CN109047989B - 一种铰支座焊接制造的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铰支座焊接制造的方法。所述铰支座包括底板、至少1个筋板、以及至少1个耳板，筋板分别与耳板、底板连接，所述方法包括步骤：对基材进行切割下料，得到耳板的粗坯、筋板和底板；对耳板的粗坯进行坡口加工，得到耳板；将底板、筋板和耳板进行固定、焊接，得到所述铰支座。本发明的有益效果包括：方法简便，成本低，得到的铰支座变形量可控，尺寸精确，力学性能更强，且质量大为提高，能够满足更高质量要求的工程。

Description

一种铰支座焊接制造的方法
技术领域
本发明涉及承载工程领域，特别地，涉及一种通过手工焊接制造铰支座锻件的方法。
背景技术
目前国内铰支座的制造多采用铸造工艺，存在气孔、裂纹等缺陷，无法满足较高质量标准的工程设计要求。其主要工序包括模具准备、压蜡、浇铸等工艺流程，使用浇铸方式使铰支座一体成型。
支座是将结构或构件连接在支承物上的装置，在工程上常常通过支座将构件支承在基础或另一静止的构件上。铰支座在梁端承担水平约束的作用。
现有铰支座的制造方式为铸造，是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。铸造工艺存在大量难以避免的缺陷有如气孔、粘砂、夹砂、冷隔、浇不足、缩孔、肉瘤等。力学性能较差，易给力学性能要求较高的工程留下安全隐患。
同时，随着大型工程对质量标准的提高，某些工程设计要求铰支座检测质量达到超声波检测I级，铸造件无法达到该要求。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种铰支座焊接制造的方法，来提高铰支座的力学性能和探伤质量。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种铰支座焊接制造的方法。所述铰支座可包括部件：1个底板、1个耳板和至少1个筋板，耳板与底板垂直连接，筋板分别与耳板、底板连接，所述方法可包括步骤：对基材进行切割下料，得到耳板的粗坯、筋板和底板；对耳板的粗坯进行坡口加工，得到耳板；对底板进行防热弯曲变形固定，将耳板在底板上进行固定、焊接，再将筋板与耳板、底板之间进行固定、焊接，得到铰支座。
本发明另一方面提供了一种铰支座焊接制造的方法。所述铰支座可包括部件：1个底板、至少2个耳板和至少1个筋板，耳板与底板垂直连接，筋板分别与耳板、底板连接，所述方法可包括步骤：对基材进行切割下料，得到耳板的粗坯、筋板和底板；对耳板的粗坯进行坡口加工，得到耳板；对底板进行防热弯曲变形固定，依次将各个耳板在底板上进行固定、焊接，再将筋板与耳板、底板之间进行固定、焊接，得到铰支座。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，在所述铰支座中，所述耳板与底板相互垂直，所述耳板的一端设置有贯穿的孔洞，当所述耳板的数量大于1时，各个耳板孔洞的中心在同一直线上。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，当耳板的数量为1时，耳板的孔洞中贯穿有一圆管，所述方法还包括步骤：将圆管与孔洞之间进行焊接。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，所述筋板可包括三角形筋板，所述三角形筋板的两条边分别与底板和耳板连接。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，所述三角形可为直角三角形，所述直角三角形筋板的两条直角边分别与底板和耳板连接。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，当所述耳板的数量大于1时，铰支座中各个耳板相互平行且并排设置在底板上。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，耳板粗坯的底部可加工成双面坡口或单面坡口。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，当所述耳板的数量大于1时，在所述底板上固定的第一个耳板的底部被加工成双面坡口，其他耳板的底部被加工成单面坡口。