CN112276293A - 一种管桩环缝的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢结构建造技术领域，公开了一种管桩环缝的焊接方法。所述管桩环缝的焊接方法包括：在两个管桩的焊接端分别开设内侧坡口和外侧坡口，且不留钝边；将两个管桩的焊接端相对设置，并留有预设间隙形成环缝；对两个管桩进行定位焊接；在外侧坡口设置第一圆棒陶瓷衬垫，并采用二氧化碳气体保护焊的方式从内侧对环缝进行内侧打底焊接，形成打底焊缝；对两个管桩的内侧坡口处进行填充、盖面焊接，形成内侧焊缝；取下第一圆棒陶瓷衬垫，并从外侧对环缝进行填充、盖面焊接，形成外侧焊缝。本发明的管桩环缝的焊接方法，焊接效率高、焊接成本低、且焊接质量好。

Description

一种管桩环缝的焊接方法

技术领域

本发明涉及钢结构建造技术领域，尤其涉及一种管桩环缝的焊接方法。

背景技术

目前，在海上风电设施、大型反应容器等领域，涉及到大型管桩结构，且需要将两端管桩结构进行组对拼焊成为长度更长的管组件。在两个管桩的环缝焊接时，通常坡口都带有钝边，坡口角度较大，且都采用单丝埋弧焊进行焊接，先焊接完内侧后再焊接外侧；在焊接外侧前，需要对内侧焊缝的背面采用碳弧气刨或机械方法进行清根的操作，避免内侧焊缝和外侧焊缝之间出现未熔合或夹渣以保证整体环缝的焊接质量，但碳刨清根的工作量大、效率低。因此整体风电管桩的焊接模式使得整个焊接过程对焊材使用量大、焊接效率低，总体制作周期长、成本高。

因此，亟需发明一种管桩环缝的焊接方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种管桩环缝的焊接方法，焊接效率高、焊接成本低、且焊接质量好。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种管桩环缝的焊接方法，包括：

在两个管桩的焊接端分别开设内侧坡口和外侧坡口，且不留钝边；

将两个所述管桩的焊接端相对设置，并留有预设间隙形成环缝；

对两个所述管桩进行定位焊接；

在所述外侧坡口设置第一圆棒陶瓷衬垫，并采用二氧化碳气体保护焊的方式从内侧对所述环缝进行内侧打底焊接，形成打底焊缝；

对两个所述管桩的内侧坡口处进行填充、盖面焊接，形成内侧焊缝；

取下所述第一圆棒陶瓷衬垫，并从外侧对所述环缝进行填充、盖面焊接，形成外侧焊缝。

可选地，所述内侧坡口和所述外侧坡口的角度相同且均为α，15°≤α≤25°，所述预设间隙为D，其中5mm≤D≤8mm。

可选地，所述内侧坡口的深度为H，H＝0.6t，其中t为所述管桩的壁厚。

可选地，所述定位焊接的步骤包括：

在两个所述管桩的所述内侧坡口处设置第二圆棒陶瓷衬垫；

采用二氧化碳气体保护焊从所述外侧坡口处对所述环缝进行间隔焊接，使两个所述管桩相对位置固定，并形成间隔的定位焊缝；

进行内侧打底焊接前，取走所述第二圆棒陶瓷衬垫，且将所述第一圆棒陶瓷衬垫设置在两个相邻的所述定位焊缝之间。

可选地，在进行外侧的填充、盖面焊接前，对所述定位焊缝进行清除、打磨。

可选地，在进行所述内侧打底焊接时使用第一焊枪，驱动所述管桩使所述环缝绕其圆心在竖直平面内转动，所述第一焊枪的位置与所述环缝的圆心的连线、所述环缝的最低点与所述环缝的圆心的连线之间的夹角为β，25°≤β≤30°，且第一焊枪焊接完的部位转动β后位于所述环缝的最低点。

