CN111941013A - 竹节钢柱、制作工艺及辅助制作装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种竹节钢柱、制作工艺及辅助制作装置，涉及钢结构技术领域，竹节钢柱包括至少两个同轴设置的圆管单元，相邻两个圆管单元之间的接缝处固定有连接板，连接板上设有定位槽，两个定位槽同轴设置，圆管单元的端面远离中心轴一侧沿周向设有倒角，定位槽上固设有钎焊层，连接板与相邻两个圆管单元之间接触位置沿周向满焊固定；制作工艺包括圆管单元制作、连接板制作、预焊接、全焊接；辅助制作装置包括导轨和安装于导轨上的两个顶压机构，顶压机构包括滑动连接于导轨的支座，支座上安装有顶板，顶板上设有定位件，支座与导轨之间设有用于固定支座位置的限位件。该申请具有提高竹节钢柱焊缝质量减小裂纹可能性的优点。

Description

竹节钢柱、制作工艺及辅助制作装置

技术领域

本申请涉及钢结构工程技术领域，尤其是涉及一种竹节钢柱、制作工艺及辅助制作装置。

背景技术

钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一。结构主要由型钢和钢板等制成的梁钢、钢柱、钢桁架等构件组成，并采用除锈防锈处理。各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻，且施工简便，广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。钢柱一般使用竹节钢柱，以满足不同长度需求的构造要求。

目前竹节钢柱一般由多段钢管对齐拼接后，通过人工手持焊枪沿着接缝进行焊接作业。为了使得焊接过程中相邻两段钢管接缝处对齐防止错开，焊接前需要将两段钢管使用工具预固定。由于相邻两段钢管被固定，沿着焊缝周向进行焊接时，单次焊接作业只能完成上半部分焊缝的焊接，然后需要将固定的钢管松开并翻转180°后再次固定，继续焊接另外一半的焊缝。重复此过程直到将所有钢管焊接完毕。

针对上述技术方案，发明人认为存在有以下缺陷：由于单次焊接只完成一半焊缝，相邻两段钢管的连接强度有限，焊接完立即翻转焊接另一侧，容易导致竹节钢柱在已焊接处产生裂纹，尤其对于后续焊接上的钢管来说，随着整体重量逐渐增加，翻转力越来越大，这种焊接处裂纹产生可能性会明显升高，给竹节钢柱后期使用中埋下安全隐患。

发明内容

为了解决竹节钢柱焊接过程中焊缝处易产生裂纹的问题，本申请提供一种竹节钢柱、制作工艺及辅助制作装置，其具有提高竹节钢柱焊缝质量减小裂纹可能性的优点。

第一方面，本申请提供一种竹节钢柱，采用如下的技术方案：

一种竹节钢柱，包括至少两个同轴设置的圆管单元，相邻两个所述圆管单元之间的接缝处固定有连接板，连接板上设有用于定位相邻两个圆管单元的定位槽，两个定位槽同轴设置，圆管单元的端面远离中心轴一侧沿周向设有倒角，定位槽上与倒角抵接的一面固设有钎焊层，连接板与相邻两个圆管单元之间接触位置沿周向满焊固定。

通过采用上述技术方案，多个圆管单元通过连接板焊接固定，可以根据需要调整竹节钢柱的长度。圆管单元相比于方管在翻转时更容易，焊缝距离圆管单元的轴线距离一样，便于在焊机上直接转动圆管单元进行焊接作业，生产加工方便。由于连接板的定位槽中固设有钎焊层，两个圆管单元的端部插入到定位槽后，可以预先加热使得两个圆管单元与拼接缝位置的连接板形成预焊接固定，并且定位槽也能使得两个圆管单元快速同轴对齐不会错位。此时圆管单元与连接板的预焊接是沿周一圈的，然后再进行满焊作业时，转动圆管单元时预焊接部位受力均匀，减小了裂纹产生的可能性。满焊作业增加了圆管单元与连接板的连接强度，使得竹节钢柱的整体结构强度高且稳定。

