CN112108731B - 一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法 - Google Patents

一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，包括以下步骤：第一步，焊前清洗：对不锈钢耐磨层壳体、钢芯的待焊接部位进行抛光打磨，然后进行超声波清洗；第二步，表面清洁处理：使用有机溶剂进行擦拭清洁，冷风或自然风干；第三步，填充钎料：在待焊表面预置钎料，钎焊焊料厚度为0.05～2mm；第四步，装配:将焊接组合件置于工装夹具中固定；第五步，钎焊，采用真空钎焊或惰性气体保护钎焊施焊；第六步，焊后处理及加工，进行焊后热处理强化及精加工。

Description

一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法。
背景技术
现阶段在桥梁支座的半球型耐磨层结构方面，主要采用不锈钢材质的薄壁耐磨层，通过氩弧焊等传统熔化焊工艺途径，实现耐磨层结构与钢基体结构的一体化成型。
在生产过程中，不锈钢耐磨层与钢芯基体依靠氩弧焊实现连接一体化，其焊接部位为环形焊缝，而在钢芯和不锈钢耐磨层的大量接触面积均未实现连接，两种材料(或结构)的有效结合面积很小；此外，采用氩弧焊等熔化焊工艺进行焊接时，随着热输入的不断增加和环形焊缝施焊，不锈钢耐磨层/钢基体匹配结构难免发生热应力变形，从而影响结构的尺寸稳定性及使用寿命等。
鉴于以上多种因素，本申请人从实际工程角度出发特别设计了一种新的桥梁支座半球型耐磨结构的制造工艺方法，解决了常规桥梁支座半球型耐磨层与钢结构一体化稳定性不足及易出现服役裂纹的工程问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，通过该制作方法实现了耐磨层壳体与钢芯的焊接面积提升，可达到接触表面100％的焊合率，较现有产品所用的氩弧焊成型结构在焊合率和稳定性方面显著改善。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，包括以下步骤：
第一步，焊前清洗：
经过机械加工或者表面抛光打磨的方法对不锈钢耐磨层壳体、钢芯的待焊接部位进行抛光打磨，去除氧化膜等杂质，然后将工件置于超声波清洗机(或槽)中，使用金属材料清洗液进行；
第二步，表面清洁处理：
使用有机溶剂对超声波清洗完的不锈钢耐磨层壳体、钢芯构件待焊接表面进行擦拭清洁，通过冷风或自然风干；
第三步，填充钎料：
在不锈钢耐磨层壳体、钢芯待焊表面预置钎料，钎料包括真空钎焊，惰性气体保护钎焊两种方式进行，其中惰性气体保护钎焊采用钎剂及钎料混合方式，其两种钎焊焊料厚度为0.05～2mm；
第四步，装配阶段：
将预置焊料的不锈钢耐磨层壳体与钢芯装配紧固，并置于涂有非金属粉末的工装夹具中紧固定位；
第五步，钎焊阶段：
将装配有工装夹具的待焊结构置于焊接设备中，按照钎焊工艺进行钎焊；在焊接设备中进行焊接，焊接温度为300℃～1200℃，焊接压力为0～50MPa，焊接保温时间为0～600min，加热和冷却速度为0～50℃/min；
第六步，焊后处理及精加工：
将焊接出炉的构件进行热处理强化，淬火热处理温度为300～1100℃，保温时间为10～300min，冷却速度为0～200℃/min，其中，热处理采用真空热处理炉或惰性气体保护炉；
将热处理强化后的构件，根据工程要求，进行表面尺寸的精加工。
进一步地，步骤1中所述清洗时间控制为10～60min。
进一步地，步骤2中所述有机溶剂采用无水酒精、丙酮中的任意一种。
进一步地，步骤2中所述清洗方法分为两种，第一种方式直接用丙酮或无水酒精进行冲洗；
第二种方式用蘸有丙酮或无水酒精的织物进行擦拭清洗，擦拭物用织物包括纱布、丝绸、织绒中的任意一种。
