CN112045284A

CN112045284A - 一种u肋板单元全熔透内外同步埋弧焊接方法

Info

Publication number: CN112045284A
Application number: CN202010583213.7A
Authority: CN
Inventors: 朱新华; 车平; 黄会强; 裴雪峰; 吴江波
Original assignee: China Railway Baoji Bridge Group Co Ltd
Current assignee: China Railway Baoji Bridge Group Co Ltd
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2020-12-08

Abstract

本发明涉及一种U肋全熔透平位双面同步埋弧焊接方法，在U肋组装胎架上将成型后U肋定位在桥面板上，通过专用卡固系统对桥面板进行卡固和反变形起拱，U肋与桥面板间隙控制在0.5mm以内；采用双面埋弧焊接设备在横位进行U肋内、外两侧同步焊接，内、外焊枪相距300~500mm。采用埋弧内、外焊一体式同步焊接方法，实现平焊位置一次焊接完成，外焊采用绞股焊丝产生旋转式电弧，减少了热量损耗、避免了埋弧焊横位焊接的常见咬边缺陷，确保了U肋与桥面板焊缝100%全熔透，提高了桥面板的抗疲劳性能。由于本发明中U肋无需加工坡口，一次焊接完成，减少内、外焊之间转换工序，生产效率比较当前传统工艺提高3~4倍，极大地节约了焊接成本。

Description

一种U肋板单元全熔透内外同步埋弧焊接方法

技术领域

本发明涉及一种实现U肋全熔透焊缝的无坡口、免清根、全熔透、无咬边的U肋全熔透平位双面同步埋弧焊接方法。

背景技术

正交异性板结构具有重量轻、整体安全性好，承载能力大、易于装配化施工等优点，在钢桥梁建设中得到了广泛的应用，尤其是超长跨径钢箱梁，其技术优势更加明显。其中，U 肋是正交异性板结构的重要受力构件，由于其固有的封闭、狭窄细长的结构特性，传统的U肋焊缝采用外侧单面角焊缝焊接工艺，U肋内侧开口部位的频繁开合引起应力集中和疲劳裂纹。导致正交异性钢桥面板因局部车辆行走交变载荷作用及结构细节应力集中影响，各类疲劳开裂问题突出，其中U肋与桥面板纵缝处萌生的焊根裂纹及焊脚裂纹备受关注。一旦萌生此类裂纹，就会发展形成贯通裂纹，影响行车安全，缩短桥梁使用寿命，且检测维护工作十分困难。

研究表明，提高接头熔透率能一定程度提高接头的耐疲劳性能，但仍无法避免疲劳裂纹的出现，《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）要求熔透深度达到U肋板厚的80％，且要保证不烧穿，但实际制造过程中，受U肋坡口加工精度、U肋与桥面板装配精度、焊接工艺、焊接工况等因素的影响，熔透率难以达到U肋板厚的80％的要求。即使实现了75%～85%的部分熔透焊，还有15%～25%的未熔合部分，桥面板与U肋焊缝处根部截面突变产生强烈的应力集中，仍然极易产生疲劳裂纹。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种实现U肋全熔透焊缝的无坡口、免清根、全熔透、无咬边的U肋全熔透平位双面同步埋弧焊接方法。

设计方案：由于现有U肋板单元全熔透内焊采用内侧气保焊或埋弧焊丝平位焊缝，外侧采用船位埋弧焊接工艺，内侧焊缝在专用内焊专机设备上实现6根U肋的同步焊接，外侧焊缝在多头船位埋弧焊接专机上两次翻转完成外侧焊缝焊接，但其主要存在问题：⑴ 因焊接过程需经过平位内焊、船位外焊（两次翻转），两次工位转换，焊接效率较低。⑵ 焊接工序经过内焊、外焊工序流转，占用场地较大。⑶ 外焊设备投入资金较大。

本发明提出一种U肋全熔透平位双面同步埋弧焊接方法，开发U肋板单元内、外焊同步焊接专机，实现U肋全熔透焊缝的无坡口、免清根、全熔透、无咬边的高效全熔透焊接工艺。具体包括以下步骤：

