CN209223433U - 一种闭口肋板单元焊接预热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种闭口肋板单元焊接预热装置及控制焊接热变形的方法，所述闭口肋板单元焊接预热装置包括：第一加热装置和第二加热装置；所述第一加热装置设置在底板的下侧，所述第二加热装置设置在底板的上侧，且所述第二加热装置设置在闭口肋的顶部；所述第一加热装置和第二加热装置在纵向与焊枪距离为0‑2000mm。本实用新型的闭口肋板单元焊接预热装置及控制焊接热变形的方法可实现焊接后结构变形较小，满足质量控制规范要求。本实用新型在焊接的同时就控制了焊接热变形，相较于现有的焊接后再进行矫正，节省了大量的人力物力，同时极大地提高工作效率。

Description

一种闭口肋板单元焊接预热装置

技术领域

本实用新型涉及桥梁焊接技术领域。更具体地说，本实用新型涉及闭口肋板单元焊接预热装置及控制焊接热变形的方法，是针对闭口肋板单元生产过程中，通过在焊接热输入对称区域采取同步控制焊接热变形的专用装置及方法。

背景技术

闭口肋板单元在焊接的过程中，由于焊接热输入的作用，使焊缝区域产生塑性变形区，导致整体板单元的纵向角变形和横向角变形，对质量精度造成很大困扰。目前一般的钢结构企业的处理办法主要是两种：一是机械矫正法，即在焊接前或焊接后利用机械外力使构件产生与焊接变形方向相反的预变形，以抵抗焊接产生的变形；二是火工矫正法，即焊接完成后，通过加热实现变形收缩区域再变形为原来的状态，虽然效果是可行的，但是费时费力，而且温度容易过高使钢材性能失效并费材耗能。因此需要更好的方法控制焊接热变形及减小结构的残余应力。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供闭口肋板单元焊接预热装置及控制焊接热变形的方法，主要解决闭口肋板单元焊接产生的热变形问题，通过采用同步加热平衡的方法，使闭口肋板单元在焊接的过程中尽可能的减小热变形，甚至完全控制住热变形，辅助的效果是给焊缝区域母材预热或延缓冷却，充分保证焊接性能。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种闭口肋板单元焊接预热装置，所述闭口肋板单元包括闭口肋和底板，所述底板具有上侧和下侧，所述上侧为与闭口肋焊接的一侧，所述闭口肋板单元焊接预热装置包括：第一加热装置和第二加热装置；

所述第一加热装置设置在底板的下侧，所述第二加热装置设置在底板的上侧，且所述第二加热装置设置在闭口肋的顶部；

所述第一加热装置和第二加热装置在纵向与焊枪距离为0-2000mm。

具体的，所述第一加热装置为一对，以闭口肋纵向中轴线对称设置在底板的下侧，并设置在闭口肋两侧的翼板的纵向焊缝处。

具体的，所述第一加热装置为火焰加热枪或电加热器，第一加热装置的火焰加热枪或电加热器正对底板；所述第二加热装置包括加热罩，所述加热罩为圆弧形，且开口正对底板，加热罩置于焊枪前方或后方；所述加热罩内部设置有多个加热器，所述加热器为火焰加热枪或电加热器。

具体的，所述加热罩包括设置在闭口肋外侧的外侧加热罩和/或设置在闭口肋内腔的内侧加热罩；外侧加热罩设置在闭口肋的外侧面的顶部并覆盖闭口肋顶部，开口正对闭口肋顶部；内侧加热罩设置在闭口肋型腔内的顶部，开口正对底板。

具体的，所述加热罩内设置有保温棉。

优选的，所述闭口肋为U肋，第二加热装置包括在U肋外侧的外侧加热罩；外侧加热罩仅在中部设置火焰加热枪或电加热器，两侧不设置，中间设置火焰加热枪或电加热器的区域为加热区域，两侧为保温区域，所述保温区域设置有保温棉。

具体的，所述加热罩上还设置有热反射层，所述热反射层设置在保温棉与加热罩壳体之间。

具体的，所述保温棉包括：黏土熟料45-65wt％、氧化铝粉10-15wt％、硅石粉10-15wt％、铬英砂10-15wt％，稀土氧化物2-5wt％和石墨烯3-5wt％。

利用上述的闭口肋板单元焊接预热装置，本实用新型还提供一种控制焊接热变形的方法，包括以下步骤：

闭口肋板单元工件相对闭口肋板单元焊接预热装置移动进入焊接区域，焊枪与闭口肋板单元焊缝定位，同时第一加热装置朝上对准底板下表面且沿着焊缝，第二加热装置对着闭口肋顶部，分别做好焊前准备；

