CN109848626B - 一种钢管组合柱的焊接角变形控制工装 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了钢结构制造领域内的一种钢管组合柱的焊接角变形控制工装，包括船形支架、下螺栓拉紧器和上螺栓拉紧器，两根钢管组合柱肢背相对地设置在船形支架上，钢管组合柱横截面呈L型，由一个横截面为长方形的第一钢管、一个横截面为正方形的第二钢管和连接第一钢管和第二钢管的两块平行的连接钢板组成，船形支架上表面呈L型，下螺栓拉紧器截面呈U型，U型两上端分别与两根钢管组合柱的第一钢管下端外侧固定连接，U型底部设有螺栓伸缩调节装置，上螺栓拉紧器截面呈倒U型，倒U型两下端设有螺栓旋进压紧杆，螺栓旋进压紧杆内端与两根钢管组合柱的第二钢管外端相抵。本发明的工装能够有效控制钢管组合柱焊接变形、保证焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及钢结构制造领域，尤其是涉及一种钢管组合柱的焊接角变形控制工装。
背景技术
目前装配式建筑中常常采用矩形管组合异形柱，目的是将柱子嵌入在墙体中，特别这样可以扩大住房的实用面积。由于L 形截面的组合柱属于中和轴不对称结构，普通对称焊工艺不能控制变形，而且焊接变形后矫正非常因难，火焰矫正还会伤及钢材的金相组织，破坏构件的力学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够控制焊接变形、保证焊接质量的钢管组合柱的焊接角变形控制工装。
本发明的目的是这样实现的：一种钢管组合柱的焊接角变形控制工装，包括船形支架、下螺栓拉紧器和上螺栓拉紧器，两根钢管组合柱肢背相对地设置在船形支架上，钢管组合柱横截面呈L型，由一个横截面为长方形的第一钢管、一个横截面为正方形的第二钢管和连接第一钢管和第二钢管的两块平行的连接钢板组成，船形支架上表面呈L型，包括用于支撑第一钢管的第一支撑面和垂直于第一支撑面的第二支撑面，第二支撑面表面固定有支撑柱，支撑柱与相邻的钢管组合柱的连接钢板外侧垂直相抵，下螺栓拉紧器截面呈U型，U型两上端分别与两根钢管组合柱的第一钢管下端外侧固定连接，U型底部设有螺栓伸缩调节装置，上螺栓拉紧器截面呈倒U型，倒U型两下端设有螺栓旋进压紧杆，螺栓旋进压紧杆内端与两根钢管组合柱的第二钢管外端相抵。
本发明的钢管组合柱的焊接角变形控制工装用于钢管组合柱焊接，下螺栓拉紧器在钢管组合柱下方产生弯曲压应力，上螺栓拉紧器在钢管组合柱上方产生弯曲拉应力，钢管组合柱在受拉区焊接，螺栓拉紧器的外力削弱了热膨胀的受阻程度，塑性区压缩变形减小，冷却后残余变形自然也小。相反，在受压区焊接，外力加强了金属热膨胀的受阻程度，焊接塑性变形加大，冷却后残余变形也大，即在热膨胀阶段，受拉区应力互相抵消一部分，减小了达到屈服极限的焊接变形。因此，本发明的钢管组合柱的焊接角变形控制工装能够有效控制焊接变形、保证焊接质量。
作为本发明的进一步改进，下螺栓拉紧器包括对称设置的左部和右部，左部和右部通过螺栓伸缩调节装置连接，螺栓伸缩调节装置左右两端设有螺纹孔，左部和右部截面呈L型，L型一端与第一钢管下端外侧固定连接，L型另一端伸入螺纹孔中并与之螺纹连接。该下螺栓拉紧器结构简单，制造方便，且简化了钢管组合柱的连接难度。
作为本发明的进一步改进，螺栓伸缩调节装置前后两端开口，便于通过开口调节两根第一钢管的间距。
