CN1150399A - 双层皮复合结构之改进和生产此类结构之方法 - Google Patents

Abstract

把许多成排间隔的金属横向构件连续焊接在双层皮复合板材面板上的方法，其步骤包括：把面板分开以便能使每个横向构件依次定位于其间，对两块面板均使用夹力从而使面板与其间要焊接的横向构件的纵轴线大致形成正交，使横向构件与面板之间的共界面受到焊接加工，且同时调控在横向构件与面板之间传递的力。

Description

双层皮复合结构之改进 和生产此类结构之方法

本发明涉及包括一层被平板(通常为碳素钢的)覆盖着的填充材料(通常为水泥材料例如混凝土)之双层皮复合结构及生产此种结构之方法。更轻的填充材料如加填料合成树脂可用作某些用途。尤其但非唯一的是，本发明涉及可组装来生产双层皮复合结构之双层皮复合板材的生产，每块板材包括两块位于一层混凝土两侧上且被通常与面板成正交延伸的、其端部附在两块面板上的横向构件连接的钢面板。

双层皮复合结构显示出与钢筋混凝土结构相似之特性，而且基优点在于用作加强件的钢面板能使所要求的强度特性在整个厚度小于钢筋混凝土结构的结构中达到。高强度系数亦可达到，钢板则用作中间那层混凝土的固定模板。

业已确认钢面板附着在混凝土上须足以确保剪切力有效传递，为此目的，先前曾有人提出应用横向构件，其形式为横跨且焊接在钢板内表面上的钢丝网以及/或者焊接在一块钢板的内表面上且埋置在结构的混凝土中的抗剪支柱。此类结构公开于GB-A-2136032、GB-A-2136033及GB-A-2258669中。

申请人已确认，双层皮复合结构中横向构件的间隔与数目，对于避免在混凝土浇铸过程中发生不必要的结构变化，以及防止在使用时钢板翘曲离开居中的混凝土，成为重要。随之所需之大量横向构件用于多种间隔的排列中就意味着，焊接起来既困难又成本昂贵，尤其是当钢板之间的间隔小到30毫米至800毫米之间时更是如此。另外，任何产生显著热输出的构造方法，都会使被组装的板材变形从而可能在后续组装时出现问题。

为了将复合结构的成本减至最小，必须使单块面板的面积尽可能地大，这样，会将边缘周围的焊接点减至最少，但加大了把单个横向构件焊接在板材内表面上带来的问题。

US-PS-3676631公开的一种电阻焊接机用于焊接纵杆之间的横档，以形成网状钢筋。尽管此种机器足以使窄平板上所需的单排横向构件焊接好，但却不能用于使多排间隔的许多横向构件定位且焊接在双层皮复合结构的多块面板上。

本发明的目的是提供生产上述双层皮复合板材的方法从而生产出双层皮复合板材。

按照本发明，一方面提供一种有顺序地将多排间隔的许多金属横向构件焊接在双层皮复合板材面板上的方法，该方法的步骤包括：使各块面板分开以便能让每个横向构件依次定位于面板之间，对两块面板施以夹力从而使该两面板大致与焊接于其间的、与面板成正交的横向构件之纵轴线成正交，使横向构件与面板之间的共界面受到捍接加工，以及在焊接加工过程中控制在横向构件与面板之间转移的力。

在焊接加工中传递的力可以预调且要使之基本保持恒定。

换言之，该力在焊接加工中也可以变化。

夹力可用一块与一块面板的外表面在与位于两面板之间的一个横向构件的一端位置重合处可移动地接触之支承板来施加。可以装配两块支承板，每块与每一面板的外表面在与位于两面板之间的一横向构件的相应末端位置重合处接触。夹力可以施加于每一夹板的内表面与外表面。

现仅根据所附示意图以举例方式说明本发明，其中：

图1是按照本发明的两层皮复合板材透视图；

图2是图1所示板材的侧视图；

图3、4、5是用于生产图1与图2所示板材的装置之侧视图及(两张)平面示意图；

图6是抗位移之压力的图形；

图7是在生产按照本发明的两层皮复合板材时所用之调控装置示意图；

图8是图7所示调控装置的一个细部；

图9显示按照本发明的另一可择调控装置；

图10是沿图9中X-X线的剖面图；

图11进一步显示图9所示之调控装置；

图12是按照本发明的另一可择调控装置之上视平面图；

图13是图12所示装置顺箭头A方向截取而成之侧视图。

图1与图2所示双层皮复合结构，包括若干有间隔的横向构件1，每一构件焊接在双层皮复合板材的金属面板2、3的内表面上。横向构件1均定位得与面板成正交，且可由条杆、细管、支柱或如此之类组成。为了简明起见，这些横向构件1在下文中均称为“条杆”。每一条杆1与面板2、3之间焊接之实现方式，下文会加以说明。为了完成结构，面板之间的空隙用常规的或重量轻的混凝土5填充。这样一来，条杆1就被埋置在混凝土中。