开始焊接作业，第一加热装置和第二加热装置开始加热，加热温度小于850℃；

焊接作业结束时，第一加热装置和第二加热装置停止加热。

具体的，焊接作业结束时，还包括以下步骤：

焊接作业结束时，第一加热装置与焊枪同步停止加热；

第二加热装置待闭口肋板单元完全行走出焊接平台之后停止加热。

本实用新型至少包括以下有益效果：

正交异性结构桥梁闭口肋的焊接工程量占据箱型钢梁焊接约70％，焊接变形与残余应力直接影响钢桥耐疲劳寿命。通过本实用新型的装置和方法控制焊接热变形同时减小残余应力，有效提高钢桥制造水平和内在质量。本实用新型是在焊接受热区域的对称位置进行热补偿，达到整体结构均匀同步收缩的目的，与传统的焊后矫正相比，至少有以下好处：热补偿同步加热，所需耗能少，焊后残余应力小；大量节省焊后矫正工时，极大提高工效；热补偿可以精准控制加热温度，避免焊后火工作业人为的高温过火损伤钢材性能。

本实用新型的闭口肋板单元焊接预热装置及控制焊接热变形的方法可实现焊接后结构变形较小，满足质量控制规范要求。本实用新型在焊接的同时就控制了焊接热变形，相较于现有的焊接后再进行矫正，节省了大量的人力物力，同时极大地提高工作效率。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构主视图；

图2为本实用新型的整体结构主视图简图；

图3为本实用新型的另一实施例的整体结构主视图简图；

图4为本实用新型加热罩的一种结构仰视图简图；

图5为本实用新型的整体结构俯视图简图。

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释实用新型，并不用于限定实用新型。此外，下面所描述的实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，闭口肋板单元4包括闭口肋10和底板20，底板20具有上侧201和下侧202，上侧201为与闭口肋10焊接的一侧，本实用新型提供的闭口肋板单元焊接预热装置，包括：第一加热装置3和第二加热装置1。第一加热装置3设置在底板20的下侧，第二加热装置1设置在底板20的上侧，且第二加热装置1设置在闭口肋10的顶部。

如图2，第一加热装置包括一对加热器301，一对加热器301对称设置在闭口肋10两侧的翼板101的纵向焊缝30处的底板20下侧。加热器可以是火焰加热枪或电加热器。优选的，闭口肋的纵向并排间隔设置多把火焰加热枪或多个电加热器。火焰加热枪或电加热器位于底板正下方，且加热口对准焊缝区域，设置多把火焰加热枪或多个电加热器，保证加热量。

如图2-4，第二加热装置1包括加热罩1001，加热罩1001朝向底板20。加热罩1001内部设置有多个加热器5，加热器5可以是火焰加热枪或电加热器。火焰加热枪或电加热器均匀间隔设置朝向底板20。通过加热罩统一固定加热枪或电加热器，再固定加热罩，更为方便，同时加热枪或电加热器均朝向底板，集中加热。如图2，加热罩包括设置在闭口肋外侧的外侧加热罩1011和/或设置在闭口肋内腔的内侧加热罩1021。外侧加热罩1011设置在闭口肋的外侧面的顶部并覆盖闭口肋顶部，内侧加热罩1021设置在闭口肋型腔内的顶部。如图5，第二加热装置1在纵向与焊枪2距离为0-2000mm。同样的，第一加热装置在纵向与焊枪2距离为0-2000mm。

在上述技术方案中，加热罩的形状与闭口肋顶部的形状相配合，优选圆弧形，圆弧开口正对底板。具体的，如图3，对于外侧加热罩1011，外侧加热罩1011相对于闭口肋10的中轴线方向对称设置，圆弧形结构覆盖闭口肋10顶部和并延伸到两侧翼板101。在外侧加热罩固定后，设置在外侧加热罩内侧的加热枪或电加热器朝向闭口肋表面，使产生的加热热量辐射整个闭口肋顶部和侧面翼板，均匀加热。相对于闭口肋的轴线方向对称设置，圆弧形结构可方便地覆盖闭口肋顶部和两侧。为了更好地覆盖完全，外侧加热罩的开口长度W比闭口肋的宽度略大一些，其比闭口肋顶部宽度B大60～160mm。