（1）在U肋组装胎架上将成型后U肋定位在桥面板上，U肋与桥面板间隙控制在0.5mm以内。

（2）通过专用卡固系统对桥面板进行卡固和反变形起拱，组装成正交异性板单元。

（3）采用内外焊同步埋弧焊接方法进行U肋内外两侧同步焊接。内焊选用直径为Φ1.6mm、强度与母材相匹配的埋弧焊丝，焊剂为SJ101q；外焊选用直径为Φ3.2mm、强度与母材相匹配的绞股埋弧焊丝（1×3股），焊剂均为SJ101q。

步骤（3）中，U肋内焊采用内焊设备将焊枪送进U肋内部焊接部位，焊丝选用Φ=1.6mm强度与母材相匹配的埋弧焊丝，焊剂为SJ101q,内焊焊接参数为Ⅰ=400±20A，U=28±4V，V_速=480±20mm/min。

步骤（3）中，U肋外焊采用Φ=3.2mm强度与母材相匹配的绞股埋弧焊丝，焊剂为SJ101q，外焊焊接参数为Ⅰ=630±20A，U=30±2V，V_速=480±20mm/min。

（4）焊接时，内外焊枪相距300-500mm，内焊焊枪在前，外侧多股焊丝快速送丝焊接，焊接熔池自动旋转形成螺旋电弧，对焊接熔池进行搅拌，避免了横位埋弧焊接焊趾部位产生咬边等缺陷。

步骤（4）中，U肋组装和焊接均在平位进行，内、外焊枪相距300-500mm，内焊焊枪在前，内焊同时起到预热作用，增加外焊熔深，确保焊缝完全熔透。外焊采用绞股焊丝的埋弧焊工艺，为防止外侧焊缝横位焊接时焊趾部位的咬边，U肋外焊采用多股焊丝快速送丝焊接，绞股焊丝产生的旋转电弧搅拌熔池，使焊接过程更加稳定，多股焊丝在同等焊接规范前提下，与传统单丝埋弧焊相比，热输入量损耗下降至少30%，既保证了熔透焊接，又从根本上避免了常规埋弧焊接时产生的咬边。焊枪与桥面板之间的夹角为10°~20°。

为了确保U肋100%熔透，降低冷裂倾向，确定U肋板厚范围为8~10mm，待焊桥面板板厚范围为12~30mm。

为了保证U肋与桥面板组装精度及控制焊接变形，U肋与桥面板组装定位在专用组装胎架上进行，U肋与桥面板组装间隙小于0.5mm，并用卡固系统对桥面板进行卡固和反变形起拱，起拱角度为2°~5°。（卡固系统由虎口卡具，液压装置等组成，系现有技术,在此不用叙述,主要作用是控制U肋板单元组装精度及控制焊接变形）。

本发明与背景技术相比，一是U肋无需开坡口，无需贴衬垫，平位双面焊接同步进行，实现在内、外焊一体机工位，一次完成U肋全熔透焊缝焊接，提高工效3倍以上；二是U肋与桥面板组装定位在专用组装胎架上进行，保证了U肋与桥面板组装精度，很好地控制了焊接变形；三是内外焊均采用双面埋弧焊丝横位对称焊接，内、外侧焊缝一次成型，实现U肋全熔透焊接，焊接过程稳定、焊缝外观成型美观、焊缝性能可靠，质量稳定；避免了部分熔透焊缝根部易产生应力集中和疲劳裂纹现象，对改善U肋角焊缝受力特性、延长桥梁使用寿命均具有重要的价值。