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，所述双面坡口的每个坡口面都可包括两个连接的倾斜面，邻近底板的倾斜面与所述底板夹角可为40～50度，另一个倾斜面面与底板夹角可为15～20度；所述单面坡口的坡口面也可包括两个连接的倾斜面，邻近底板的倾斜面与底板夹角可为40～50度，另一个倾斜面与底板夹角可为15～20度。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，所述固定的步骤可包括：通过固定工装进行固定，其中，可对耳板和底板的垂直度和水平度进行固定。其中，固定工装的材质可与基材材质相同，例如，固定工装可以包括对基材下料切割后得到的边角料。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，所述固定的步骤还可包括：对所述底板进行防热弯曲变形固定，例如可在底板的底面上焊接若干个与基材材质相同的矩形板。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，所述方法还可包括步骤：在所述焊接结束之后，去除所述工装，并打磨所述得到的铰支座。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，所述底板与耳板之间焊接的步骤可包括：焊前预热；进行多层多道焊接，其中，先采用氩弧焊打底，再通过电弧焊焊接；焊后缓冷至室温。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，所述氩弧焊打底的步骤包括：采用钨极氩弧焊进行第1层的焊接，其中，焊接过程电弧电压可为10～11V，焊接电流可为130～140A，焊速可为6～7cm/min。
基于本发明的一个或多个示例性实施例，所述电弧焊的步骤包括：在第2层以上的焊接采用手工电弧焊焊接方式进行，其中，第2、3层焊接的电弧电压可为24～25V，焊接电流可为145～150A，焊速可为13～15cm/min，第4层以上焊接的电弧电压可为33～34V，焊接电流可为220～235A，焊速可为13.5～14.5cm/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：得到的铰支座变形量可控，尺寸精确，力学性能更强，且质量大为提高，能够满足更高质量要求的工程。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明一个示例性实施例的铰支座焊接制造方法的一个流程示意图；
图2示出了本发明的铰支座中1个耳板的坡口和焊接形式的示意图；
图3示出了本发明的铰支座中2个耳板的坡口和焊接形式的示意图；
图4示出了本发明的铰支座中3个耳板的坡口和焊接形式的示意图；
图5示出了本发明对底板防热弯变形固定的示意图；
图6示出了本发明的耳板的示意图；
图7示出了本发明的铰支座雏形的示意图；
图8示出了本发明的铰支座的示意图。
附图标记说明：1-底板；2-筋板；3-耳板。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的铰支座焊接制造的方法。
图1示出了本发明一个示例性实施例的铰支座焊接制造方法的一个流程示意图。图2示出了本发明的铰支座1个耳板的坡口和焊接形式的示意图。图3示出了本发明的铰支座2个耳板的坡口和焊接形式的示意图。图4示出了本发明的铰支座3个耳板的坡口和焊接形式的示意图。图5示出了本发明对底板防热弯变形固定的示意图。图6示出了本发明的耳板的示意图。图7示出了本发明的铰支座雏形的示意图。图8示出了本发明的铰支座的示意图。
相对于当前采用的铸造成型铰支座，本发明通过采用锻件焊接+防热变形工装的方式来制造铰支座，制备出的铰支座变形可控、尺寸精确。
在本发明的一个示例性实施例中，所述铰支座可包括底板、至少1个筋板和至少1个耳板，筋板分别与耳板、底板连接；如图8示出的铰支座，包括三个耳板，4个筋板。图6(a)和6(b)分别示出了耳板的正视图和左视图，耳板可以包括梯形段和弧形段，两者为一体结构，耳板的一端可设置有贯穿的孔洞。在铰支座中，如图7所示，耳板与底板可相互垂直，当耳板的数量大于1时，各个耳板可相互平行且并排设置在底板上，各耳板孔洞的中心可在同一直线上。在图8示出的铰支座示意图中，筋板可包括三角形筋板，三角形筋板的两条边分别与底板和耳板连接。进一步地，三角形可为直角三角形，直角三角形筋板的两条直角边可分别与底板和耳板连接。