如图3-4，外侧加热罩1011仅在中部即沿闭口肋顶部设置火焰加热枪或电加热器，两侧不设置，中间设置火焰加热枪或电加热器的区域为加热区域，两侧则为保温区域，外侧加热罩的中部加热区域和两侧的保温区域长度范围是根据闭口肋板单元的焊接工艺中的行走速度而制定。火焰加热枪或电加热器沿加热罩的径向均匀间隔设置多个。具体的，外侧加热罩没有设置火焰加热枪或电加热器的保温区域设置有保温棉6。保温棉6具有一定的保温作用，否则在焊接的运行过程中，加热热量容易散失。具体的，保温棉6按重量百分比记包括：高纯度的黏土熟料45-65wt％、氧化铝粉10-15wt％、硅石粉10-15wt％、铬英砂10-15wt％，还添加有稀土氧化物2-5wt％和石墨烯3-5wt％。

具体的，加热罩上还设置有热反射层，热反射层可以设置为完全覆盖加热罩。热反射层设置在保温棉与加热罩之间。

在上述技术方案中，闭口肋一般为U肋，闭口肋板单元为U肋板单元。闭口肋板单元焊接预热装置在焊接的过程中，将该装置固定于闭口肋板单元焊接生产线设定的位置上，使该装置相对于闭口肋单元运动，相对于焊枪2静止。装置可将闭口肋单元加热区加热至最高850℃。另外可以根据闭口肋的数量，设置多组闭口肋板单元焊接预热装置，可同时对一块闭口肋板单元的多条闭口肋同时边焊接边加热。

第一加热装置3一般固定于平台内，用于抵抗底板的横向变形，其位于底板的下表面，与焊缝对准，可位于焊枪2的前方或后方。而第二加热装置1既可位于闭口肋的正上方，也可位于闭口肋型腔内的上方，同时为了防止其与焊枪2相互干涉，可适当位于焊枪2的前方或后方，用于抵抗闭口肋的纵向变形，第一加热装置3和第二加热装置1随着焊枪2焊接工作时同步加热，可在焊接的过程就同步控制焊接热变形，减少了后续焊接完成再矫正的工序，极大地提高了工作效率，降低了生产成本，减轻劳动力。

本实用新型还提供利用闭口肋焊缝同步热平衡装置控制焊接热变形的方法，包括以下步骤：闭口肋板单元工件相对闭口肋板单元焊接预热装置移动进入焊接区域，焊枪与闭口肋板单元焊缝定位，同时第一加热装置朝上对准底板下表面且沿着焊缝，第二加热装置对着闭口肋顶部，分别做好焊前准备；开始焊接作业，第一加热装置和第二加热装置开始加热，加热温度小于850℃；结束焊接作业，第一加热装置和第二加热装置停止加热。

具体的，包括以下步骤：将第一加热装置和第二加热装置根据装置的具体要求固定于闭口肋板单元焊接生产线设定的位置上；

将待焊接的闭口肋板单元置于焊接平台，由机构驱动闭口肋板单元工件相对于焊枪和加热装置水平移动，焊枪和加热装置相对静止；

闭口肋板单元工件相对加热装置移动进入焊接区域，焊枪与闭口肋板单元焊缝定位，同时第一加热装置和第二加热装置进行适当的调整对位，第一加热装置朝上对准底板下表面且沿着焊缝，第二加热装置的外侧加热罩对着闭口肋顶部，分别做好焊前准备；

开始焊接作业，通过电控盒控制第一加热装置与焊枪同步对准焊接位置底板加热，通过电控盒控制第二加热装置对闭口肋开始加热，加热温度小于850℃；

焊接作业结束时，第一加热装置与焊枪同步停止加热；

第二加热装置待闭口肋板单元完全行走出焊接平台之后停止加热。

在第一加热装置和第二加热装置上均设置有热传感装置实时控制监测温度。操作系统通过电控盒子控制完成，所有动作集成到电控盒子进行操作。

第一组实验对比

闭口肋为U肋，U肋板单元长度均为10米，U肋板单元宽度均为2.4米(设置有4条闭口肋)，U肋宽300mm，高280mm。

实验例1：焊接过程中同步设置有本实用新型的闭口肋板单元焊接预热装置，具体设置参数如下：

每个底板下方均设置有火焰加热枪，且在闭口肋两翼边缘的任何一个边缘下方沿闭口肋的纵向并排设置两把，间距为20mm，火焰加热枪的加热气体为氧气+乙炔气体，加热温度为750℃，与焊枪位于同一竖直平面内；

每个闭口肋正上方设置半圆形加热罩，直径400mm，长度为800mm，且加热罩长度的中间400mm长度为加热区域，均匀间隔设置有10把火焰加热枪，火焰加热枪的加热气体为氧气+乙炔气体，加热温度为750℃，加热罩长度方向的两侧各200mm长度设置有保温棉6，加热罩位于焊枪后侧50mm；