可选地，在所述定位焊接时使用第二焊枪，驱动所述管桩使所述环缝绕其圆心在竖直平面内转动，所述第二焊枪的位置与所述环缝的圆心的连线、所述环缝的最低点与所述环缝的圆心的连线之间的夹角为γ，20°≤γ≤25°。

可选地，内侧的填充、盖面焊接和/或外侧的填充、盖面焊接采用牌号为SU41的焊丝，型号为AB的焊剂。

可选地，内侧的填充、盖面焊接和/或外侧的填充、盖面焊接采用双丝埋弧焊的焊接方式。

可选地，在进行内侧的填充、盖面焊接和/或外侧的填充、盖面焊接前，对所述管桩的焊接端进行预热，预热温度为T，T≥80℃。

本发明有益效果为：

本发明的管桩环缝的方法，定位焊接能够使两个管桩相对位置固定，保证后续成型的进度；内侧坡口和外侧坡口不设置钝边、将第一圆棒陶瓷衬垫设置在两个外侧坡口之间的锥形空间内，从而使得在从内侧对环缝进行内侧打底焊接时，打底焊缝的内外两面一次成型，且背面的焊缝成型饱满、焊迹整齐，故在进行环缝外侧的填充、盖面焊接前，不需要采用碳弧气刨或机械方法对整条打底焊缝的背面进行清根的工作，减少工作量、大大提高了作业效率，且能够减少外侧的填充、盖面焊接对焊材的消耗，降低生产成本；且采用二氧化碳气体保护焊的方式与衬垫、无钝边的坡口配合，使管桩变形量小、打底焊缝的焊接质量好；环缝的内侧，先进行打底焊接，焊后焊缝反面成形良好，再进行填充、盖面焊接时可以适当提高电流，提高焊接速度、减少层道数。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种管桩环缝焊接方法的流程图；

图2是本发明具体实施方式提供的相对设置的两个管桩的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的定位焊接时的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的打底焊接时的结构示意图；

图5是定位焊接前图3的A-A剖视图；

图6是定位焊接时图3的A-A剖视图；

图7是内侧填充、盖面焊接后图4的B-B剖视图；

图8是外侧填充、盖面焊接后图4的B-B剖视图；

图9是本发明具体实施方式提供的另一种管桩环缝焊接方法的流程图。

图中：

1-管桩；11-内侧坡口；12-外侧坡口；

2-环缝；

3-第一圆棒陶瓷衬垫；

4-第二圆棒陶瓷衬垫；

51-打底焊缝；52-内侧焊缝；53-外侧焊缝；54-定位焊缝；

61-第一焊枪；62-第二焊枪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供了一种管桩环缝的焊接方法，其可用于大型钢结构建造技术领域，尤其适用于管壁厚度在25mm～100mm范围内的大型管件的组对焊接。管桩通过滚轧成型，且管桩滚轧之前在坯料的端部加工坡口，则在成型后的管桩端部形成环形的坡口。在将两个管桩焊接在一起时，先将两个管桩支撑在滚轮支架上，并使两个管桩设置坡口的端部(即焊接端)相对设置，形成待焊接的环缝，在焊接过程中，操作人员在特定位置焊接，滚轮支架驱动两个管桩同步转动，从而实现对整个环缝的焊接。