一般来说，面板用碳素钢制成，其厚度一般为2毫米至32毫米范围内。面板2与3之间一般是隔开30-100毫米到800毫米之间。如图所示，条杆1用碳素钢制成，并被焊接在面板2、3中部而形成一预定型式，各相邻横向构件之间的间隔一般为面板厚度的10至80倍。为了生产高效，每块面板一般宽为1至3.5米，长2至18米。这样，面板之间需焊接许多排横向构件。

如图所示，条杆1焊接在面板之间。但必要时也需把条杆焊接在有一面是弯曲的面板之间。

可以看出，使用焊接结构时各个完工的焊接点，要经受交变载荷从而经受疲劳。因此，它们必须是最优质的，在受作用的区域内只带最小的相关热量。还可以看出，适于自动化操作的许多焊接方法会减短条杆的长度从而意味着起始条杆长度务必大于最终条杆长度。另外，由于在许多情况下后续检修都不可能办到，焊接质量就必须把住。焊接之后，面板2、3需按预定距离分隔，以避免把各单块板材组装进双层皮复合结构过程中出现问题。

条杆定位及焊接在面板上的方式，现予说明。

如图3至图5所示，首先将面板2、3垂直地分别放在有间隔的支承辊6、7上，并使它们自动地顺着箭头“A”所指方向前进而靠往及离开焊接机8。焊接机8包括一个在线性导向装置10上滑动的通用机架9，从而该通用机架就能装载在面板之间。图4显示载有条杆1的通用机架即将滑入面板2、3之间位置的情况，图5则显示通用机架位于面板2、3之间的情况。为了确保焊接机的不同部件间彼此及与面板对准位置，配备了刚性构架11。

由于面板2、3进入焊接机8，通用机架9也就滑到了这两块面板之间。通用机架支住了装进焊接器里的一排金属条杆1。

由于每根金属条杆1的长度等于或大于面板2、3之间的距离，就配备一根辊13，它位于一焊接机8中但在通用机架前方，抬升辊13就会加大面板之间的间隙。一旦通用机架9位于面板之间，就把辊13放下以便上面板2停靠在条杆1上。支承板22与构架11配合，调准并支住面板2、3，使它们与条杆1正成交。支承板22的位置由下文要参照图7与图8加以说明的液压系统调控。条杆因而就被夹在面板之间以待焊接，通用机架则确保它们彼此之间适当隔开。辊13及有关的调控系统在图6至图8中显示得更加详细。

如上所述，辊13被抬升以便长度等于或大于面板1、2之间距离的条杆1能被定位于面板之间以待焊接。当辊13处于抬升位置时，一个三通二位电磁阀15通了电，从而把一个装有弹簧偏压活塞17的液压缸16连通液压油供给源。一个压力调节器18配备来使活塞17能把上面板2抬升得离开被焊接的条杆，但在面板2中并不产生抗屈应力。第二个三通二位电磁阀26把一个带紧固活塞21的液压缸20连通液压油供给源，并运行得迫使支承板22贴靠在上面板2上。被焊接的条杆与面板2之间存在的任何间隙，因而会被闭拢。被活塞21施加作用的面积从而还有作用力，比活塞17的面积及相应而生之力要大，因此，就使活塞17向下移动把液油返回供给源。液压缸20包括一个被线性致动器24移至其起始位置的调控活塞23。一个隔离阀19通上电就关闭，从而把一些液压油隔离在液压缸20里。线性致动器24起先把调控阀23推入液压缸20中，直至驱动力停车。接着线性致动器又自动地把调控阀23抽出。当调控阀23被抽出时，一个压力传感器25把阻抗线性致动器24位置之压力的变动情况记录下来，这种结果就形成相似于图6所示者的一份图形。

从图6的图形可见两个截然不同的梯度。低浅那个梯度与存在于被焊接的条杆1和上面板2之间的间隙对应，陡峭那个梯度出现于此间隙闭拢时。此图形可用于决定线性致动器在间隙闭拢处的移动度。

由于调控阀23的位移与活塞21的移动之间存在一种已知的关系，此种关系就可用于调控和监测面板2的垂直移动。液压缸20的液压油容量变化，作为容积弹性系数效应的结果，根据容量与压力的知识加以校正。

