接处开设有沿所述第一部分的上端面向所述过渡区域延伸的第三切缝，第三切缝形成U形凹槽，第三切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离；

所述焊接构件还包括：

第二连接板，其上设有第四切缝，第四切缝形成U形凹槽，第四切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离，第二连接板与腹板贴合，第四切缝的宽度与第三切缝的宽度相同，使腹板的第三切缝与第二连接板的第四切缝在宽度方向上重合，并使第四切缝形成的U形凹槽的底部与第三切缝形成的U形凹槽的底部重合，能够使得第三翼缘板的一端插入到第三切缝和第四切缝形成的U形凹槽的底部；第二连接板与所述腹板焊接；

第三翼缘板，其一端插入第三切缝和第四切缝内，并且将第三翼缘板分别与所述第一部分的上端面、第三切缝和第四切缝焊接；

第四翼缘板，其与所述第二部分的下端面焊接连接；和

第二过渡区翼缘板，其与所述过渡区域的上端面焊接，且两端分别与第三翼缘板和第四翼缘板焊接。

8.如权利要求7所述的焊接构件，其特征在于，

所述焊接构件为上下对称的结构。

9.一种变截面箱型构件，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的焊接构件。

10.一种焊接构件的焊接方法，其特征在于，所述焊接构件包括具有变截面的腹板，腹板包括过渡区域、以及位于过渡区域两侧的第一部分和第二部分，其中腹板的下端面为台阶面，第一部分的宽度小于第二部分的宽度，

所述焊接方法包括：

在过渡区域的下端面和第一部分的下端面的连接处开设沿第一部分的下端面向过渡区域延伸的第一切缝，第一切缝形成U形凹槽，第一切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离；

在第一连接板上开设第二切缝，第二切缝形成U形凹槽，第二切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离，第二切缝的宽度与第一切缝的宽度相同；

将第一连接板与腹板贴合，使腹板的第一切缝与第一连接板的第二切缝在宽度方向上重合，并使第二切缝形成的U形凹槽的底部与第一切缝形成的U形凹槽的底部重合，能够使得第一翼缘板的一端插入到第一切缝和第二切缝形成的U形凹槽的底部；将第一连接板与腹板焊接；

将第一翼缘板的一端插入第一切缝和第二切缝内，并将第一翼缘板分别与第一部分的下端面、第一切缝和第二切缝焊接；

将第一过渡区翼缘板与过渡区域的下端面焊接，将第二翼缘板与第二部分的下端面焊接连接；和

将第一过渡区翼缘板的两端分别与第一翼缘板和第二翼缘板焊接。

11.如权利要求10所述的焊接方法，其特征在于，所述腹板的上端面为台阶面，

所述焊接方法还包括：

在过渡区域的上端面和第一部分的上端面的连接处开设沿所述第一部分的上端面向所述过渡区域延伸的第三切缝，第三切缝形成U形凹槽，第三切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离；

在第二连接板上开设第四切缝，第四切缝形成U形凹槽，第四切缝的宽度为其形成的U形凹槽的两个平行的槽壁之间的距离，第四切缝的宽度与第三切缝的宽度相同；

将第二连接板与腹板贴合，使腹板的第三切缝与第二连接板的第四切缝在宽度方向上重合，并使第四切缝形成的U形凹槽的底部与第三切缝形成的U形凹槽的底部重合，能够使得第三翼缘板的一端插入到第三切缝和第四切缝形成的U形凹槽的底部；将第二连接板与所述腹板焊接；

将第三翼缘板的一端插入第三切缝和第四切缝内，并将第三翼缘板分别与所述第一部分的上端面、第三切缝和第四切缝焊接；

将第二过渡区翼缘板与所述过渡区域的上端面焊接，将第四翼缘板与所述第二部分的上端面焊接连接；和

将第二过渡区翼缘板的两端分别与第三翼缘板和第四翼缘板焊接。

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