进一步地，步骤4中所述非金属粉末采用氧化铝粉末、氧化硅粉末、氧化钙粉末、石墨、滑石粉中的任意一种或是两种任意组合。
进一步地，步骤4中所述紧固定位方式包括螺钉紧固或是配重紧固两种。
进一步地，步骤5中所述焊接设备采用真空钎焊炉、真空热处理炉、真空扩散焊炉、惰性气体保护加热炉中的任意一种。
进一步地，步骤3中所述真空钎焊的钎料采用锡基钎料、银基钎料、铜基钎料、镍基钎料中的任意一种。
进一步地，步骤3中所述惰性气体保护环境下钎焊的钎料采用锡基钎料、银基钎料、铜基钎料、镍基钎料中的任意一种；
惰性气体保护钎焊采用钎剂为松香、硼砂、硼酸、氟化钙、氟化钾、硼酸钠、氟硼酸钾中的任意一种或多种组合。
进一步地，步骤6中所述冷却时采用的介质为氩气、氮气中的任意一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能解决当前桥梁支座半球型耐磨结构的焊接应用中存在氩弧焊有效面积有限、易产生焊接应力裂纹及服役寿命短的问题，显著提高不锈钢耐磨层壳体结构与钢芯基体的高强度连接，通过选用和调节钎料成分，可以满足陆地工况或海洋盐雾腐蚀工况条件下桥梁支座耐磨层结构的长寿命应用要求。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应该被视为在本文中具体公开。
一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，包括以下步骤：
第一步，焊前清洗：
经过机械加工或者表面抛光打磨的方法对不锈钢耐磨层壳体、钢芯的待焊接部位进行抛光打磨，去除氧化膜等杂质，然后将工件置于超声波清洗机(或槽)中，使用金属材料清洗液进行；
第二步，表面清洁处理：
使用有机溶剂对超声波清洗完的不锈钢耐磨层壳体、钢芯构件待焊接表面进行擦拭清洁，通过冷风或自然风干；
第三步，填充钎料：
在不锈钢耐磨层壳体、钢芯待焊表面预置钎料，钎料包括真空钎焊，惰性气体保护钎焊两种方式进行，其中惰性气体保护钎焊采用钎剂及钎料混合方式，其两种钎焊焊料厚度为0.05～2mm；
第四步，装配：
将预置焊料的不锈钢耐磨层壳体与钢芯装配紧固，并置于涂有非金属粉末的工装夹具中紧固定位；
第五步，钎焊：
将装配有工装夹具的待焊结构置于焊接设备中，按照钎焊工艺进行钎焊；在焊接设备中进行焊接，焊接温度为300℃～1200℃，焊接压力为0～50MPa，焊接保温时间为0～600min，加热和冷却速度为0～50℃/min；
第六步，焊后处理及精加工：
将焊接出炉的构件进行热处理强化，淬火热处理温度为300～1100℃，保温时间为10～300min，冷却速度为0～200℃/min，其中，热处理采用真空热处理炉或惰性气体保护炉；
将热处理强化后的构件，根据工程要求，进行表面尺寸的精加工。
在本实施例中，步骤1中所述清洗时间控制为10～60min。
在本实施例中，步骤2中所述有机溶剂采用无水酒精、丙酮中的任意一种。
在本实施例中，步骤2中所述清洗方法分为两种，第一种方式直接用丙酮或无水酒精进行冲洗；
第二种方式用蘸有丙酮或无水酒精的织物进行擦拭清洗，擦拭物用织物包括纱布、丝绸、织绒中的任意一种。
在本实施例中，步骤4中所述非金属粉末采用氧化铝粉末、氧化硅粉末、氧化钙粉末、石墨、滑石粉中的任意一种或是两种任意组合。
在本实施例中，步骤4中所述紧固定位方式包括螺钉紧固或是配重紧固两种。
在本实施例中，步骤5中所述焊接设备采用真空钎焊炉、真空热处理炉、真空扩散焊炉、惰性气体保护加热炉中的任意一种。
在本实施例中，步骤3中所述真空钎焊的钎料采用锡基钎料、银基钎料、铜基钎料、镍基钎料中的任意一种。
在本实施例中，步骤3中所述惰性气体保护环境下钎焊的钎料采用锡基钎料、银基钎料、铜基钎料、镍基钎料中的任意一种；
惰性气体保护钎焊采用钎剂为松香、硼砂、硼酸、氟化钙、氟化钾、硼酸钠、氟硼酸钾中的任意一种或多种组合。