图6的图形，还可使作用于面板2与条杆1之间的力被精确决定，因为图形上的低浅梯度代表面被推开时的刚度。因此，如果知道面板的移动度，就会知道它对力的平衡所起的作用。平衡力适用于这个系统，条杆与面板之间的力，由以上定义的面板之力加上活塞22所生之力减去内活塞16所生之力得出。

一旦装入通用机架的所有条杆都被焊接在面板2、3上了，焊接了的结构14就前进，其距离相当于条杆1与再重复上述加工过程这二者界线之间那段符合要求的间隙。被焊接在面板2、3上那些条杆1随着焊接了的结构14移动，因而随之离开通用机架9。通用机架则还可抽出并以人工或自动方式装上新的条杆。

上述加工过程一直重复至条杆1焊满整个面板区域。到此阶段，焊接了的结构14就退出焊接机8。

现在来看图9与图10(其中与上文所述相同的整体构件均用相同的标号)，所示调控系统包括几组作用于液压缸28中双动式活塞27。图中画出了8个活塞，但也可用其他数量的活塞。所配活塞，4个沿上行方向推进，4个沿下行方向推进。配置在条杆1周围的活塞27如图10所示。各个活塞27的间隔选择得确保使它们突出而与面板2、3接触的表面，完全在上、下支承板22的轨迹之内。支承板22附联在活塞21上，后者可由电磁调控四通二位液压阀29、30调控而在液压缸20中上下移动。阀29与30二者同步运行，以确保两块支承板22几乎在同时接触面板2、3。配备的电动变压调控器31、32起先是降低液压缸20中的压力，以保证两块支承板22在未接触到面板2、3之前施于面板上的压力为最小。接着，再用变压调控器31、32加大液压缸的压力，以便夹住位于条杆1与支承板22之间的面板2、3。支承板22保持水平。每个活塞的推进速度由流孔33限制，压力传感器25则用来监测实际的液压缸压力从而监测所施之力。

随着面板2、3被夹在条杆1与支承板22之间，液压力就因四通二位液压调控阀34通电而加大到把活塞27伸到它们的液压缸之外。变压调控器35被用于调控活塞27所施之力从而使该力小于活塞21所施之力。然而，适足的力被用以把面板2、3与支承板22紧密贴合。一旦达到此种贴合，隔离阀组36就关闭，把定量的液压油截留在8个此时为分隔的液压环路的每一个环路中。

面板2、3可通过双动式活塞37(见图11)伸出及退回液压缸38而上下移动，此活塞用来使8个分隔的活塞39在它们的缸40中移动一致的距离。每个缸40均以液压方式与缸组28中的一个相连，因而活塞37的移动肯定会引起活塞27移动。

活塞37的及致活塞27的移动，由一位移传感器41调控。此传感器向操作一个四通三位调控阀43的调控盒42送去信号，活塞27因而就能按要求伸出及退回。

作用于条杆上的力，以放大传感器44在活塞37一半面积测得的压力及把此压力从活塞21的面积在传感器25处放大的压力中减去之方式加以监测。这样，就可产生一幅类似于图6所示那样的图形，从而确定活塞37相应于正要形成的接触处于什么位置。

在焊接过程中，活塞27按预定比率被退出。在条杆每端终于对等缩短时，就不会有力转移到刀架45上。在条杆的一端最终比另一端短得多时，条杆1的端边缘就会靠在支座46上。因而条杆就停止相对于刀架45为轴向的移动，而在每一端发生接近于相等的位移。在条杆1与支座46之间需做额定的清扫。

现在参看图12与13，其中所示装置与前面所示者有所不同：钢面板2、3被竖直定位，条杆1则从上方插入其介于面板之间的规定位置。

该装置包括由导向辊64导向的焊接头托架50，该辊在铣于支承结构54的支杆53中的槽52里运动。托架50由液压活塞55使之相对于支杆53抬升与下降，支承结构54包括导向辊56及在轨道58上运动以使焊接头能平行于面板2、3而移动的压型导辊57。焊接头托架50配有一个平衡块59。

从图13会看得更清楚，托架50支承着一台电机60，它靠皮带传动通过延伸部61而形成的旋转传动而连接着竖立于面板2、3之间的焊接头67。托架50包括一个带孔的可调式砧62，条杆1可穿过该孔连续装载继而在焊接前就定位于面板之间。

