CN112536553A - 小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置及施工方法，辅助装置的限位装置包括用于贴合待焊三角管的内孔顶角的三角支撑体和用于贴合待焊三角管的内孔底面的底板，三角支撑体和底板均通过多个弹性连接件与支撑骨架连接，支撑骨架的两侧均设置有连接三角支撑体和底板的导向件，导向件包括支撑筒和支撑杆，主限位装置的底板上设置有连通底板下侧面与支撑筒内腔的过胶孔。本发明施工方法通过辅助装置在第一三角形管和第二三角形管的焊缝的内侧固定陶瓷衬垫。本发明克服了小尺寸三角形管的尺寸限制，利用三角形管自身的特点，通过两个支撑件就能对三角形管的三个内侧面进行支撑。

Description

小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置及施工方法

技术领域

本发明涉及小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊施工技术领域，更具体的说，尤其涉及一种小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置及施工方法。

背景技术

在钢结构焊接施工中，对于一些特殊形状的待焊部件（例如锅炉压力容器组件），无法采用双面焊接的工艺，只能采用单面焊两面成型的焊接技术。目前常用的单面焊两面成型方法如图1和 图2所示，将陶瓷衬垫4通过胶带204黏贴于第一三角形管201和第二三角形管202的焊缝205的背面后，仅在钢结构单面进行焊接施工，钢结构两侧即可达到同样的焊接效果，同时也提升了焊接的效率。但方法对于钢管的焊接仅限大口径钢管，人能够进入黏贴陶瓷衬垫4。

在建筑钢结构中，钢管主要用于承担重量，不用于物料的储存或运输，大都口径较小，人无法进入，对于这种两个小尺寸三角形钢管进行对焊施工时，工人不易进入三角形钢管内部黏贴陶瓷衬垫，因而无法进行常规的单面焊两面成型焊接施工；如果陶瓷衬垫不进行黏贴，而仅通过简单的物理摩擦进行固定，在现场焊接的过程中陶瓷衬垫极易产生滑动，且拼装接口精度不易控制，严重影响单面焊两面成型的焊接质量。

为精确、可靠的将陶瓷衬垫固定在两个小尺寸三角形钢管对焊部位，方便进行单面焊双面成型焊接施工，因此有必要发明一种适用于小尺寸三角形钢管单面焊双面成型的对焊辅助装置及施工方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供了一种小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，使其可以精确、可靠的辅助固定陶瓷衬垫，以利于提高焊接质量，本发明还提供采用前述辅助装置的一种小尺寸三角形管单面焊双面成型的施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，包括主体骨架、陶瓷衬垫和两个限位装置，主体骨架包括支撑骨架和设置在支撑骨架中部的衬垫骨架，陶瓷衬垫固定在衬垫骨架上，两个限位装置分别设置在支撑骨架上且分处在衬垫骨架的两侧；限位装置包括用于贴合待焊三角管的内孔顶角的三角支撑体和用于贴合待焊三角管的内孔底面的底板，三角支撑体和底板均通过多个弹性连接件与支撑骨架连接，支撑骨架的两侧均设置有连接三角支撑体和底板的导向件，导向件包括支撑筒和支撑杆，支撑杆下端插入在支撑筒中，支撑筒的下端连接底板，弹性连接件的伸缩方向与导向件的导向方向同向，三角支撑体和底板不受外力时，三角支撑体和底板之间的高度大于待焊三角形管内孔的高度，两限位装置为主限位装置和副限位装置，主限位装置的底板上设置有连通底板下侧面与支撑筒内腔的过胶孔，主限位装置的每个支撑筒连接有与支撑筒内腔相通的注胶管，注胶管中设置有单向阀。