具体地，如图1-9所示，管桩环缝的焊接方法包括：

在两个管桩1的焊接端分别开设内侧坡口11和外侧坡口12，且不留钝边；

将两个管桩1的焊接端相对设置，并留有预设间隙形成环缝2；

对两个管桩1进行定位焊接，使两个管桩1相对位置固定；

在外侧坡口12设置第一圆棒陶瓷衬垫3，并采用二氧化碳气体保护焊的方式从内侧对环缝2进行内侧打底焊接，形成打底焊缝51；

对两个管桩1的内侧坡口11处进行填充、盖面焊接，形成内侧焊缝52；

取下第一圆棒陶瓷衬垫3，并从外侧对环缝2进行填充、盖面焊接，形成外侧焊缝53。

本实施例管桩环缝的焊接方法，定位焊接能够使两个管桩1相对位置固定，保证后续成型的进度；内侧坡口11和外侧坡口12均不设置钝边、两个管桩1设置预设间隙、在两个外侧坡口12之间的锥形空间内设置第一圆棒陶瓷衬垫3设置，以上特配合使得在从内侧对环缝2进行内侧打底焊接时，打底焊缝51的内外两面一次成型，且背面的焊缝成型饱满、焊迹整齐，故在后续进行环缝2外侧的填充、盖面焊接前，不需要采用碳弧气刨或机械方法对整条打底焊缝的背面进行清根的工作，减少工作量、大大提高了作业效率，且能够减少外侧的填充、盖面对焊材的消耗，降低生产成本；且采用二氧化碳气体保护焊的方式与衬垫、无钝边的坡口配合，使管桩1变形量小、打底焊缝51的焊接质量好；环缝2的内侧，先进行打底焊接，焊后焊缝反面成形良好，再采用双丝埋弧焊进行填充、盖面焊接时可以适当提高电流，提高焊接速度，减少层道数。

优选地，如图5所示，内侧坡口11和外侧坡口12的角度相同且均为α，15°≤α≤25°，预设间隙为D，其中5mm≤D≤8mm。两个管桩1留有5mm～8mm预设间隙，故在将坡口设置在较小的15°～25°范围内时也能够保证两个管桩1焊接后的连接强度，且相对于现有技术中将环缝2的坡口设置在60°左右甚至更大而言，能够进一步节省焊材，降低整个环缝2的焊接成本。也就是说，通过合理设计环缝2的截面形状和尺寸并配合第一圆棒陶瓷衬垫3，既能够保证打底焊缝51一次双面成型，提高生产效率，同时能够降低焊材的使用量，降低生产成本。优选地，打底焊接共焊接两层，保证焊接强度。第一圆棒陶瓷衬垫3可以通过粘接的方式固定在两个外侧坡口12之间。

进一步地，如图5所示，内侧坡口11的深度为H，H＝0.6t，其中t为管桩1壁厚。本实施例中，在内侧打底焊接后不需要对打底焊缝51进行清根工作，故直接将内侧坡口11深度设置为0.6倍的管桩1壁厚，能够保证在环缝的内侧和外侧均焊接完后，整个环缝2变形量小、应力分布平衡，焊接后两个管桩1的连接强度高。

优选地，本实施例中，如图6所示，定位焊接的步骤包括：

在两个管桩1的内侧坡口11处设置第二圆棒陶瓷衬垫4；

采用二氧化碳气体保护焊从外侧坡口12处对环缝2进行间隔焊接，并形成间隔的定位焊缝54。

一方面，使两个管桩1相对位置固定，保证在后续内侧打底焊接过程中，两个管桩1位置始终不变，从而保证成型的精度；另一方面，在两个内侧坡口11的锥形空间内设置第二圆棒陶瓷衬垫4，使定位焊缝54可以一次双面成型，从而省去内侧打底焊接前对定位焊缝54进行清根的步骤，进一步提高了环缝2焊接的效率、降低生产成本。本实施例中，第二圆棒陶瓷衬垫4可以通过粘接的方式固定在两个外侧坡口12之间。

需要说明的是，进行内侧打底焊接前，取走定位焊接所用的第二圆棒陶瓷衬垫4，且在定位焊接时，第一圆棒陶瓷衬垫3设置在两个相邻的定位焊缝54之间。

优选地，如图3所示，在定位焊接时，使用第二焊枪62，驱动管桩1使环缝2绕其圆心在竖直平面内转动，第二焊枪62的位置与环缝2的圆心的连线、环缝2的最低点与环缝2的圆心的连线之间的夹角为γ，20°≤γ≤25°。在此区域焊接，便于操作人员进行操作。