配有导承65在焊接前将面板定位，焊接时这些导承要松开。

使用时，将条杆1穿过砧62中的孔而轴向滑动，这样它就接触到液压活塞66的表面。液压活塞66的位置被调节得使条杆处于为了继而插入面板之间所需之正确位置。接着退回活塞66以使焊接头67能带着条杆1向下移动至面板2、3之间。当托架前进时，作为焊接头67部件的几个偏心轮发生作用，使面板移动开，以便比已移开的面板间隔还长的条杆可被定位。在后续的焊接加工过程中，通过伸出液压活塞66把面板夹在活塞66与砧62之间的方式，对条杆/面板共界面施力。作为焊接头67部件的几个内活塞发生作用，迫使每一单块面板贴到活塞66或砧62上，从而使面板保持方正平展，以等焊接。焊接力及/或位移可通过调节液压活化器66中的压力而控制。

双层皮结构的完成，涉及各单块双层皮复合板材的组装及以常规的或重量轻的混凝土填充面板2、3之间的空隙。

条杆1焊接在面板2、3上可用好几种焊结方法来实现，下面说明其中三种方法。

这些方法中的第一种是电阻/压力焊接。在此方法中，每根条杆1与面板2、3之间的共界面压力被设为一个预定值。接着让电流穿过共界面将其加热。当金属发热时，产生另外的电阻。加热可继续至共界面温度达到一个适合熔锻的值，在此阶段可对整个共界面加压，使得受热区域变形时发生塑性变形。这种熔锻达到高质量的焊接。整个工序也可在恒稳受力的情况下操作，当金属达到适当的软化温度时进行熔锻。

在此方法中，图3所示机架9导着电，而支承板22(见图7)用作另一个焊极。由于条杆1与支承板22之间形成了一条电路，电热就可到达条杆1与面板2、3之间的整个共界面。为了优化焊接条件，穿过这些共界面的力要加以调控。一旦产生了充足的热，就会增加整个共界面上的压力，并实现各个焊接点的熔锻。如上方所述，焊疤可通过监测位移来调控，从而能够使面板之间的距离保持稳定。

焊接参数则通过调节焊接电流及控制所用的压力与位移来加以调控。

第二种方法是高能(即15kw)激光源位于面板2、3两侧的激光焊接。条杆1位于两块面板之间，激光束朝向面板之间并由一系列镜片反射以便横穿条杆与面板之间的共界面，从而实现焊接。光束从一个条杆/面板共界面移到下一个共界面。焊接由闭路电视监控，以确保焊透。在焊接时在整个共界面上从外面施以高压。无需使用激光完全熔焊，因为力与位移的调控可用于金属一旦加热时熔锻焊点。

在此方法中，焊接头由一系列定位来把激光束反射到条杆1与面板2、3之间所焊接共界面上的镜片代替。这些镜片在一个线性导向装置上移动，使激光束能移过整个共界面 配备电磁线圈或位移控制电机，用以摆动激光束从上到下照射焊接点。为了保证焊接面光洁，在通用机架前部装一把钢丝刷或类似的清扫设备。此刷当通用机架9(见图3)进入及退出面板之间的间隙时就开动起来从上到下清扫面板2、3。

第三种方法是摩擦焊接，此工艺中的每根条杆1置于面板之间的方式是条杆可被弄得旋转或摆动。两个活塞，一个在面板2、3之间另一个在外面，调节得便于改变作用于整个共界面上的接触压力。当条杆旋转或摆动时，整个共界面上的接触压力，由按预定比率退出一个活塞从而使共界面按预定的且迅速的比率发热之方式加以调控。预定时间过后，旋转被止住，压力增加。非常高的能量集中在焊接共界面上，把表面的氧化物熔解并排除，于是就完成了高质量的焊接。由于热率太高，所以只有薄薄一层金属被真正加热。摩擦焊接方法实质上是自调节的，因而保证了在条杆的每一端都具备几乎一致的焊接条件。焊接质量则由注意最后的焊疤、符合要求的熔锻压力及用于旋转条杆的能量来监控。

在此方法中，焊接头由一个把旋转力传给条杆的设备组成。传送旋转力或摆动力的两种方式，据信是可行的。在第一种方式中，每根条杆被一个设计来存贮能量的飞轮驱动。该飞轮上装有仪器以便其旋转速度及至能量可被确知。为了实现焊接，要装一个如图9所示的调控活塞23，使一个间隙横跨条杆/面板共界面。然后，用外动力源(如电机、机械传动系统)使飞轮及条杆系统旋转。该系统持续获得旋转速度，直至达到传动力脱离阶段那个预定速度。接着，调控活塞23前进，使条杆/面板共界面合拢。这样，当来自飞轮的能量传送到焊接区时，在旋转的条杆与静止的面板2、3之间就产生摩擦热。能量传送率由调节调控活塞(即改变接触压力)来控制，从而旋转速度会随着时间的流逝而按一条预定曲线变动。在该曲线的某个定点上，调控活塞会摆脱旋转速度的控制而按一个固定比率前进。这样就迅速加大接触压力、止住旋转并焊接上。

