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CN106563868A - 一种用于u肋板单元焊缝的双侧焊方法 - Google Patents

一种用于u肋板单元焊缝的双侧焊方法 Download PDF

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CN106563868A CN201610908114.5A CN201610908114A CN106563868A CN 106563868 A CN106563868 A CN 106563868A CN 201610908114 A CN201610908114 A CN 201610908114A CN 106563868 A CN106563868 A CN 106563868A
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张华�
李立明
孙雅洲
高兴
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范泽平
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Abstract

本发明提供了一种用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，包括如下步骤：清理待焊接件的焊接表面；将U肋放置在待焊接件表面，所述U肋腹板的端部与待焊接件表面之间形成装配坡口，所述坡口角度为50‑60°；将U肋与处于水平位的待焊接件进行定位焊焊接,得到U肋板单元；在所述U肋腹板的内侧与待焊接件交接处焊接角焊缝；将焊接角焊缝的所述U肋板单元置于反变形斜胎架上进行外侧焊缝的焊接，采用单电双细丝埋弧焊工艺。本发明将U肋与待焊接件之间的连接焊缝由现有技术的单侧角焊缝改变为双侧角焊缝形式，大幅降低了焊根处及焊趾处的应力幅值，从而避免了从焊缝焊根处萌生的疲劳裂纹问题，同时提高了焊趾处疲劳性能。