优选的，所述连接板呈环形，定位槽与连接板同轴设置。

通过采用上述技术方案，连接板的形状与圆管单元的截面轮廓相适应，连接板在起到连接作用的同时重量减轻，降低了整个竹节钢柱的重量。环形的连接板位于拼接缝处还起到增加焊缝位置厚度以提高此部位强度的效果。

优选的，所述连接板凸出圆管单元外壁的一端沿周向固设有两组翻边，每个翻边上设有多个扇形缺口，翻边互相远离弯折并抵接至圆管单元外壁时能够形成圆管结构，翻边覆盖于满焊区域表面。

通过采用上述技术方案，扇形缺口能够使得垂直于连接板轴向的平面上的翻边能够顺利弯折，满焊作业完成后，翻边弯折后将满焊区域覆盖遮住，对焊接部位形成保护。

优选的，两个所述翻边远离圆管单元的表面固设有防水层。

通过采用上述技术方案，防水层能够阻止雨水进入到焊接区域，有效降低了焊接区域受雨水腐蚀产生裂纹的可能，延长竹节钢柱的使用寿命和提高结构稳定性。

优选的，所述圆管单元位于倒角表面沿母线方向开设有至少一个通槽。

通过采用上述技术方案，钎焊层熔化时能够流到通槽中，使得圆管单元与连接板之间的连接强度增加。此外，钎焊层能够沿着通槽从倒角部位流到圆管单元的端面处，提高焊接效果。

第二方面，本申请提供一种竹节钢柱的制作工艺，采用如下技术方案：

一种竹节钢柱的制作工艺，包括以下步骤：

圆管单元制作：根据图纸设计要求，将钢管切割成尺寸符合的圆管单元，并在圆管单元的两端侧壁边缘沿周向开设倒角；

连接板制作：在连接板的两面使用工具加工出同轴设置的定位槽，定位槽的外径与圆管单元的外径相适应，圆管单元的端部能够插入到定位槽中；定位槽中与圆管单元的倒角接触的部位固定一层钎焊层；

预焊接：将两个圆管单元的端部插入到连接板两面的定位槽中，然后加热使得两个圆管单元与拼接处的连接板通过钎焊层焊接固定；再逐渐增加一个连接板和一个圆管单元直至预焊接固定的圆管单元长度满足需要形成竹节钢柱中间体；

全焊接：转动预焊接的竹节钢柱中间体在焊机上对连接板与圆管单元的连接缝进行满焊作业。

通过采用上述技术方案，竹节钢柱能够采用流水化分工序标准作业，提高生产出的竹节钢柱质量。

优选的，预焊接和全焊接过程中，处于两端的圆管单元在外力作用下沿着轴向朝拼接缝挤压。

通过采用上述技术方案，圆管单元与连接板之间受到挤压，减小焊接过程中接触部位因松动存在缝隙的可能，使得预焊接和全焊接的焊固效果提高，有效降低了焊接和后续使用中拼接缝处产生裂纹的可能。

优选的，在满焊区域缠绕并热熔固定有防水层。

通过采用上述技术方案，防水层能够阻止雨水对焊接区域进行侵蚀，提高对制作的竹节钢柱的保护，延长竹节钢柱的使用寿命。

第三方面，本申请提供一种竹节钢柱辅助制作装置，采用如下的技术方案：

一种竹节钢柱辅助制作装置，用于制作上述的竹节钢柱，包括导轨和安装于导轨上的两个能够互相靠近或远离的顶压机构，所述顶压机构包括滑动连接于导轨的支座，支座上远离导轨的一端安装有顶板，顶板上设有与竹节钢柱的轮廓外径配合的定位件，支座与导轨之间设有用于固定支座位置的限位件；所述导轨位于两个顶压机构之间滑动连接有至少一个支撑机构，用于支撑竹节钢柱的圆管单元。