为了便于插入待焊三角形管，所述的底板远离陶瓷衬垫的一端均连接有未端向靠近支撑骨架方向收缩的尾板，三角支撑体远离陶瓷衬垫的一端切削成楔形。

为了对待焊三角形管具有较好的支撑效果，所述的弹性连接件包括支撑弹簧和插在支撑弹簧中的伸缩杆，支撑弹簧和伸缩杆的两端分别固定在三角支撑体或底板与支撑骨架上。

所述的衬垫骨架上设有轴向的通孔，注胶管穿过衬垫骨架的通孔和副限位装置内部并伸出副限位装置之外。

为了减轻重量，所述的支撑骨架为管体，所述的三角支撑体为管体。

为了便于监测，所述的支撑筒中设置有胶体监测传感器。

所述的胶体监测传感器包括封闭壳体，壳体内部从底端到顶端依次设有相接触的压电陶瓷片、金属棒和弹簧，弹簧两侧设有相同的线圈，线圈通过塑料杆与壳体进行固定，壳体内部一侧壁设有与压电陶瓷片电性连接的电信号激励装置，在壳体内部与电信号激励装置相对的侧壁设有信号收集及无线发射装置，壳体中设置有为电信号激励装置和信号收集及无线发射装置供电的电池。

为了保证辅助装置在进入待焊三角形管时，三角支撑体与底板进入的长度一致，避免辅助装置安装时出现歪斜，所述的底板的底面和三角支撑体的一个侧面上均设置有长度刻度，底板和三角支撑体上的长度刻度的0刻度均位于邻近陶瓷衬垫的一端。

本发明小尺寸三角形管单面焊双面成型的施工方法，采用前述8项中任何一项所述的小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，通过辅助装置在第一三角形管和第二三角形管的焊缝的内侧固定陶瓷衬垫。

本发明小尺寸三角形管单面焊双面成型的施工方法，采用前述第8项所述的小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，所述的施工方法包括如下步骤：（1）将第一三角形管定位；（2）将辅助装置的主限位装置插入到第一三角形管中直至陶瓷衬垫的中心位置达到第一三角形管的管口处，进入到第一三角形管中的三角支撑体在弹性连接件的作用下自动贴到第一三角形管的内孔的顶角上，进入到第一三角形管中的底板在弹性连接件的作用下自动贴到第一三角形管的内孔的底面上，在插入过程中要保持第一三角形管的管口位置在底板和三角支撑体上的长度刻度处于同一尺寸位置；（3）注胶，通过注胶机向注胶管注胶，使支撑筒中注入充满支撑筒内腔的胶，使胶进入过胶孔与第一三角形管粘接，使相应导向件的支撑杆和支撑筒固定成一体；（4）判定胶体凝固状态：采用胶体监测控制及显示器接收相应胶体监测传感器信号，观测胶体监测传感器的振幅大小，当所示所述传感器的振幅超出阈值时，判定胶体处于完全凝固状态；所述胶体监测控制及显示器包括信号接收装置、信号处理装置和信号显示装置，通过信号接收装置接收信号，通过信号处理装置对所接收电信号进行处理、转化，继而得到胶体监测传感器的简谐振幅，并通过信号显示装置显示出来；待所有胶体监测传感器检测结果均为完全凝固状态，吊装第二三角形管，使副限位装置插入到第二三角形管中直至第二三角形管套到陶瓷衬垫上，且第一三角形管和第二三角形管具有一定间隙，进入到第二三角形管中的三角支撑体在弹性连接件的作用下自动贴到第二三角形管的内孔的顶角上，进入到第二三角形管中的底板在弹性连接件的作用下自动贴到第二三角形管的内孔的底面上，在插入过程中要保持第二三角形管的管口位置在底板和三角支撑体上的长度刻度处于同一尺寸位置；（6）焊接。

本发明有益效果是：本发明辅助装置能从外部操作固定陶瓷衬垫，不需要操作人员进入三角形管内，克服了小尺寸三角形管的尺寸限制，利用三角形管自身的特点，通过两个支撑件就能对三角形管的三个内侧面进行支撑，并且主限位装置和副限位装置与相应的三角形管被弹性压紧，贴合紧密，并通过胶将导向件固定，使主限位装置最终连接成一个整体并与三角形管通过多个点粘接，使得陶瓷衬垫定位精确，保证了整体稳定性。本发明辅助装置装配化程度高，辅助装置部件均由工厂预制加工并拼装完成后，直接在焊接现场进行安装使用。装配化程度高，提高了焊接施工效率。并且辅助装置与两个待焊三角形管采用插接连接，只需在三角形管外部注胶，施工简单便。

