CN109848636B - 一种钢管组合柱的焊接方法 - 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方法，包括以下步骤：（1）将两根组装未焊的钢管组合柱中间垫以垫铁块，肢背相对地设置在船形支架上，两根钢管组合柱的第一钢管下端用下螺栓拉紧器拉紧，两根钢管组合柱的第二钢管上端用上螺栓拉紧器拉紧；（2）焊接两根钢管组合柱两端的直焊缝L1；（3）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与连接钢板之间的焊缝L2；B．焊接钢管组合柱第一钢管与连接钢板之间内角焊缝L3；（4）将位于内侧的钢管组合柱旋转至外侧，重复步骤（3）中A‑B焊接操作；（5）拆除上螺栓拉紧器和下螺栓拉紧器，使得两根钢管组合柱分离，焊接钢管组合柱内侧的两道对接焊缝L4。
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方法。
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方法。
本发明的目的是这样实现的：一种钢管组合柱的焊接方法，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，包括以下步骤：
（1）将两根组装未焊的钢管组合柱中间垫以垫铁块，肢背相对地设置在船形支架上，两根钢管组合柱的第一钢管下端用下螺栓拉紧器拉紧，两根钢管组合柱的第二钢管上端用上螺栓拉紧器拉紧；
（2）焊接两根钢管组合柱两端的直焊缝L1；
（3）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与连接钢板之间的焊缝L2，上螺栓拉紧器连接位置除外；
B．焊接钢管组合柱第一钢管与连接钢板之间内角焊缝L3；
（4）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（3）中A-B焊接操作；
（5）拆除上螺栓拉紧器和下螺栓拉紧器，使得两根钢管组合柱分离，焊接钢管组合柱内侧的两道对接焊缝L4，并补焊上螺栓拉紧器连接位置焊缝。
采用本发明的钢管组合柱的焊接方法，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方法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，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，步骤（1）中两根组装未焊的钢管组合柱设置在船形支架上时，支撑柱与位于内侧的钢管组合柱的连接钢板外侧垂直相抵，从而船形支架对钢管组合柱形成稳定支撑，保障焊接过程安全有序进行。
作为本发明的进一步改进，下螺栓拉紧器截面呈U型，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焊接固定，L型另一端伸入螺纹孔中并与之螺纹连接，螺栓伸缩调节装置前后两端开口，步骤（1）中通过工具旋动L型另一端使得两根钢管组合柱的第一钢管下端保持拉紧状态。
作为本发明的进一步改进，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，步骤（1）中通过工具旋动螺栓旋进压紧杆使得两根钢管组合柱的第二钢管上端保持拉紧状态。
作为本发明的进一步改进，下螺栓拉紧器和上螺栓拉紧器为三组，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。
作为本发明的进一步改进，船形支架采用框架结构，由槽钢焊接而成。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方法的示意图。
图2为本发明的钢管组合柱的焊接顺序的示意图。
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
本实施例的钢管组合柱的焊接方法，应用于横截面呈L型的钢管组合柱的焊接。具体地，该钢管组合柱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4A和第二钢管4B的两块平行的连接钢板4C组成。
如图1、图2所示，本实施例的钢管组合柱的焊接方法，包括以下步骤：
（1）将两根组装未焊的钢管组合柱中间垫以垫铁块5，肢背相对地设置在船形支架1上，两根钢管组合柱的第一钢管4A下端用下螺栓拉紧器2拉紧，两根钢管组合柱的第二钢管4B上端用上螺栓拉紧器3拉紧，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；
（2）焊接两根钢管组合柱两端的直焊缝L1；
（3）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；
（4）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（3）中A-B焊接操作；
（5）拆除上螺栓拉紧器3和下螺栓拉紧器2，使得两根钢管组合柱分离，焊接钢管组合柱内侧的两道对接焊缝L4，并补焊上螺栓拉紧器3连接位置焊缝。
步骤（1）中，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，步骤（1）中两根组装未焊的钢管组合柱设置在船形支架1上时，支撑柱1C与位于内侧的钢管组合柱的连接钢板4C外侧垂直相抵，从而船形支架1对钢管组合柱形成稳定支撑，保障焊接过程安全有序进行。船形支架1采用框架结构，由槽钢焊接而成。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1A中形成空槽以容置下螺栓拉紧器2。
如图1所示，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下端外侧焊接固定，L型另一端伸入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，步骤（1）中通过工具旋动L型另一端使得两根钢管组合柱的第一钢管4A下端保持拉紧状态。
上螺栓拉紧器3截面呈倒U型，倒U型两下端设有螺栓旋进压紧杆3A，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，步骤（1）中通过工具旋动螺栓旋进压紧杆3A使得两根钢管组合柱的第二钢管4B上端保持拉紧状态。
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。因此，本实施例的钢管组合柱的焊接方法能够有效控制焊接变形、保证焊接质量。
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方法，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，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将两根组装未焊的钢管组合柱中间垫以垫铁块，肢背相对地设置在船形支架上，两根所述钢管组合柱的第一钢管下端用下螺栓拉紧器拉紧，两根所述钢管组合柱的第二钢管上端用上螺栓拉紧器拉紧；
（2）焊接两根钢管组合柱两端的直焊缝L1；
（3）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与连接钢板之间的焊缝L2，上螺栓拉紧器连接位置除外；
B．焊接钢管组合柱第一钢管与连接钢板之间内角焊缝L3；
（4）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（3）中A-B焊接操作；
（5）拆除上螺栓拉紧器和下螺栓拉紧器，使得两根钢管组合柱分离，焊接钢管组合柱内侧的两道对接焊缝L4，并补焊上螺栓拉紧器连接位置焊缝。
2.根据权利要求1所述的钢管组合柱的焊接方法，其特征在于：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，步骤（1）中两根组装未焊的钢管组合柱设置在所述船形支架上时，所述支撑柱与位于内侧的钢管组合柱的连接钢板外侧垂直相抵。
3.根据权利要求1所述的钢管组合柱的焊接方法，其特征在于：所述下螺栓拉紧器截面呈U型，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焊接固定，L型另一端伸入所述螺纹孔中并与之螺纹连接，螺栓伸缩调节装置前后两端开口，步骤（1）中通过工具旋动L型另一端使得两根所述钢管组合柱的第一钢管下端保持拉紧状态。
4.根据权利要求1所述的钢管组合柱的焊接方法，其特征在于：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，步骤（1）中通过工具旋动螺栓旋进压紧杆使得两根所述钢管组合柱的第二钢管上端保持拉紧状态。
5.根据权利要求1所述的钢管组合柱的焊接方法，其特征在于：所述下螺栓拉紧器和上螺栓拉紧器为三组，分别设置在钢管组合柱的两端及中间位置。
6.根据权利要求1-5任一项所述的钢管组合柱的焊接方法，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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