所述铰支座焊接制造方法可包括以下步骤：
对基材进行切割下料，得到耳板的粗坯、筋板和底板，如图1中的步骤S01。其中，基材可为金属材质，例如可包括16MnIV锻件。
对耳板粗坯进行坡口加工，得到耳板；如图1中的步骤S02。其中，耳板粗坯的底部(即与底板连接的部分)可以加工成单面坡口或双面坡口。例如当铰支座中耳板的数量为1时，如图2所示，耳板粗坯底部可加工成双面坡口，这样可以更容易焊透，保证焊接质量。当铰支座中耳板的数量为2时，2个耳板粗坯的底部也可以都加工单面坡口(例如坡口朝外的单面坡口)，或者都加工成双面坡口；但考虑到耳板之间的操纵空间，若两个耳板之间的距离不够，第二个耳板的双面坡口内侧就无法焊接，这就需要将其底部加工成为单面坡口；如图3所示，一个耳板粗坯底部加工成单面坡口，另一个耳板粗坯底部加工成双面坡口，这样可以最大限度保证焊透。当铰支座中耳板的数量大于2时，若耳板之间的空间足够大时，任意耳板的底部都可加工为双面坡口或单面坡口；但考虑到耳板之间操作空间的限制，在影响焊接的情况下，与底板第一个连接的耳板的底部可加工为双面坡口，这样其两边的坡口都可进行焊接，其余耳板的底部加工为单面坡口；进一步的，底部具有双面坡口且第一个与底板连接的耳板，可位于中间位置，其他具有单面坡口的耳板依次设置于第一个耳板的两边，且坡口朝外，以利于焊接。单面坡口的坡口面可包括一个倾斜面，也可以包括两个倾斜面。进一步地，单面坡口的坡口面可包括两个连接的坡口面，这样尤其在板材厚度较大时，能够减少熔敷金属量，提高焊接质量；其中，邻近底板的倾斜面与底板夹角可为40～50度，例如45±3℃，另一个倾斜面与底板夹角可为15～20度，例如17.5±1℃。双面坡口的每个坡口面可包括一个倾斜面，也可以包括两个倾斜面；进一步地可包括两个连接的倾斜面，这样尤其在板材厚度大时，可以减少熔敷金属量，提高焊接质量；邻近底板的倾斜面与底板夹角可为40～50度，例如45±3℃，另一个倾斜面与底板夹角可为15～20度，例如17.5±1℃。双面坡口的左右两个坡口面可对称分布在耳板底部。
在坡口加工后，对底板进行防热弯曲变形固定；当耳板的数量为1时，将耳板在底板上进行固定、焊接，当耳板数量大于1时，依次将各个耳板在底板上进行固定、焊接；再将筋板与耳板、底板之间进行固定、焊接，得到铰支座，如图1中的步骤S03。
所述固定的步骤可包括：通过固定工装进行固定，例如可对耳板和筋板的垂直度和水平度进行固定。当所述铰支座中耳板的数量大于1时，需对各耳板之间的相对位置进行固定，例如可通过将1个或若干个工装件焊接在相邻的两个耳板上来实现耳板之间相对位置的固定，其中，工装件可包括与基材材质相同的板材，例如矩形板、梯形板、三角板等。所述固定工装的材质可与所述基材的材质相同，其可以通过与基材相同材质的材料下料得到，固定工装可以是与基材材质相同的板材，图7示出的铰支座雏形的示意图中，线条相对较细的工件表示固定工装，固定工装可以包括梯形板、矩形板、三角板、圆形板、椭圆板等，本发明板材的形状不局限于此，只要是能够通过焊接起到连接功能的板材都可以。对底板进行防热弯曲变形固定可通过在底板的底面上焊接若干个与基材材质相同的矩形板，如图5所示，图5(a)和5(b)分别示出了进行防热弯曲变形固定的底板的仰视图和正视图。
在本实施例中，耳板在底板上进行固定的步骤可包括：先通过点焊将耳板固定在底板上，再通过安装固定工装来进一步固定。
在本实施例中，铰支座中底板的、耳板和筋板的尺寸，耳板和筋板的数量、耳板底部坡口加工方式可根据实际需求来确定。
图2(a)、3(a)和4(a)分别示出了铰支座中底板与1个耳板、2个耳板和三个耳板连接关系的示意图，图2(a)、3(a)和4(a)示出的耳板厚度分别为100、120和82mm，图3(a)中耳板之间的距离可为82mm；图4(a)耳板之间的距离可为122mm。