传送旋转力的第二种已提出之方式，是让条杆直接由高扭矩设备(如高能的电机或液压发动机)驱动。传送给条杆的扭矩或动力，用于调控共界面的压力从而形成预定扭矩的曲线。在规定时刻，动力被切断，扭矩设备也被焊接过程刹住。共界面压力可被加大用以熔锻焊点。上面板2朝下面板3的前进是受监测与调控的。

当各个焊点接上后，图7所示阀15、19、26再行通电而使活塞弹簧将各个活塞退出。此时，在通用机架9与面板2、3之间，不存在干扰力。于是面板可被往前带走，使通用机架后退。

显然，以上所述是本发明的装置与方法之范例，只要不超出随附权利要求书说明之本发明的真正范围，就可随意做修改。

Claims (26)

1.把许多成排间隔的金属横向构件连续焊接在双层皮复合板材面板上的方法，该方法的步骤包括：把面板分开以便能使每个横向构件依次定位于其间，对两块面板均使用夹力从而使面板与其间要焊接的横向构件的纵轴线大致形成正交，使横向构件与面板之间的共界面受到焊接加工。且在焊接加工过程中调控在横向构件与面板之间传递的力。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在焊接加工中传递的力是预调且基本保持恒定的。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在焊接加工中传递的力是可变的。

4.如以上各条权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：夹力可用一块支承板来施加，所述支承板可移动以便在与位于两面板之间的一个横向构件的一端位置重合处与一块面板的外表面接触。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：设置两块支承板，每块与每一面板的外表面在与位于两面板之间的一横向构件的相应末端位置重合处接触。

6.如以上各条权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：夹力施加于每一块面板的内表面与外表面。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：夹力被调控得使横向构件与面板之间传递的力保持在预定限度内。

8.如权利要求7所述之方法，其特征在于：所述传递的力，由施加于面板外表面的力与使面板分开所需之力的和，减去施加于面板内表面的力来决定。

9.如权利要求1或8所述的方法，其特征在于：使面板分开所需的力确定为面板位移和面板的刚性的积。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：面板的刚性是通过减小被施于面板外表面的力以便在一块面板与横向构件之间形成间隙，以及用这些力中所测得的变化除以相应的位移变化而确定的。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：面板与横向构件之间形成的间隙是通过把施加于一块面板外表面的力加大到高于施加于该面板内表面之力程度，以及当所施之力减小时对挠度加以监测而确定的。

12.如权利要求7所述的方法，其特征在于：夹力通过液压系统施加，该液压系统包括一个装在液压缸中并可动地改变横向构件与每块面板之间所传递之力的活塞，液压油源通过调控阀来调控以将传递的力保持在所要求的预定限度内。

13.如以上各条权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：横向构件由一个工具架定位在面板之间的，工具架的高度不大于横向构件长度、可操作得把横向构件移动至介于面板之间的需要位置。

14.如权利要求13所述之方法，其特征在于：位于工具架前方配置一根与面板之一的内表面接触的辊，该辊是可活动的以加大面板之间的间隔。

15.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于：夹力由装在形成于可移动地把所支条杆定位于面板之间所要求位置的条杆支座中的液压缸里之双动式活塞施加于每块面板的内表面，装得与每块面板外表面接触的支板，位置定得直接与双动式活塞的位置相反。

16.如以上各条权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：面板实际上是被从侧面插入面板之间间隙的横向构件支承为水平。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于：横向构件位于托架装置的构成焊接头的部分，横向构件由焊接头移动而被定在所要求的面板之间的位置。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：托架实际上是在面板之间竖直可动的。

19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于：配备导承使面板的位置在焊接前固定。

20.如以上各条权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：横向构件由电阻/压力焊接方式焊在面板上。

21.如权利要求1至19中任一项的所述的方法，其特征在于：横向构件由激光焊接方式焊在面板上。

22.如权利要求1至19中任一项所述的方法，其特征在于：横向构件由摩擦焊接方式焊在面板上。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于：旋转运动由一个贮能飞轮依次传送到每个横向构件上。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于：旋转运动由一个高扭矩设备依次传送到每个横向构件上。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于：高扭矩设备由一台电机或液压马达构成。

26.把许多横向构件焊接在双层皮复合结构面板上的方法，实际上就如此处所述及参照附图3至5、或图6至11、或图12与13所述。

Images