通过采用上述技术方案，根据待焊接制作的竹节钢柱的焊缝位置，移动支撑组件沿着导轨滑动，使得圆管单元对齐拼接，移动两个顶压机构的支座沿着导轨滑动以调节位置，使得顶板挤压圆管单元，相邻两个圆管单元可以将连接板夹紧，防止圆管单元松动，定位件能够使得圆管准确对齐。通过限位件将支座固定于导轨上，防止焊接过程中发生松动，提高焊接制作时圆管单元稳定性。

优选的，所述支座沿着导轨长度方向螺纹连接有水平设置的驱动杆，顶板与驱动杆转动连接。

通过采用上述技术方案，转动驱动杆，驱动杆可以沿着导轨相对支座移动。在支座与导轨位置相对固定后，可以通过转动驱动杆调节顶板与圆管单元之间的距离以控制夹紧力。在顶板将多个圆管单元夹紧后，可以撤去支撑单元，能够转动多个圆管单元进行焊接作业，使得一个焊缝沿周向一次性焊制完毕，提高焊接连续性和焊缝质量。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过加热使得圆管单元和连接板抵紧后预焊接固定，有利于防止转动圆管单元进行满焊作业时，两个圆管单元的拼缝处产生裂纹，提高竹节钢柱的质量；

2.竹节钢柱的各部件可以分别加工，然后再进行组装焊接，能够标准化流水线作业，易于竹节钢柱的生产质量控制。

附图说明

图1为本申请实施例1的整体结构示意图；

图2为实施例1中连接板的结构示意图；

图3为实施例1中显示圆管单元与连接板焊接结构在图1中A-A的局部剖视图；

图4为实施例2的整体结构示意图；

图5为实施例2中连接板初步焊接状态的局部剖视图；

图6为实施例2中显示连接板弯折后状态的结构示意图；

图7为实施例2中显示焊接部位结构在图4中B-B的局部剖视图；

图8为实施例3的整体结构示意图；

图9为实施例3中应用状态的结构示意图。

附图标记说明：1、圆管单元；11、倒角；2、第一连接板；21、定位槽；211、斜面；22、钎焊层；3、防水层；4、第二连接板；41、翻边；42、开槽；43、接缝；5、导轨；6、顶压机构；61、支座；611、滑座；612、滑槽；62、驱动杆；63、顶板；631、定位凸台；7、支撑机构；71、升降组件；711、立管；712、调节柱；72、支撑台。

具体实施方式

以下结合附图1-9对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例公开一种竹节钢柱。参考图1，竹节钢柱包括多个同轴拼接的圆管单元1和固定于相邻两个圆管单元1接缝处的第一连接板2。制作时将第一连接板2与圆管单元1预先焊接固定，然后进行满焊，减小相邻两个圆管单元1接缝处产生裂纹的可能。

参考图1和图2，圆管单元1的外侧壁两端沿周向设有倒角11。根据需要，倒角11也可以位于圆管单元1的内壁和外壁的端部，使得圆管单元1的端部横截面呈梯形。

第一连接板2为圆环形的钢板，第一连接板2的两侧平面同轴设有圆形的定位槽21，定位槽21的轮廓外径与圆管单元1的轮廓外径相同，使得圆管单元1的端部能够插入到定位槽21中。为了使得圆管单元1与定位槽21抵接紧密，定位槽21远离中心轴的一侧设有与倒角11相适应的斜面211。

根据需要，第一连接板2也可以为圆形、矩形、菱形、椭圆形、三角形等中任一形状的平板。此处选择圆环形，一方面在满足焊接需要的接触上减轻了整体重量，另一方面在圆管单元1绕自身中心轴转动时，第一连接板2可以同步转动且转动的轮廓直径不会改变，减少了焊接制作过程中与其他部件发生干涉碰撞的可能。