如图2(a)所示，耳板的底部加工成两个对称分布的坡口面(即双面坡口)；如图3(a)所示，一个耳板的底部加工成两个对称分布的坡口面，另一个耳板的底部加工成单面坡口；如图4(a)所示，中间耳板的底部加工成两个对称分布的坡口面，两边耳板的底部都加工成单面坡口。如图2(c)和3(b)所示，双面坡口的两个坡口面之间最近的距离可都为3mm，每个坡口面距离底板的最小高度可都为3mm，双面坡口的每个坡口面都包括两个倾斜面，邻近底板的倾斜面与底板的夹角可都为45°，该倾斜面距离底板最大的纵向高度可分别为24和30mm，另一个倾斜面与底板的夹角可都为18°，该倾斜面距离底板最大的纵向高度可分别为33和40mm。如图4(c)所示，中间耳板双面坡口的每个坡口面，都只有一个倾斜面，该倾斜面与底板之间的夹角为45度。
如图3(c)和4(b)所示，单面坡口也可具有两个倾斜面，邻近底板的倾斜面与底板的夹角可都为45°，该倾斜面距离底板最大的纵向高度可分别为30和24mm，另一个倾斜面与底板的夹角可都为18°，该倾斜面距离底板最大的纵向高度可分别为59和42mm。
在本实施例中，当耳板的数量为1时，耳板上的孔洞可贯穿一个圆管。圆管的直径可与孔洞相匹配，圆管与孔洞之间可通过焊接进行连接。
在本实施例中，所述耳板和底板之间焊接的步骤可包括：对坡口进行预热，预热温度为100～150℃，这样能够防止冷裂纹的产生；先用氩弧焊打底，再用电弧焊进行多层多道焊接，其中，多层多道是指由多条焊道及多个焊层完成整条焊缝的焊接方法。采用多层多道焊接能够增强焊缝金属塑性，提高焊接质量，每层焊接2～3mm厚；焊接结束后缓冷至室温。
在本实施例中，氩弧焊打底的步骤可包括：采用GTAW(即钨极氩弧焊)焊接方法进行第1层焊接，其中，电压(即电弧电压)可为10～11V，焊接电流可为130～140A，焊速可为6～7cm/min。其中，在焊接耳板和底板焊接时，可先在底板上通过氩弧焊预堆一道。具有单面坡口的耳板可预先通过GTAW堆焊与底板焊接到一起。
电弧焊的步骤可包括：在第2层及之上的焊接采用SMAW(即手工电弧焊)焊接方式进行焊接，第2、3层焊接的电压可为24～25V，电流可为145～150A，焊速可为13～15cm/min，第4层及以上焊接的电压可为33～34V，电流可为220～235A，焊速可为13.5～14.5cm/min直至焊接完成。
上述的层数是从下向上计的，即底层为第1层，底层之上为第2、3、4层等层数。
在本实施例中，所述方法还可包括步骤：在所述焊接结束之后，去除所述工装，并打磨所述得到的铰支座。
在本实施例中，所述方法还可包括步骤：在对基材下料请之前，编制焊接工艺卡。其中，焊接工艺卡的编制可包括坡口形式、焊接材料、焊接方法的选择。坡口形式分为单面坡口和双面坡口，在能进行双面焊接的位置选择双面坡口设计，这样有利于焊接质量的控制。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例
根据图2～4中的坡口及焊接型式，对厚度为120mm/80mm、材质为16MnIV锻件进行加工。
加工后，精确找准各部件在底板上的位置，用直角钢尺测量并确定水平度和垂直度，点焊固定。其中，采用直角钢尺找垂直后，安装变形固定工装。
焊缝预热，在预热后采用GTAW焊接方法、ER49-1焊丝进行第1层焊接，电压10.5V，电流135A，焊速6.2cm/min；之后所有层次采用SMAW(即手工电弧焊)焊接方式、E5015焊条进行焊接，第2、3层电压24.5V，电流147A，焊速14cm/min，4层及以上电压33.5V，电流229A，焊速14cm/min直至焊接完成。
焊接完成使用保温棉进行保温缓冷。切割卸载变形固定工装，并修整表面。进行超声波检测，I级为合格。
在本发明的另一个示例性实施例中，本发明的铰支座制造可采用特殊坡口设计、变形固定工装及手工焊接工艺。本发明的铰支座焊接制造方法可依次包括：编制焊接工艺卡、放样、下料、坡口加工、安装变形固定工装、手工焊接、工装拆卸、打磨和无损检测。
其中，焊接工艺卡的编制可包括坡口形式、焊接材料、焊接方法的选择。坡口形式分为单面坡口和双面坡口，在能进行双面焊接的位置选择双面坡口设计，利于焊接质量的控制，坡口形式和角度可包括上一个示例性实施例中的坡口形式和角度。选用适宜的焊接工艺评定进行焊接。进一步的，放样、下料和坡口加工严格按照工艺执行。
变形固定工装是防止焊接过程中工件热变形、保证支座尺寸精度的一种固定工具。其可包括筋板、耳板、底板的垂直度固定、水平度固定。固定方式如图7所示，可采用与铰支座相同材质的钢板下料为三角形、梯形、矩形等，先分别焊接在对应位置形成固定，再进行焊接，达到防止变形的目的。
焊接采用氩弧焊打底，再手工电弧焊的方法进行焊接，其中，焊前要预热，焊后可采用保温棉进行缓冷至室温。每层焊接2～3mm，多层多道焊接，单面坡口可预先在钢板上进行GTAW堆焊。