作为本发明的进一步改进，两根钢管组合柱之间设有垫铁块，垫铁块设置在第一钢管与连接钢板连接位置以及第二钢管与连接钢板连接位置。通过垫铁块使得两根钢管组合柱之间存在间隙，防止在对位于外侧的钢管组合柱某一位置进行焊接时对位于内侧的另一根钢管组合柱的相邻位置造成干扰。
作为本发明的进一步改进，下螺栓拉紧器和上螺栓拉紧器至少为三组，分别设置在钢管组合柱的两端及中部，以便在焊接过程中对钢管组合柱施加足够的力以抗衡焊接变形。
作为本发明的进一步改进，船形支架采用框架结构，有槽钢焊接而成，采用框架结构，可以降低工装材料成本，也便于制造，同时方便在第一支撑面中形成空槽以容置下螺栓拉紧器。
附图说明
图1为本发明的钢管组合柱的焊接角变形控制工装的示意图。
图2为本发明的钢管组合柱的焊接顺序示意图。
其中，1船形支架，1A第一支撑面1A，1B第二支撑面，1C支撑柱，2下螺栓拉紧器，2A左部，2B右部，2C螺栓伸缩调节装置，3上螺栓拉紧器，3A螺栓旋进压紧杆，4A第一钢管，4B第二钢管，4C连接钢板，5垫铁块。
具体实施方式
如图1所示的钢管组合柱的焊接角变形控制工装，包括船形支架1、下螺栓拉紧器2和上螺栓拉紧器3，两根钢管组合柱肢背相对地设置在船形支架1上。钢管组合柱横截面呈L型，由一个横截面为长方形的第一钢管4A、一个横截面为正方形的第二钢管4B和连接第一钢管和第二钢管的两块平行的连接钢板4C组成。两根钢管组合柱之间设有垫铁块5，垫铁块5设置在第一钢管4A与连接钢板4C连接位置以及第二钢管4B与连接钢板4C连接位置。通过垫铁块5使得两根钢管组合柱之间存在间隙，防止在对位于外侧的钢管组合柱某一位置进行焊接时对位于内侧的另一根钢管组合柱的相邻位置造成干扰。
船形支架1上表面呈L型，包括用于支撑第一钢管4A的第一支撑面1A和垂直于第一支撑面1A的第二支撑面1B，第二支撑面1B表面固定有支撑柱1C，支撑柱1C与相邻的钢管组合柱的连接钢板4C外侧垂直相抵。船形支架采用框架结构，有槽钢焊接而成，在对钢管组合柱提供稳定支撑的同时，可以降低工装材料成本，也便于制造，同时方便在第一支撑面1A中形成空槽以容置下螺栓拉紧器2。
下螺栓拉紧器2截面呈U型，包括对称设置的左部2A和右部2B，左部2A和右部2B通过螺栓伸缩调节装置2C连接。螺栓伸缩调节装置2C左右两端设有螺纹孔，左部2A和右部2B截面呈L型，L型一端与第一钢管4A下端外侧固定连接，L型另一端伸入螺栓伸缩调节装置2C螺纹孔中并与之螺纹连接。螺栓伸缩调节装置2C前后两端开口，便于通过开口调节两根第一钢管4A的间距。
上螺栓拉紧器3截面呈倒U型，倒U型两下端设有螺纹孔，螺栓旋进压紧杆3A穿过螺纹孔固定在上螺栓拉紧器3上，螺栓旋进压紧杆3A内端与两根钢管组合柱的第二钢管4B外端相抵。
在本实施例中，下螺栓拉紧器2和上螺栓拉紧器3为三组，分别设置在钢管组合柱的两端及中间位置，以便在焊接过程中对钢管组合柱施加足够的力以抗衡焊接变形。在实际实施时，下螺栓拉紧器2和上螺栓拉紧器3也可超过3组，除了位于端部的两组下螺栓拉紧器2和上螺栓拉紧器3外，其他几组下螺栓拉紧器2和上螺栓拉紧器3在位于端部的两组下螺栓拉紧器2和上螺栓拉紧器3之间均布，以提供均匀的反变形力。
参照图2所示，为克服钢管组合柱焊接过程中的扭曲变形，施焊时的步骤为：
（1）焊接两根钢管组合柱两端的直焊缝L1；
（2）焊接位于外侧的钢管组合柱外侧的焊缝：
A．焊接钢管组合柱第二钢管4B与连接钢板4C之间的焊缝L2，上螺栓拉紧器3连接位置除外；