参考图2和图3，定位槽21的横截面呈梯形，定位槽21的内表面固定有一层钎焊层22，圆管单元1的端部与第一连接板2之间可以通过加热融化钎焊层22的方式焊接固定。按重量百分数计，钎焊层22包括以下成分：7.0-8.5%的Si、0.8-1.2%的Fe、0.1-0.2%的Cu、2.0-2.5%的Mg、0.05-0.08%的Mn、0.1-0.15%的Zn、0.02-0.05%的Y，其余不可避免的杂质含量小于0.1%，余量为Al。钎焊层22的固相线温度在550-560℃之间，液相线温度在580-590℃之间。由于钎焊层22的熔点远低于钢制的圆管单元1的熔点，在对圆管单元1的端部进行加热到600℃时，钎焊层22熔化使得圆管单元1与第一连接板2焊接到一起，同时该温度避免了钢在此温度下发生高温回火脆化现象。

在对定位槽21处加热使得圆管单元1与第一连接板2焊接完成后，圆管单元1的端部与第一连接板2接缝处具有较高的温度，相当于对圆管单元1和第一连接板2焊缝进行了预热处理，然后将预焊接固定的竹节钢柱中间体进行转移，对第一连接板2两侧的定位槽21进行满焊作业，减少了预热步骤及时间。

圆管单元1位于倒角11表面沿母线方向开设有至少一个通槽，钎焊层22熔化时能够流到通槽中，使得圆管单元1与第一连接板2之间的连接强度增加。此外，钎焊层22能够沿着通槽从倒角11部位流到圆管单元1的端面处，提高焊接效果。

该竹节钢柱的生产工艺如下：

圆管单元1制作：根据图纸设计要求，将钢管切割成尺寸符合的圆管单元1，并在圆管单元1的两端侧壁边缘沿周向开设倒角11；

第一连接板2制作：在第一连接板2的两面使用工具加工出同轴设置的定位槽21，定位槽21的外径与圆管单元的外径相适应，圆管单元1的端部能够插入到定位槽21中；定位槽21中与圆管单元1的倒角11接触的部位固定一层钎焊层22，固定方式可以采用电镀或者压合；

预焊接：将两个圆管单元1的端部插入到第一连接板2两面的定位槽21中，然后加热使得两个圆管单元1与拼接处的第一连接板2通过钎焊层22焊接固定；再逐渐增加一个第一连接板2和一个圆管单元1，重复上述过程直至预焊接固定的圆管单元1长度满足需要形成竹节钢柱中间体；

全焊接：转动预焊接的竹节钢柱中间体在焊机上对第一连接板2与圆管单元1的连接缝进行满焊作业。能够有效减小焊缝产生的可能性。

实施例2

本申请实施例公开一种竹节钢柱。参考图4和图5，与实施例1不同之处在于，用第二连接板4取代了第一连接板2，第二连接板4与第一连接板2的结构不同之处为；第二连接板4的沿周侧壁开设有开槽42，开槽42的槽底呈圆弧状，减少了第二连接板4受到外力时沿着开槽42形成裂纹的可能。开槽42将第二连接板4的端部分隔成对称设置的两个翻边41，翻边41沿周向设有多个扇形的开口。每一侧的翻边41互相远离弯折能够形成锥台状的壳体，经过弯折后扇形开口减小，相邻两个专利审核的频次会增加。

参考图6和图7，翻边41沿着轴线弯折后形成壳体结构的覆盖部，翻边41上的扇形开口弯折后形成接缝43，翻边41远离定位槽21的一端贴合圆管单元1设置。覆盖部能够将竹节钢柱焊接完成的接缝区域进行保护，减少了焊接部位受到雨水侵蚀产生裂纹的可能，提高产品质量。

参考图7，为了提高翻边41的防水效果，在第二连接板4上的翻边41远离圆管单元1的一面包覆有防水层3，防水层3可以为选用PVC塑料膜，PVC塑料膜可以采用熔接的方式固定于圆管单元1表面，有效地将接缝43遮盖，防水性能好，大大降低了焊接区域与外界环境接触而腐蚀产生裂纹的可能。