附图说明

图1为现有单面焊双面成型焊缝部分结构示意图；

图2为现有三角管单面焊双面成型结构示意图；

图3为本发明焊接施工示意图；

图4为本发明的辅助装置的结构示意图；

图5为本发明的主体骨架结构示意图；

图6为本发明的限位装置支撑在待焊三角管中的状态的结构示意图；

图7为本发明的底板结构示意图；

图8为本发明三角支撑体结构示意图；

图9为本发明的伸缩杆的结构示意图；

图10为本发明的胶体监测传感器的结构示意图；

图11为本发明的胶体监测控制及显示器的结构示意图；

图12为本发明的注胶机的结构示意图；

图13为传感器在空气中的简谐振幅图；

图14为传感器在胶体未完全凝固时的简谐振幅图；

图15为传感器在胶体完全凝固时的简谐振幅图。

图中：1三角支撑体，2衬垫骨架，3支撑骨架，4陶瓷衬垫，5支撑弹簧，6伸缩杆，7切面，8注胶管，9支撑筒，10支撑杆，11长度刻度，12尾板，13底板，14长度刻度，15过胶孔，16注胶机，17导杆，18导套，19胶体监测传感器，20信号接收装置，21信号显示装置，22信号处理装置，101壳体，102线圈，103弹簧，104微型电池，105电信号激励装置，106信号收集及无线发射装置，107压电陶瓷片，108金属棒，201第一三角形管，202第二三角形管，203辅助装置，204胶带，205焊缝。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

如图3-12所示的辅助装置203，用于小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，包括主体骨架、陶瓷衬垫4和两个限位装置，主体骨架包括支撑骨架3和设置在支撑骨架3中部的衬垫骨架2，陶瓷衬垫4固定在衬垫骨架2上，两个限位装置分别设置在支撑骨架3上且分处在衬垫骨架2的两侧；限位装置包括用于贴合待焊三角管的内孔顶角的三角支撑体1和用于贴合待焊三角管的内孔底面的底板13，三角支撑体1和底板13均通过多个弹性连接件与支撑骨架3连接，弹性连接件包括支撑弹簧5和插在支撑弹簧5中的伸缩杆6，支撑弹簧5和伸缩杆6的两端分别固定在三角支撑体1或底板13与支撑骨架3上。伸缩杆6包括导套18和一端滑动插接在导套18中的导杆17。支撑骨架3的两侧均设置有连接三角支撑体1和底板13的导向件，导向件包括支撑筒9和支撑杆10，支撑杆10下端插入在支撑筒9中，支撑筒9的下端连接底板13，弹性连接件的伸缩方向与导向件的导向方向同向，三角支撑体1和底板13不受外力时，三角支撑体1和底板13之间的高度大于待焊三角形管内孔的高度，使得限位装置支撑到待焊三角形管内时对三角形管有一定的压力，两限位装置为主限位装置和副限位装置，主限位装置的底板13上设置有连通底板13下侧面与支撑筒9内腔的过胶孔1，主限位装置的每个支撑筒9连接有与支撑筒9内腔相通的注胶管8，注胶管8中设置有单向阀，用于防止胶体从支撑筒9返流。

图3对注胶管8的显示只是便于看清注胶管8，并不是实际应用的状态，实际应用时，注胶管8穿过衬垫骨架2的通孔和副限位装置内部并伸出副限位装置之外，从而便于注胶。

三角支撑体1上设置有长度刻度11，底板13上设置有长度刻度14，长度刻度11和长度刻度14的0刻度均位于邻近陶瓷衬垫4的一端。底板13远离陶瓷衬垫4的一端均连接有未端向靠近支撑骨架3方向收缩的尾板12，三角支撑体1为截面是三角形的杆体，三角支撑体1远离陶瓷衬垫4的一端为斜面的切面7，使得三角支撑体1该端为楔形，易于向相应的待焊三角管中插入。