在本实施例中，步骤6中所述冷却时采用的介质为氩气、氮气中的任意一种。
具体实施例一
桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，包括以下步骤：
第一步，焊前清洗：
经过机械加工或者表面抛光打磨的方法对不锈钢耐磨层壳体、钢芯的待焊接部位进行抛光打磨，去除氧化膜等杂质，然后将工件置于超声波清洗机(或槽)中，使用金属材料清洗液进行，清洗时间控制为30min。
第二步，表面清洁处理：
使用无水酒精对超声波清洗完的不锈钢耐磨层壳体、钢芯构件待焊接表面进行擦拭清洁，直接用丙酮进行冲洗，或是用蘸有丙酮的丝绸织物进行擦拭清洗后，通过冷风或自然风干；
第三步，填充钎料：
在不锈钢耐磨层壳体、钢芯待焊表面预置钎料，通过真空钎焊采用锡基钎料、银基钎料、铜基钎料、镍基钎料一种或是多种组合焊接，真空钎焊焊料厚度为0.8mm。
第四步，装配：
将预置焊料的不锈钢耐磨层壳体与钢芯装配紧固，并置于涂有氧化钙粉末的工装夹具中紧固定位；
第五步，钎焊：
将装配有工装夹具的待焊结构置于焊接设备中，按照钎焊工艺进行钎焊；在焊接设备中进行焊接，焊接温度为700℃，焊接压力为15MPa，焊接保温时间为270min，加热和冷却速度为25℃/min；
第六步，焊后处理及精加工：
将焊接出炉的构件进行热处理强化，淬火热处理温度为500℃，保温时间为90min，冷却速度为110℃/min，其中，热处理采用真空热处理炉或惰性气体保护炉；
将热处理强化后的构件，根据工程要求，进行表面尺寸的精加工。
具体实施例二
桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，包括以下步骤：
第一步，焊前清洗：
经过机械加工或者表面抛光打磨的方法对不锈钢耐磨层壳体、钢芯的待焊接部位进行抛光打磨，去除氧化膜等杂质，然后将工件置于超声波清洗机(或槽)中，使用金属材料清洗液进行，清洗时间控制为50min。
第二步，表面清洁处理：
使用丙酮无水酒精对超声波清洗完的不锈钢耐磨层壳体、钢芯构件待焊接表面进行擦拭清洁，直接用无水酒精进行冲洗，或是用蘸有无水酒精的纱布进行擦拭清洗后，通过冷风或自然风干；
第三步，填充钎料：
在不锈钢耐磨层壳体、钢芯待焊表面预置钎料，通过真空钎焊采用铜基钎料、镍基钎料组合焊接，真空钎焊焊料厚度为1.2mm。
第四步，装配：
将预置焊料的不锈钢耐磨层壳体与钢芯装配紧固，并置于涂有氧化铝粉末、氧化硅粉末混合物的工装夹具中紧固定位；
第五步，钎焊：
将装配有工装夹具的待焊结构置于焊接设备中，按照钎焊工艺进行钎焊；
在焊接设备中进行焊接，焊接温度为900℃，焊接压力为20MPa，焊接保温时间为350min，加热和冷却速度为30℃/min；
第六步，焊后处理及精加工：
将焊接出炉的构件进行热处理强化，淬火热处理温度为700℃，保温时间为120min，冷却速度为150℃/min，其中，热处理采用真空热处理炉或惰性气体保护炉；
将热处理强化后的构件，根据工程要求，进行表面尺寸的精加工。
具体实施例三
桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，包括以下步骤：
第一步，焊前清洗：
经过机械加工或者表面抛光打磨的方法对不锈钢耐磨层壳体、钢芯的待焊接部位进行抛光打磨，去除氧化膜等杂质，然后将工件置于超声波清洗机(或槽)中，使用金属材料清洗液进行，清洗时间控制为45min。
第二步，表面清洁处理：
使用无水酒精对超声波清洗完的不锈钢耐磨层壳体、钢芯构件待焊接表面进行擦拭清洁，直接用丙酮进行冲洗，或是用蘸有丙酮的丝绸织物进行擦拭清洗后，通过冷风或自然风干；
第三步，填充钎料：
在不锈钢耐磨层壳体、钢芯待焊表面预置钎料，通过真空钎焊采用锡基钎料、银基钎料、铜基钎料、镍基钎料一种或是多种组合焊接，真空钎焊焊料厚度为1.5mm。