附图说明

图1 是U肋焊缝形式及焊道布置图，其中t—是U肋板厚，α—U肋肋脚与桥面板角度。

图2 U肋组焊示意图，其中1—U型肋，2—桥面板，3—外焊专机，4—内焊小车，5—卡固系统。

图3 是本发明焊接U肋宏观金相照片。

图4 是多股埋弧焊丝构造图示。

具体实施方式

实施例1：参照附图1-4。一种Q345qD材质8mm厚U肋（件1）与Q345qD材质20mm厚桥面板（件2）的全熔透平位双面同步埋弧焊接方法，包括以下步骤：

（1）将待焊区域及两侧20-30mm范围打磨清理干净，露出金属光泽，并画出U肋组装位置线，如图2，在专用组装胎架上进行U肋与桥面板组装定位组装定位。

（2）确保U肋与桥面板组装间隙小于0.5mm，并用专用卡固系统对桥面板进行卡固和反变形起拱，起拱角度为2°~5°。

（3）调整内、外焊枪距离，间隔300-500mm，调节内外焊枪角度，内焊焊枪与桥面板夹角为45°，外焊焊枪与桥面板夹角为20°，进行焊前预演，确保焊枪始终对准待焊部位。

（4）设置焊接参数：

U肋内焊采用常规细丝埋弧焊工艺，焊材为SU35(Φ1.6)+SJ101q，焊接参数为：I=400±10A，U=28±4V，V_速=480±20mm/min。

U肋外焊采用绞股焊丝埋弧焊接工艺，焊材为SU35(Φ3.2)+SJ101q，焊接参数为：Ⅰ=630±10A，U=30±2V，V_速=480±20mm/min。

焊接完成后的U肋纵向焊缝如图3所示，本发明中一种U肋全熔透横位双面同步埋弧焊接方法，实现了正交异性板U肋焊缝的无坡口、免清根、全熔透、无咬边的高效全熔透焊接工艺，焊缝成型美观，避免了部分熔透焊缝中由于偏心焊缝引起的应力集中和疲劳裂纹，改善了U肋角焊缝受力特性，提高了生产效率，在延长桥梁使用寿命方面具有重要的价值。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种U肋板单元全熔透内外同步埋弧焊接方法，其特征是：

（1）在U肋组装胎架上将成型后U肋定位在桥面板上，U肋与桥面板间隙控制在0.5mm以内；

（2）通过卡固系统对桥面板进行卡固和反变形起拱，组装成正交异性板单元；

（3）采用内外焊同步埋弧焊接方法进行U肋内外两侧同步焊接，内焊选用直径为Φ1.6mm、强度与母材相匹配的埋弧焊丝，焊剂为SJ101q；外焊选用直径为Φ3.2mm、强度与母材相匹配的绞股埋弧焊丝（1×3股），焊剂均为SJ101q；

（4）焊接时，内外焊枪相距300-500mm，内焊焊枪在前，外侧多股焊丝快速送丝焊接，焊接熔池自动旋转形成螺旋电弧，对焊接熔池进行搅拌。

2.根据权利要求1所述的U肋板单元全熔透内外同步埋弧焊接方法，其特征是：U肋板厚范围为8~10mm，待焊桥面板板厚范围为12~30mm。

3.根据权利要求1所述的U肋板单元全熔透内外同步埋弧焊接方法，其特征是：U肋与桥面板组装定位在组装胎架上进行，U肋与桥面板组装间隙小于0.5mm，并用卡固系统对桥面板进行卡固和反变形起拱，起拱角度为2°~5°。

4.根据权利要求1所述的U肋板单元全熔透内外同步埋弧焊接方法，其特征是：步骤（3）中，U肋内焊采用内焊设备将焊枪送进U肋内部焊接部位，焊丝选用Φ=1.6mm强度与母材相匹配的埋弧焊丝，焊剂为SJ101q,内焊焊接参数为Ⅰ=400±20A，U=28±4V，V_速=480±20mm/min。

5.根据权利要求1所述的U肋板单元全熔透内外同步埋弧焊接方法，其特征是：步骤（3）中，U肋外焊采用Φ=3.2mm强度与母材相匹配的绞股埋弧焊丝，焊剂为SJ101q,外焊焊接参数为Ⅰ=630±20A，U=30±2V，V_速=480±20mm/min。