实施例3

本申请实施例公开一种竹节钢柱辅助制作装置。参考图8和图9，辅助制作装置包括直线型的导轨5和安装在导轨5上能够互相靠近和远离的两个顶压机构6，导轨5上位于两个顶压机构6之间还安装有多个支撑机构7。将待焊接的圆管单元1放到支撑机构7上支撑，相邻两个圆管单元1之间放置第二连接板4，然后将多个圆管单元1使用顶压机构6挤压顶紧，然后进行预焊接和全焊接作业操作。

参考图8，顶压机构6包括与导轨5相对滑动的支座61，支座61上沿着导轨5长度方向螺纹连接有驱动杆62，驱动杆62靠近支撑机构7的一端安装有顶板63，驱动杆62的另一端固定有手轮。

支座61与导轨5连接的一端设有滑座611，滑座611上开设有与导轨5截面轮廓配合的滑槽612，此处导轨5的横截面呈工字型。为了便于确定支座61的位置，导轨5沿长度方向设有刻度。为了固定支座61位置，在滑座611上螺纹连接有螺栓，通过转动螺栓抵紧导轨5，从而将支座61固定在导轨5上。

驱动杆62为螺杆，顶板63远离支座61的一面凸起形成定位凸台631，定位凸台631的轮廓外径与圆管单元1的轮廓内径相同，以便顶板63能够快速夹紧圆管单元1并施力时，防止圆管单元1在重力作用下相对顶板63向下滑动。根据需要也可以把定位凸台631换成定位凹槽，定位凹槽的直径与圆管单元1的外径相同。

为了使得转动驱动杆62时顶板63能够保持不动，驱动杆62与顶板63连接的一端通过轴承转动连接有安装板，顶板63安装于安装板上。顶板63与安装板之间的连接方式可以为螺栓连接，这样当焊接的圆管单元1直径发生变化时，可以拆卸更换顶板63，增加焊接竹节钢柱的适用性。

根据使用情况，可以把螺杆用液压杆替代，增大挤压力度。同理，支座61顶端与滑座611之间也可以安装液压缸进行抬升作业，以调节顶板63的高度。

参考图8和图9，支撑机构7包括安装于导轨5上的升降组件71和位于升降组件71顶部的支撑台72；升降组件71包括滑动连接于导轨5的立管711和套设于立管711中并能上下滑动的调节柱712，立管711的侧壁开设有通孔，调节柱712通过穿设于通孔中的螺栓固定于立管711。拧松螺栓，上下滑动调节柱712到需要位置，然后拧紧螺栓固定，从而能够支撑在不同高度。立管711与导轨5连接的一端设有配合的滑槽，使得立管711能够沿着导轨5滑动。根据需要，升降组件71也可以为液压缸。

支撑台72与调节柱712之间固定连接或者转动连接，此处支撑台72焊接固定于调节柱712顶端。支撑台72上开设有截面呈梯形的开口，这样圆管单元1放置到支撑台72上后，能够防止圆管单元1横向移动。

以实施例2中的竹节钢柱为例，该辅助制作装置的使用方法如下：

根据待焊接的竹节钢柱长度确定所需的圆管单元1数量和直径。移动一个支座61到合适位置后固定，移动多个支撑机构7向该支座61靠近，根据圆管单元1的尺寸调节多个支撑机构7的支撑高度。更换顶板63与圆管单元1相适应。

将位于端部的圆管单元1放置到支撑台72上，圆管单元1的一端与顶板63上的定位凸台631对齐，在另一端安装第二连接板4，第二连接板4上的定位槽21与圆管单元1的端部对齐，再接着安装对齐第二个圆管单元1和第二连接板4，重复上述过程直到所有圆管单元1放置完毕。

移动另一个支座61使得顶板63抵接圆管单元1，固定支座61位置。分别转动两个顶压机构6上的驱动杆62，使得两个顶板63互相挤压靠近以夹紧固定多个圆管单元1。对圆管单元1和第二连接板4接触部位使用加热工具同时加热进行预焊接，然后空冷一段时间，冷却时间可以为10-30min。