第四步，装配：
将预置焊料的不锈钢耐磨层壳体与钢芯装配紧固，并置于涂有氧化硅粉末、氧化钙粉末、石墨的工装夹具中紧固定位；
第五步，钎焊：
将装配有工装夹具的待焊结构置于焊接设备中，按照钎焊工艺进行钎焊；
在焊接设备中进行焊接，焊接温度为1000℃，焊接压力为30MPa，焊接保温时间为400min，加热和冷却速度为37℃/min；
第六步，焊后处理及精加工：
将焊接出炉的构件进行热处理强化，淬火热处理温度为1000℃，保温时间为200min，冷却速度为140℃/min，其中，热处理采用真空热处理炉或惰性气体保护炉；
将热处理强化后的构件，根据工程要求，进行表面尺寸的精加工。
具体实施例四
桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，包括以下步骤：
第一步，焊前清洗：
经过机械加工或者表面抛光打磨的方法对不锈钢耐磨层壳体、钢芯的待焊接部位进行抛光打磨，去除氧化膜等杂质，然后将工件置于超声波清洗机(或槽)中，使用金属材料清洗液进行，清洗时间控制为30min。
第二步，表面清洁处理：
使用无水酒精对超声波清洗完的不锈钢耐磨层壳体、钢芯构件待焊接表面进行擦拭清洁，直接用丙酮进行冲洗，或是用蘸有丙酮的丝绸织物进行擦拭清洗后，通过冷风或自然风干；
第三步，填充钎料：
在不锈钢耐磨层壳体、钢芯待焊表面预置钎料，通过真空钎焊采用锡基钎料、银基钎料、铜基钎料、镍基钎料一种或是多种组合焊接，真空钎焊焊料厚度为2.0mm。
第四步，装配：
将预置焊料的不锈钢耐磨层壳体与钢芯装配紧固，并置于涂有石墨、滑石粉的工装夹具中紧固定位；
第五步，钎焊：
将装配有工装夹具的待焊结构置于焊接设备中，按照钎焊工艺进行钎焊；在焊接设备中进行焊接，焊接温度为900℃，焊接压力为45MPa，焊接保温时间为500min，加热和冷却速度为40℃/min；
第六步，焊后处理及精加工：
将焊接出炉的构件进行热处理强化，淬火热处理温度为950℃，保温时间为280min，冷却速度为70℃/min，其中，热处理采用真空热处理炉或惰性气体保护炉；
将热处理强化后的构件，根据工程要求，进行表面尺寸的精加工。
具体实施例五
桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，包括以下步骤：
第一步，焊前清洗：
经过机械加工或者表面抛光打磨的方法对不锈钢耐磨层壳体、钢芯的待焊接部位进行抛光打磨，去除氧化膜等杂质，然后将工件置于超声波清洗机(或槽)中，使用金属材料清洗液进行，清洗时间控制为20min。
第二步，表面清洁处理：
使用无水酒精对超声波清洗完的不锈钢耐磨层壳体、钢芯构件待焊接表面进行擦拭清洁，直接用丙酮进行冲洗，或是用蘸有丙酮的丝绸织物进行擦拭清洗后，通过冷风或自然风干；
第三步，填充钎料：
在不锈钢耐磨层壳体、钢芯待焊表面预置钎料，通过真空钎焊采用锡基钎料、银基钎料、铜基钎料、镍基钎料一种或是多种组合焊接，真空钎焊焊料厚度为1.0mm。
第四步，装配：
将预置焊料的不锈钢耐磨层壳体与钢芯装配紧固，并置于涂有石墨的工装夹具中紧固定位；
第五步，钎焊：
将装配有工装夹具的待焊结构置于焊接设备中，按照钎焊工艺进行钎焊；
在焊接设备中进行焊接，焊接温度为850℃，焊接压力为20MPa，焊接保温时间为320min，加热和冷却速度为45℃/min；
第六步，焊后处理及精加工：
将焊接出炉的构件进行热处理强化，淬火热处理温度为750℃，保温时间为110min，冷却速度为90℃/min，其中，热处理采用真空热处理炉或惰性气体保护炉；
将热处理强化后的构件，根据工程要求，进行表面尺寸的精加工。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，焊前清洗：