当铰支座焊接完成后，可切割卸载工装并打磨表面，恢复工件(即铰支座)原状。
综上所述，本发明的铰支座焊接制造方法简便、易操作、成本低。本发明方法制备出的铰支座变形量可控，尺寸精确，力学性能更强，且质量大为提高，无损检测能达到NB/T47013中规定的超声波检测I级，这是采用铸造工艺无法达到的；本发明的新型铰支座制造方法能满足更高质量要求的工程要求。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (6)

1.一种铰支座焊接制造的方法，其特征在于，所述铰支座包括部件：1个底板、1个耳板和至少1个筋板，耳板与底板垂直连接，筋板分别与耳板、底板连接，所述方法包括步骤：
对基材进行切割下料，得到耳板的粗坯、筋板和底板；
对耳板的粗坯进行坡口加工，得到耳板；
对底板进行防热弯曲变形固定，将耳板在底板上进行固定、焊接，再将筋板与耳板、底板之间进行固定、焊接，得到铰支座；
所述耳板的底部被加工为单面坡口或双面坡口，所述双面坡口的每个坡口面都包括两个连接的倾斜面，邻近所述底板的倾斜面与所述底板夹角为40～50度，另一个倾斜面与所述底板夹角为15～20度；所述单面坡口的坡口面也包括两个连接的倾斜面，邻近所述底板的倾斜面与所述底板夹角为40～50度，另一个倾斜面与所述底板夹角为15～20度；
所述底板与耳板之间焊接的步骤包括：焊前预热；进行多层多道焊接，其中，先采用氩弧焊打底，再通过电弧焊焊接；焊后缓冷至室温；其中，预热温度为100～150℃，每层焊接2～3mm厚；
所述氩弧焊打底的步骤包括：采用钨极氩弧焊进行第1层的焊接，其中，焊接过程电弧电压为10～11V，焊接电流为130～140A，焊速为6～7cm/min；
所述电弧焊的步骤包括：在第2层以上的焊接采用手工电弧焊焊接方式进行，其中，第2、3层焊接的电弧电压为24～25V，焊接电流为145～150A，焊速为13～15cm/min，第4层以上焊接的电弧电压为33～34V，焊接电流为220～235A，焊速为13.5～14.5cm/min。
2.一种铰支座焊接制造的方法，其特征在于，所述铰支座包括部件：1个底板、至少2个耳板和至少1个筋板，耳板与底板垂直连接，筋板分别与耳板、底板连接，所述方法包括步骤：
对基材进行切割下料，得到耳板的粗坯、筋板和底板；
对耳板的粗坯进行坡口加工，得到耳板；
对底板进行防热弯曲变形固定，依次将各个耳板在底板上进行固定、焊接，再将筋板与耳板、底板之间进行固定、焊接，得到铰支座；
所述耳板的底部被加工为单面坡口或双面坡口，所述双面坡口的每个坡口面都包括两个连接的倾斜面，邻近所述底板的倾斜面与所述底板夹角为40～50度，另一个倾斜面与所述底板夹角为15～20度；所述单面坡口的坡口面也包括两个连接的倾斜面，邻近所述底板的倾斜面与所述底板夹角为40～50度，另一个倾斜面与所述底板夹角为15～20度；
所述底板与耳板之间焊接的步骤包括：焊前预热；进行多层多道焊接，其中，先采用氩弧焊打底，再通过电弧焊焊接；焊后缓冷至室温；其中，预热温度为100～150℃，每层焊接2～3mm厚；
所述氩弧焊打底的步骤包括：采用钨极氩弧焊进行第1层的焊接，其中，焊接过程电弧电压为10～11V，焊接电流为130～140A，焊速为6～7cm/min；
所述电弧焊的步骤包括：在第2层以上的焊接采用手工电弧焊焊接方式进行，其中，第2、3层焊接的电弧电压为24～25V，焊接电流为145～150A，焊速为13～15cm/min，第4层以上焊接的电弧电压为33～34V，焊接电流为220～235A，焊速为13.5～14.5cm/min。
3.根据权利要求2所述的铰支座焊接制造的方法，其特征在于，在所述铰支座中，各个耳板相互平行且并排设置在底板上。
4.根据权利要求3所述的铰支座焊接制造的方法，其特征在于，在所述底板上固定的第一个耳板的底部被加工成双面坡口，其他耳板的底部被加工成单面坡口。
5.根据权利要求1或2所述的铰支座焊接制造的方法，其特征在于，所述筋板包括三角形筋板，三角形筋板的两条边分别与底板和耳板连接。
6.根据权利要求1或2所述的铰支座焊接制造的方法，其特征在于，所述固定的步骤包括：通过固定工装进行固定。
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