支撑筒9中设置有胶体监测传感器19，胶体监测传感器19包括封闭壳体101，壳体101内部从底端到顶端依次设有相接触的压电陶瓷片107、金属棒108和弹簧103，压电陶瓷片107与金属棒108一侧相连接，金属棒108另一侧与弹簧103相连接，弹簧103另一侧相连于壳体101内部上壁，弹簧103两侧设有相同的线圈102，线圈102通过塑料杆与壳体101进行固定，壳体101内部一侧壁设有与压电陶瓷片107电性连接的电信号激励装置105，在壳体101内部与电信号激励装置105相对的侧壁设有信号收集及无线发射装置106，壳体中设置有为电信号激励装置10和信号收集及无线发射装置106供电的电池，电池采用微型电池104。封闭壳体101外侧与支撑筒9的内壁通过多个细线连接固定，使胶体监测传感器19悬挂于支撑筒9管口的中部，胶体监测传感器19四周会有胶注入。

辅助装置203的制作方法如下：

a）准备工作。根据设计尺寸，辅助装置的各部件在工厂预制加工完成，加工完成后，进行整个辅助装置的拼装。

b）三角支撑体1和底板13的制作与安装。根据图纸，在每块三角支撑体1上标注上长度刻度11，在底板13上标注上长度刻度14，在主限位装置的底板13上开设过胶孔15。通过数个弹性连接件和导向件将三角支撑体1和底板13与支撑骨架3连接成为一个整体，使用强力胶进行固定。限位装置的截面尺寸、弹性连接件和导向件的高度，应跟根据不同项目通过计算获取，以保证辅助装置安装完毕后，三角支撑体1和底板13的外围与陶瓷衬垫4的外围平滑连接。

c）底板13的尾板12的安装。尾板12与底板13连接的位置设置一定坡角，以保证尾板12的未端向内侧倾斜，钢结构与辅助装置对接时起到引导作用。尾板12完成后，直接通过强力胶与底板13尾部相连。

d）陶瓷衬垫4的安装。陶瓷衬垫骨架安装完成后，将陶瓷衬垫4通过强力胶的粘贴在陶瓷衬垫骨架上的对应位置，保证陶瓷衬垫骨架的外表面平顺。安装辅助装置时，注意保护好陶瓷衬垫4的完整性。

e）注胶管8的安装。将注胶管8与支撑筒9侧壁上的进胶孔粘接。所有注胶管8在陶瓷衬垫外侧穿出整个辅助装置，以便与注胶机16相连。

本具体实施例小尺寸三角形管单面焊双面成型的施工方法，采用本具体实施例小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，第一三角形管和第二三角形管均采用钢管，所述的施工方法包括如下步骤：

（1）将第一三角形管201定位；

（2）将辅助装置的主限位装置插入到第一三角形管201中直至陶瓷衬垫4的中心位置达到第一三角形管201的管口处，进入到第一三角形管201中的三角支撑体1在弹性连接件的作用下自动贴到第一三角形管201的内孔的顶角上，进入到第一三角形管201中的底板13在弹性连接件的作用下自动贴到第一三角形管201的内孔的底面上，在插入过程中要保持第一三角形管201的管口位置在底板13和三角支撑体1上的长度刻度处于同一尺寸位置；

（3）注胶，通过注胶机16向注胶管8注胶，使支撑筒9中注入充满支撑筒9内腔的胶，使胶进入过胶孔15与第一三角形管201粘接，使相应导向件的支撑杆10和支撑筒9固定成一体；