对比例1：焊接过程中未设置本实用新型的同步热平衡装置；

对比例2：在第二组焊接完成后再使用传统的火攻法或者机械矫正法进行矫正。

对最后的焊接热变形效果测量数据对比如下：

实验例1：横向角变形：0.1°，纵向角变形：0.2°；

对比例1：横向角变形：2°，纵向角变形：1.5°；

对比例2：横向角变形：0.2°，纵向角变形：0.2°。

通过第一组实验结果对比可以发现在添加闭口肋板单元焊接预热装置之后能有效改善闭口肋板单元变形情况，且变形量几乎可以忽略。与传统的矫正工艺相比，在达到相同甚至更优效果情况下，本实用新型的同步控制焊接热变形的装置处理节约了工时，提升生产效率。

第二组实验对比

加热罩为半圆形加热罩，直径400mm，长度为800mm，且加热罩长度的中间400mm长度为加热区域，加热罩长度方向的两侧各200mm长度设置有保温棉，加热罩位于焊枪后侧50mm；加热罩中部设置不同数量的火焰加热枪。在其它条件相同的情况下，将温度加达到750℃，比较采用传统保温棉和本实用新型的保温棉所需火焰加热枪的数量。

实验例2：使用本实用新型的同步热平衡装置，加热罩两侧的保温棉为传统的保温棉，其包括：黏土熟料50wt％、氧化铝粉16wt％、硅石粉17wt％、铬英砂17wt％；

实验例3：使用本实用新型的同步热平衡装置，加热罩两侧的保温棉为本实用新型的保温棉，其包括：黏土熟料50wt％、氧化铝粉14wt％、硅石粉14wt％、铬英砂15wt％，还添加有稀土氧化物3wt％和石墨烯4wt％。

第二组的两个实验例中的加热罩中部设置相同型号的火焰加热枪，通过加热罩内设置的热传感装置控制两组的加热温度均为750℃，且加热时间一样，比较发现第四组使用传统的保温棉需要均匀间隔设置10把火焰加热枪，而第五组使用本实用新型的保温棉只需要均匀间隔设置9把火焰加热枪即可使加热温度达到750℃。使用本实用新型的保温棉保温效果更好。

尽管实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种闭口肋板单元焊接预热装置，所述闭口肋板单元包括闭口肋和底板，所述底板具有上侧和下侧，所述上侧为与闭口肋焊接的一侧，其特征在于，所述闭口肋板单元焊接预热装置包括：第一加热装置和第二加热装置；

所述第一加热装置设置在底板的下侧，所述第二加热装置设置在底板的上侧，且所述第二加热装置设置在闭口肋的顶部；

所述第一加热装置和第二加热装置在纵向与焊枪距离为0-2000mm。

2.根据权利要求1所述的闭口肋板单元焊接预热装置，其特征在于，所述第一加热装置为一对，以闭口肋纵向中轴线对称设置在底板的下侧，并设置在闭口肋两侧的翼板的纵向焊缝处。

3.如权利要求1或2所述的闭口肋板单元焊接预热装置，其特征在于，所述第一加热装置为火焰加热枪或电加热器，第一加热装置的火焰加热枪或电加热器正对底板；所述第二加热装置包括加热罩，所述加热罩为圆弧形，且开口正对底板，加热罩置于焊枪前方或后方；所述加热罩内部设置有多个加热器，所述加热器为火焰加热枪或电加热器。

4.根据权利要求3所述的闭口肋板单元焊接预热装置，其特征在于，所述加热罩包括设置在闭口肋外侧的外侧加热罩和/或设置在闭口肋内腔的内侧加热罩；外侧加热罩设置在闭口肋的外侧面的顶部并覆盖闭口肋顶部，开口正对闭口肋顶部；内侧加热罩设置在闭口肋型腔内的顶部，开口正对底板。

5.如权利要求4所述的闭口肋板单元焊接预热装置，其特征在于，所述加热罩内设置有保温棉。

6.如权利要求1所述的闭口肋板单元焊接预热装置，其特征在于，所述闭口肋为U肋，第二加热装置包括在U肋外侧的外侧加热罩；外侧加热罩仅在中部设置火焰加热枪或电加热器，两侧不设置，中间设置火焰加热枪或电加热器的区域为加热区域，两侧为保温区域，所述保温区域设置有保温棉。

7.如权利要求6所述的闭口肋板单元焊接预热装置，其特征在于，所述加热罩上还设置有热反射层，所述热反射层设置在保温棉与加热罩壳体之间。