B．焊接钢管组合柱第一钢管4A与连接钢板4C之间内角焊缝L3；
（3）采用吊具旋转两根钢管组合柱方向，将位于内侧的钢管组合柱旋转至外侧，重复步骤（2）中A-B焊接操作；
（4）拆除上螺栓拉紧器3、割除下螺栓拉紧器2，使得两根钢管组合柱分离，焊接钢管组合柱竖直侧的两道对接焊缝L4，补焊上螺栓拉紧器3连接位置焊缝。
根据应力状态对焊接变形的影响原理：焊接变形形成过程为焊接时金属热膨胀受阻而形成压应力，当压应力超过弹性范围时进入高温塑性状态。冷却时金属收缩产生变形，因此焊接变形与工件在施焊时的原始应力状态有关。
根据这个原理，同时考虑到钢管组合柱的截面中和轴不对称，容易产生焊接角变形。本实施例将两根组装未焊的钢管组合柱中间垫以垫铁块，两端及中间用螺栓拉紧器（下螺栓拉紧器2和上螺栓拉紧器3）对钢管组合柱加压形成弯矩，下螺栓拉紧器2在钢管组合柱下方产生弯曲压应力，上螺栓拉紧器3在钢管组合柱上方产生弯曲拉应力，钢管组合柱在受拉区焊接，螺栓拉紧器的外力削弱了热膨胀的受阻程度，塑性区压缩变形减小，冷却后残余变形自然也小。相反，在受压区焊接，外力加强了金属热膨胀的受阻程度，焊接塑性变形加大，冷却后残余变形也大，即在热膨胀阶段，受拉区应力互相抵消一部分，减小了达到屈服极限的焊接变形。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种钢管组合柱的焊接角变形控制工装，其特征在于：包括船形支架、下螺栓拉紧器和上螺栓拉紧器，两根钢管组合柱肢背相对地设置在所述船形支架上，所述钢管组合柱横截面呈L型，由一个横截面为长方形的第一钢管、一个横截面为正方形的第二钢管和连接所述第一钢管和第二钢管的两块平行的连接钢板组成，所述船形支架上表面呈L型，包括用于支撑第一钢管的第一支撑面和垂直于第一支撑面的第二支撑面，所述第二支撑面表面固定有支撑柱，所述支撑柱与相邻的钢管组合柱的连接钢板外侧垂直相抵，所述下螺栓拉紧器截面呈U型，U型两上端分别与两根钢管组合柱的第一钢管下端外侧固定连接，U型底部设有螺栓伸缩调节装置，所述上螺栓拉紧器截面呈倒U型，所述倒U型两下端设有螺栓旋进压紧杆，所述螺栓旋进压紧杆内端与两根钢管组合柱的第二钢管外端相抵。
2.根据权利要求1所述的钢管组合柱的焊接角变形控制工装，其特征在于：所述下螺栓拉紧器包括对称设置的左部和右部，所述左部和右部通过所述螺栓伸缩调节装置连接，所述螺栓伸缩调节装置左右两端设有螺纹孔，所述左部和右部截面呈L型，L型一端与第一钢管下端外侧固定连接，L型另一端伸入所述螺纹孔中并与之螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的钢管组合柱的焊接角变形控制工装，其特征在于：所述螺栓伸缩调节装置前后两端开口。
4.根据权利要求1所述的钢管组合柱的焊接角变形控制工装，其特征在于：两根钢管组合柱之间设有垫铁块，所述垫铁块设置在第一钢管与连接钢板连接位置以及第二钢管与连接钢板连接位置。
5.根据权利要求1所述的钢管组合柱的焊接角变形控制工装，其特征在于：所述下螺栓拉紧器和上螺栓拉紧器至少为三组，分别设置在钢管组合柱的两端及中部。
6.根据权利要求1-5任一项所述的钢管组合柱的焊接角变形控制工装，其特征在于：所述船形支架采用框架结构，由槽钢焊接而成。
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