（4）待主限位装置的支撑筒9中胶体凝固，吊装第二三角形管202，使副限位装置插入到第二三角形管202中直至第二三角形管202套到陶瓷衬垫4上，且第一三角形管201和第二三角形管202具有一定间隙，进入到第二三角形管202中的三角支撑体1在弹性连接件的作用下自动贴到第二三角形管202的内孔的顶角上，进入到第二三角形管202中的底板13在弹性连接件的作用下自动贴到第二三角形管202的内孔的底面上，在插入过程中要保持第二三角形管202的管口位置在底板13和三角支撑体1上的长度刻度处于同一尺寸位置；

微型电池104供电于电信号激励装置105，电信号激励装置105产生电信号激励，压电陶瓷片107在所述电信号激励下产生机械振动，继而带动金属棒108、弹簧103振动，从而带动整体振动。在振动过程中，基于电磁感应原理，金属棒108在通电线圈102所产生的磁场中做切割磁感线的运动，由此金属棒108产生感应电流，接着产生的电信号经由信号收集及无线发射装置106采集处理并发射给外部的胶体监测控制及显示器，所述胶体监测控制及显示器包括信号接收装置20、信号处理装置22和信号显示装置21，通过信号接收装置20接收信号，通过信号处理装置22对所接收电信号进行处理、转化，继而得到胶体监测传感器的简谐振幅，并通过信号显示装置21显示出来。

图13为胶体监测传感器处于空气中时的简谐振幅图，空气所产生的阻尼较小，对传感器的振动影响较小，所述传感器的振幅较大；图14为传感器周围灌注胶体时所得传感器的简谐振幅图，流动胶体所产生的阻尼对传感器的振动影响较大，所得传感器的振幅减小；图15为胶体完全凝固时所得传感器的简谐振幅图，完全凝固的胶体产生较大阻尼，对传感器的振动产生强有力的抵抗作用，此时所得传感器振幅进一步减小。胶体凝固状态的判定：打开胶体监测控制及显示器，观测所示胶体监测传感器的振幅大小，当所示所述传感器的振幅超出阈值时，判定胶体处于完全凝固状态，可进行第二三角形管202的安装定位。

（6）焊接。第一三角形管201和第二三角形管202拼装就位后，开始进行焊接施工。焊接时，沿着陶瓷衬垫4的中心线位置进行焊接，焊接完成后，对焊缝进行检测，保证焊缝质量满足规范要求。本焊接钢管用于建筑钢结构，辅助装置可以留存在钢管中。辅助装置的部件大多采用塑料材质对钢管的使用没有影响。

注胶机16向注胶管8中注入的胶的主要成分为改性环氧树脂和固化剂两种组分，具有环保、速凝、强度高、流动性强的特点，如可采用市售的YZJ-5裂缝修补胶(注射剂)或YZJ-7封缝胶。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，其特征在于：包括主体骨架、陶瓷衬垫和两个限位装置，主体骨架包括支撑骨架和设置在支撑骨架中部的衬垫骨架，陶瓷衬垫固定在衬垫骨架上，两个限位装置分别设置在支撑骨架上且分处在衬垫骨架的两侧；限位装置包括用于贴合待焊三角管的内孔顶角的三角支撑体和用于贴合待焊三角管的内孔底面的底板，三角支撑体和底板均通过多个弹性连接件与支撑骨架连接，支撑骨架的两侧均设置有连接三角支撑体和底板的导向件，导向件包括支撑筒和支撑杆，支撑杆下端插入在支撑筒中，支撑筒的下端连接底板，弹性连接件的伸缩方向与导向件的导向方向同向，三角支撑体和底板不受外力时，三角支撑体和底板之间的高度大于待焊三角形管内孔的高度，两限位装置为主限位装置和副限位装置，主限位装置的底板上设置有连通底板下侧面与支撑筒内腔的过胶孔，主限位装置的每个支撑筒连接有与支撑筒内腔相通的注胶管，注胶管中设置有单向阀。