经过机械加工或者表面抛光打磨的方法对不锈钢耐磨层壳体、钢芯的待焊接部位进行抛光打磨，去除氧化膜等杂质，然后将工件置于超声波清洗机(或槽)中，使用金属材料清洗液进行清洗；
第二步，表面清洁处理：
使用有机溶剂对超声波清洗完的不锈钢耐磨层壳体、钢芯构件待焊接表面进行擦拭清洁，通过冷风或自然风干；
第三步，填充钎料：
在不锈钢耐磨层壳体、钢芯待焊表面预置钎料，钎料填充包括真空钎焊，惰性气体保护钎焊两种方式进行，其中惰性气体保护钎焊采用钎剂及钎料混合方式，其两种钎焊焊料厚度为0.05～2mm；
第四步，装配：
将预置焊料的不锈钢耐磨层壳体与钢芯装配紧固，并置于涂有非金属粉末的工装夹具中紧固定位；
第五步，钎焊：
将装配有工装夹具的待焊结构置于焊接设备中，按照钎焊工艺进行钎焊；在焊接设备中进行焊接，焊接温度为300℃～1200℃，焊接压力为0～50MPa，焊接保温时间为0～600min，加热和冷却速度为0～50℃/min；
第六步，焊后处理及精加工:
根据工程性能需要，将焊接出炉的构件进行热处理强化，淬火热处理温度为300～1100℃，保温时间为10～300min，冷却速度为0～200℃/min，其中，热处理采用真空热处理炉或惰性气体保护炉；将热处理强化后的构件，根据工程要求，进行表面尺寸的精加工。
2.根据权利要求1所述一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，其特征在于，步骤1中所述清洗时间控制为10～60min。
3.根据权利要求1所述一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，其特征在于，步骤2中所述有机溶剂采用无水酒精、丙酮中的任意一种。
4.根据权利要求1所述一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，其特征在于，步骤2中所述清洗方法分为两种，第一种方式直接用丙酮或无水酒精进行冲洗；
第二种方式用蘸有丙酮或无水酒精的织物进行擦拭清洗，擦拭物用织物包括纱布、丝绸、织绒中的任意一种。
5.根据权利要求1所述一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，其特征在于，步骤4中所述非金属粉末采用氧化铝粉末、氧化硅粉末、氧化钙粉末、石墨、滑石粉中的任意一种或是多种任意组合。
6.根据权利要求1所述一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，其特征在于，步骤4中所述紧固定位方式包括螺钉紧固或是配重紧固两种。
7.根据权利要求1所述一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，其特征在于，步骤5中所述焊接设备采用真空钎焊炉、真空热处理炉、真空扩散焊炉、惰性气体保护加热炉中的任意一种。
8.根据权利要求1所述一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，其特征在于，步骤3中所述真空钎焊的钎料采用锡基钎料、银基钎料、铜基钎料、镍基钎料中的任意一种。
9.根据权利要求1所述一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，其特征在于，步骤3中所述惰性气体保护环境下钎焊的钎料采用锡基钎料、银基钎料、铜基钎料、镍基钎料中的任意一种；
惰性气体保护钎焊采用钎剂为松香、硼砂、硼酸、氟化钙、氟化钾、硼酸钠、氟硼酸钾中的任意一种或多种组合。
10.根据权利要求1所述一种桥梁支座半球型耐磨结构的制造方法，其特征在于，步骤6中所述冷却时采用的介质为氩气、氮气中的任意一种。
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