调节支撑机构7离开预焊接的竹节钢柱使其能进行转动，移动焊枪位于圆管单元1和第二连接板4的接缝处，转动预焊接的竹节钢柱一周，可以一次性完成一周的全焊接作业。当焊枪有多个时，还可以同时对多个接缝围绕圆管单元1的轴线进行焊接作业，提高焊接质量。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种竹节钢柱，包括至少两个同轴设置的圆管单元(1)，其特征在于：相邻两个所述圆管单元(1)之间的接缝(43)处固定有连接板，连接板上设有用于定位相邻两个圆管单元(1)的定位槽(21)，两个定位槽(21)同轴设置，圆管单元(1)的端面远离中心轴一侧沿周向设有倒角(11)，定位槽(21)上与倒角(11)抵接的一面固设有钎焊层(22)，连接板与相邻两个圆管单元(1)之间接触位置沿周向满焊固定。

2.根据权利要求1所述的竹节钢柱，其特征在于：所述连接板呈环形，定位槽(21)与连接板同轴设置。

3.根据权利要求2所述的竹节钢柱，其特征在于：所述连接板凸出圆管单元(1)外壁的一端沿周向设有两组翻边(41)，每个翻边(41)上设有多个扇形缺口，翻边(41)互相远离弯折并抵接至圆管单元(1)外壁时能够形成圆管结构，翻边(41)覆盖于满焊区域表面。

4.根据权利要求3所述的竹节钢柱，其特征在于：两个所述翻边(41)远离圆管单元(1)的表面固设有防水层(3)。

5.根据权利要求1-4任一所述的竹节钢柱，其特征在于：所述圆管单元(1)位于倒角(11)表面沿母线方向开设有至少一个通槽。

6.一种竹节钢柱的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：

圆管单元(1)制作：根据图纸设计要求，将钢管切割成尺寸符合的圆管单元(1)，并在圆管单元(1)的两端侧壁边缘沿周向开设倒角(11)；

连接板制作：在连接板的两面使用工具加工出同轴设置的定位槽(21)，定位槽(21)的外径与圆管单元(1)的外径相适应，圆管单元(1)的端部能够插入到定位槽(21)中；定位槽(21)中与圆管单元(1)的倒角(11)接触的部位固定一层钎焊层(22)；

预焊接：将两个圆管单元(1)的端部插入到连接板两面的定位槽(21)中，然后加热使得两个圆管单元(1)与拼接处的连接板通过钎焊层(22)焊接固定；再逐渐增加一个连接板和一个圆管单元(1)直至预焊接固定的圆管单元(1)长度满足需要形成竹节钢柱中间体；

全焊接：转动预焊接的竹节钢柱中间体在焊机上对连接板与圆管单元(1)的连接缝(43)进行满焊作业。

7.根据权利要求6所述的竹节钢柱的制作工艺，其特征在于：预焊接和全焊接过程中，处于两端的圆管单元(1)在外力作用下沿着轴向朝拼接缝(43)挤压。

8.根据权利要求6或7所述的竹节钢柱的制作工艺，其特征在于：在满焊区域缠绕并热熔固定有防水层(3)。

9.一种竹节钢柱辅助制作装置，其特征在于：用于制作如权利要求1-5任一所述的竹节钢柱，包括导轨(5)和安装于导轨(5)上的两个能够互相靠近或远离的顶压机构(6)，所述顶压机构(6)包括滑动连接于导轨(5)的支座(61)，支座(61)上远离导轨(5)的一端安装有顶板(63)，顶板(63)上设有与竹节钢柱的轮廓外径配合的定位件，支座(61)与导轨(5)之间设有用于固定支座(61)位置的限位件；所述导轨(5)位于两个顶压机构(6)之间滑动连接有至少一个支撑机构(7)，用于支撑竹节钢柱的圆管单元(1)。

10.根据权利要求9所述的竹节钢柱辅助制作装置，其特征在于：所述支座(61)沿着导轨(5)长度方向螺纹连接有水平设置的驱动杆(62)，顶板(63)与驱动杆(62)转动连接。

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