2.根据权利要求1所述的小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，其特征在于：所述的所述的底板远离陶瓷衬垫的一端均连接有未端向靠近支撑骨架方向收缩的尾板，三角支撑体远离陶瓷衬垫的一端切削成楔形。

3.根据权利要求2所述的小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，其特征在于：所述的弹性连接件包括支撑弹簧和插在支撑弹簧中的伸缩杆，支撑弹簧和伸缩杆的两端分别固定在三角支撑体或底板与支撑骨架上。

4.根据权利要求2所述的小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，其特征在于：所述的衬垫骨架上设有轴向的通孔，注胶管穿过衬垫骨架的通孔和副限位装置内部并伸出副限位装置之外。

5.根据权利要求4所述的小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，其特征在于：所述的支撑骨架为管体，所述的三角支撑体为管体。

6.根据权利要求5所述的小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，其特征在于：所述的支撑筒中设置有胶体监测传感器。

7.根据权利要求6所述的小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，其特征在于：所述的胶体监测传感器包括封闭壳体，壳体内部从底端到顶端依次设有相接触的压电陶瓷片、金属棒和弹簧，弹簧两侧设有相同的线圈，线圈通过塑料杆与壳体进行固定，壳体内部一侧壁设有与压电陶瓷片电性连接的电信号激励装置，在壳体内部与电信号激励装置相对的侧壁设有信号收集及无线发射装置，壳体中设置有为电信号激励装置和信号收集及无线发射装置供电的电池。

8.根据权利要求7所述的小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，其特征在于：所述的底板的底面和三角支撑体的一个侧面上均设置有长度刻度，底板和三角支撑体上的长度刻度的0刻度均位于邻近陶瓷衬垫的一端。

9.一种尺寸三角形管单面焊双面成型的施工方法，其特征在于：采用如权利要求1－8中任何一项所述的小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，通过辅助装置在第一三角形管和第二三角形管的焊缝的内侧固定陶瓷衬垫。

10.一种小尺寸三角形管单面焊双面成型的施工方法，其特征在于：采用如权利要求8所述的小尺寸三角形管单面焊双面成型对焊辅助装置，所述的施工方法包括如下步骤：（1）将第一三角形管定位；（2）将辅助装置的主限位装置插入到第一三角形管中直至陶瓷衬垫的中心位置达到第一三角形管的管口处，进入到第一三角形管中的三角支撑体在弹性连接件的作用下自动贴到第一三角形管的内孔的顶角上，进入到第一三角形管中的底板在弹性连接件的作用下自动贴到第一三角形管的内孔的底面上，在插入过程中要保持第一三角形管的管口位置在底板和三角支撑体上的长度刻度处于同一尺寸位置；（3）注胶，通过注胶机向注胶管注胶，使支撑筒中注入充满支撑筒内腔的胶，使胶进入过胶孔与第一三角形管粘接，使相应导向件的支撑杆和支撑筒固定成一体；（4）判定胶体凝固状态：采用胶体监测控制及显示器接收相应胶体监测传感器信号，观测胶体监测传感器的振幅大小，当所示所述传感器的振幅超出阈值时，判定胶体处于完全凝固状态；所述胶体监测控制及显示器包括信号接收装置、信号处理装置和信号显示装置，通过信号接收装置接收信号，通过信号处理装置对所接收电信号进行处理、转化，继而得到胶体监测传感器的简谐振幅，并通过信号显示装置显示出来；待所有胶体监测传感器检测结果均为完全凝固状态，吊装第二三角形管，使副限位装置插入到第二三角形管中直至第二三角形管套到陶瓷衬垫上，且第一三角形管和第二三角形管具有一定间隙，进入到第二三角形管中的三角支撑体在弹性连接件的作用下自动贴到第二三角形管的内孔的顶角上，进入到第二三角形管中的底板在弹性连接件的作用下自动贴到第二三角形管的内孔的底面上，在插入过程中要保持第二三角形管的管口位置在底板和三角支撑体上的长度刻度处于同一尺寸位置；（6）焊接。

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