具体地，定位焊接采用药芯焊丝，进一步保证定位焊缝54的焊接质量，本实施例中，药芯焊丝的型号为A5.20 E71T1C，规格为Φ1.2mm，焊接电流150-180A，每段定位焊缝54的长度为80mm-120mm，相邻两段定位焊缝54间的距离为400mm-500mm，且焊接两层，保证两个管桩1的定位准确、牢固。实际作业过程中，焊接完一个定位焊缝54后，驱动管桩1旋转至下一个待焊接的位置进行定位焊接，以此方式完成环缝2的定位焊接。

进一步地，如图4所示，在进行内侧打底焊接时使用第一焊枪61，同样地，驱动管桩1使环缝2绕其圆心在竖直平面内转动，与定位焊接不同的是，管桩1为连续转动，第一焊枪61的位置与环缝2的圆心的连线、环缝2的最低点与环缝2的圆心的连线之间的夹角为β，25°≤β≤30°，第一焊枪61焊接完的部位转动β后位于环缝2的最低点。故当第一焊枪61焊接完管桩1的对应位置后，该位置很快转动至最低点，使焊接完的部位在冷却阶段均处于接近水平的状态，使焊缝冷却成型好。

具体地，打底焊接也采用药芯焊丝，保证焊缝成型质量好，焊丝型号规格与定位焊接相同，焊接电流为180-220A，同样焊接2层。

优选地，内侧的填充、盖面焊接和外侧的填充、盖面焊接均采用双丝埋弧焊的焊接方式，从而能够大大提高焊接效率，且焊接过程飞溅小，能够提高作业操作人员作业环境。

进一步地，在进行内侧的填充、盖面焊接和外侧的填充、盖面焊接前，分别对管桩1的焊接端进行预热，预热温度为T，T≥80℃。从而能够降低焊接端冷却速度，使焊后能缓慢冷却，防止产生焊接裂纹。

对于厚度较厚的板，焊接后容易产生横向裂纹，本实施例中，在进行内侧的填充、盖面焊接和外侧的填充、盖面焊接时，采用牌号为SU41的焊丝，型号为AB的焊剂，且焊剂在使用前经过350℃下1小时的烘干，从而能够有效避免横向裂纹的产生。

需要说明的是，在进行外侧的填充、盖面焊接前，对定位焊缝54进行清除、打磨，可以采用碳刨的方式，使打底焊缝51背面出现金属光泽，表面光洁、过渡圆滑，从而避免打底焊缝51与外侧焊缝53之间的位置出现空洞、杂质而造成焊接缺陷，保证整体焊缝的质量。进一步地，对于局部的凹坑，可以采用药丝焊芯二氧化碳气体保护焊进行修补。

综上，如图6-9所示，管桩环缝的焊接方式包括步骤：

S1：在两个管桩1的焊接端分别开设角度均为15°～25°的内侧坡口11和外侧坡口12，且不留钝边；

S2：将两个管桩1的焊接端相对设置，并留5mm～8mm的预设间隙，形成环缝2；

S3：在两个管桩1的内侧坡口11处设置第二圆棒陶瓷衬垫4；

S4：采用二氧化碳气体保护焊的方式，从外侧坡口12处对环缝2进行间隔焊接，焊接两层，并形成间隔的定位焊缝54；

S5：取走第二圆棒陶瓷衬垫4，并在外侧坡口12、相邻两个定位焊缝54之间设置第一圆棒陶瓷衬垫3；

S6：采用二氧化碳气体保护焊的方式，从内侧对环缝2进行内侧打底焊接，焊接两层，形成打底焊缝51；

S7：对定位焊缝54进行清除、打磨，使打底焊缝51表面光洁、过渡圆滑。

S8：对管桩1端部进行80℃预热，并采用双丝埋弧焊对两个管桩1的内侧坡口11处进行填充、盖面焊接，焊接多层，形成内侧焊缝52；

S9：取下第一圆棒陶瓷衬垫3，对管桩1端部进行80℃预热，并采用双丝埋弧焊从外侧对环缝2进行填充、盖面焊接，焊接多层，形成外侧焊缝53。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管桩环缝的焊接方法，其特征在于，包括：

在两个管桩(1)的焊接端分别开设内侧坡口(11)和外侧坡口(12)，且不留钝边；

将两个所述管桩(1)的焊接端相对设置，并留有预设间隙形成环缝(2)；

对两个所述管桩(1)进行定位焊接；

在所述外侧坡口(12)设置第一圆棒陶瓷衬垫(3)，并采用二氧化碳气体保护焊的方式从内侧对所述环缝(2)进行内侧打底焊接，形成打底焊缝(51)；

对两个所述管桩(1)的内侧坡口(11)处进行填充、盖面焊接，形成内侧焊缝(52)；

取下所述第一圆棒陶瓷衬垫(3)，并从外侧对所述环缝(2)进行填充、盖面焊接，形成外侧焊缝(53)。

2.如权利要求1所述的管桩环缝的焊接方法，其特征在于，所述内侧坡口(11)和所述外侧坡口(12)的角度相同且均为α，15°≤α≤25°，所述预设间隙为D，其中5mm≤D≤8mm。

3.如权利要求1所述的管桩环缝的焊接方法，其特征在于，所述内侧坡口(11)的深度为H，H＝0.6t，其中t为所述管桩(1)的壁厚。

4.如权利要求1-3任一项所述的管桩环缝的焊接方法，其特征在于，所述定位焊接的步骤包括：

在两个所述管桩(1)的所述内侧坡口(11)处设置第二圆棒陶瓷衬垫(4)；

采用二氧化碳气体保护焊从所述外侧坡口(12)处对所述环缝(2)进行间隔焊接，使两个所述管桩(1)相对位置固定，并形成间隔的定位焊缝(54)；

进行内侧打底焊接前，取走所述第二圆棒陶瓷衬垫(4)，且将所述第一圆棒陶瓷衬垫(3)设置在两个相邻的所述定位焊缝(54)之间。

5.如权利要求4所述的管桩环缝的焊接方法，其特征在于，在进行外侧的填充、盖面焊接前，对所述定位焊缝(54)进行清除、打磨。

6.如权利要求1-3任一项所述的管桩环缝的焊接方法，其特征在于，在进行所述内侧打底焊接时使用第一焊枪(61)，驱动所述管桩(1)使所述环缝(2)绕其圆心在竖直平面内转动，所述第一焊枪(61)的位置与所述环缝(2)的圆心的连线、所述环缝(2)的最低点与所述环缝(2)的圆心的连线之间的夹角为β，25°≤β≤30°，且第一焊枪(61)焊接完的部位转动β后位于所述环缝(2)的最低点。

7.如权利要求1-3任一项所述的管桩环缝的焊接方法，其特征在于，在所述定位焊接时使用第二焊枪(62)，驱动所述管桩(1)使所述环缝(2)绕其圆心在竖直平面内转动，所述第二焊枪(62)的位置与所述环缝(2)的圆心的连线、所述环缝(2)的最低点与所述环缝(2)的圆心的连线之间的夹角为γ，20°≤γ≤25°。

8.如权利要求1-3任一项所述的管桩环缝的焊接方法，其特征在于，内侧的填充、盖面焊接和/或外侧的填充、盖面焊接采用牌号为SU41的焊丝，型号为AB的焊剂。

9.如权利要求1-3任一项所述的管桩环缝的焊接方法，其特征在于，内侧的填充、盖面焊接和/或外侧的填充、盖面焊接采用双丝埋弧焊的焊接方式。

10.如权利要求1所述的管桩环缝的焊接方法，其特征在于，在进行内侧的填充、盖面焊接和/或外侧的填充、盖面焊接前，对所述管桩(1)的焊接端进行预热，预热温度为T，T≥80℃。

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