Description

一种用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法
技术领域
本发明属于钢结构桥梁制造技术，尤其涉及一种用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法。
背景技术
钢箱梁一般由面板单元件及底板单元件组成，正交异性桥面板具有轻量化与快速施工优势，在大跨径桥梁上被广泛采用，但因车载载荷及结构细节应力集中影响，正交异性钢桥面板的各类疲劳开裂问题突出，一直困扰着桥梁工程建设者们。在过去的几十年间，研究人员取得了大量经验教训，并且开展了大量的研究工作，旨在改善和优化正交异性钢桥面板焊接细节，提高耐久性；但局限于现有技术，U肋只能从外侧将其焊接至桥面板上，这种角焊缝对肋的腹板呈偏心状态，车轮载荷通过桥面板作用于U肋角焊缝根部的弯曲应力过大，加之焊根处残余拉应力的存在提高了未焊透焊根尖端最大有效拉应力值，因此易产生从焊缝根部萌生的疲劳裂纹。此外，U肋与钢箱梁底板单元件之间的连接焊缝也仅能从外侧焊接，焊缝形式也不尽合理。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，提高了U肋板单元中焊接处的焊缝质量及稳定性，避免了疲劳裂纹的产生。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，包括如下步骤：
清理待焊接件的焊接表面；
将U肋放置在所述待焊接件表面，所述U肋腹板的端部与待焊接件表面之间形成装配坡口，所述坡口角度为50-60°；
将U肋与处于水平位的待焊接件进行定位焊焊接，得到U肋板单元；
在所述U肋腹板的内侧与待焊接件交接处焊接角焊缝；
将焊接角焊缝后的所述U肋板单元置于反变形斜胎架上进行U肋外侧焊缝的焊接。
作为进一步的优选，所述方法还包括：采用超声相控阵无损检测U肋内侧角焊缝及外侧焊缝，以检测焊缝内部缺陷。
作为进一步的优选，所述待焊接件为钢箱梁面板或底板。
作为进一步的优选，所述待焊接件为正交异性钢桥面板。
作为进一步的优选，所述装配坡口的钝边为1-2mm，U肋与待焊接件之间的组装间隙为0～0.75mm。
作为进一步的优选，所述定位焊焊接时，采用实心焊丝及CO2气体保护焊。
作为进一步的优选，所述相邻定位焊之间的间距为300～400mm，所述定位焊长度为40～50mm，所述定位焊厚度为3～4mm。
作为进一步的优选，所述角焊缝采用实心焊丝。
作为进一步的优选，所述实心焊丝为表面无镀铜桶装焊丝。
作为进一步的优选，所述角焊缝焊接时，采用三元混合气体保护焊，所述混合气体流量为18～22L/min，所述混合气体包括Ar、CO2以及O2。
作为进一步的优选，所述混合气体各组分的体积比为：Ar为84％，CO2为14％，O2为2％。
作为进一步的优选，所述角焊缝焊接时，焊接电流270～290A，电弧电压30-32V，焊速360～400mm/min。
作为进一步的优选，所述外侧焊缝的焊接时，所述待焊接件与水平面倾角为25-35°。
作为进一步的优选，所述外侧焊缝的焊接采用单电源双细丝埋弧焊。
作为进一步的优选，所述单电源双细丝埋弧焊中，两根埋弧焊丝间距为6-10mm，串列排布。
作为进一步的优选，对于8mm厚U肋，所述单电源双细丝埋弧焊采用的焊接电流700～780A，电弧电压32～35V，焊接速度400～500mm/min。
作为进一步的优选，对于10mm厚U肋，所述单电源双细丝埋弧焊采用的焊接电流700～780A，电弧电压32～35V，焊接速度320～400mm/min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明将U肋与处于水平位的待焊接件进行定位焊焊接，在所述U肋腹板的内侧与待焊接件交接处焊接角焊缝，得到U肋板单元；再将所述U肋板单元置于反变形斜胎架上进行外侧焊缝的焊接。因此，本发明将U肋与待焊接件之间的连接焊缝由现有技术的单侧角焊缝改变为双侧角焊缝形式，大幅降低了焊根处及待焊接件焊趾处的应力幅值，从而避免了从焊缝焊根处萌生的疲劳裂纹问题，同时提高了待焊接件焊趾处疲劳性能。
(2)另外，本发明在U肋内侧角焊缝焊接和定位焊接中，采用实心焊丝焊接，相比现有技术有以下优势，第一，现有技术采用药芯焊丝，焊接裂纹产生几率高，本发明采用实心焊丝，因实心焊丝焊缝扩散氢低、无脆硬组织，焊接裂纹风险极低，有利于焊接质量控制；第二，现有技术采用药芯焊丝，焊缝表面有一层全覆盖的熔渣，影响焊缝外观在线视频监控，本发明采用的实心焊丝焊缝表面熔渣量很少，不影响焊缝外观质量的在线视频监控。
(3)本发明在U肋内侧角焊缝焊接中，采用的实心焊丝采用了无镀铜工艺，同时采用了三元混合气保护，焊接飞溅量很少，可避免U肋内部角焊缝焊接中产生断弧现象，而且焊缝外观成形非常美观。
(4)本发明在U肋外侧焊缝的焊接中采用单电源双细丝埋弧焊工艺，可选择较大的焊接规范(电流700～780A)，具有电弧穿透率强，焊缝熔深大，焊接效率高，无电弧光污染等优势，相比现有技术U肋外侧焊采用气体保护焊工艺，焊缝熔深不稳定，难以保证U肋焊缝全熔透焊接，采用本发明可稳定地保证U肋焊缝全熔透焊接，且无论是8mm还是10mm厚U肋，外侧焊均可一道成形。
综上所述，本发明提高了U肋与待焊接件连接焊缝的疲劳性能，且实现了U肋内焊焊缝外观在线视频监控，具有熔深稳定的U肋全熔透焊缝以及高效化焊接。
附图说明
图1为本发明实施例用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法的流程示意图。
图2为本发明实施例1中U肋与桥面板之间形成的装配坡口示意图。
图3为本发明实施例1定位焊处U肋焊缝成形状态示意图。
图4为本发明实施例1非定位焊处U肋焊缝成形状态示意图。
附图中的标记如下：1-桥面板，2-U肋腹板，3-U肋内侧，4-U肋外侧，5-定位焊焊道，6-U肋内侧焊焊道，7-U肋外侧焊焊道。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，解决了现有技术采用U肋单侧焊存在焊缝易烧穿、熔深不稳定、定位焊处无法熔透等导致易出现疲劳裂纹的问题。
为了解决上述缺陷，本发明实施例的主要思路是：
如图1所示，本发明实施例用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，包括如下步骤：
S01：清理待焊接件的焊接表面；
S02：将U肋放置在待焊接件表面，所述U肋腹板的端部与待焊接件表面之间形成装配坡口，所述坡口角度为50-60°；
S03：将U肋与处于水平位的待焊接件进行定位焊焊接，得到U肋板单元；
S04：在所述U肋腹板的内侧与待焊接件交接处焊接角焊缝；
S05：将焊接角焊缝的所述U肋板单元置于反变形斜胎架上进行U肋外侧焊缝的焊接。
所述步骤S01中，所述清理，即将待焊接件表面的待焊接区域及两侧20～30mm范围内的铁锈、油污、油漆及氧化皮打磨清理干净，露出金属光泽；所述待焊接件原则上为与U肋连接的板状结构，并不限于钢箱梁面板或底板。
所述步骤S02中，所述U肋放置时为倒放，以将两个U肋腹板的端部与待焊接件表面连接，倒置U肋与待焊接件或待焊接板形成装配坡口，所述装配坡口的钝边为1-2mm，U肋与待焊接件之间的组装间隙为0～0.75mm；
所述步骤S03-S05中，定位焊、U肋内侧角焊缝以及外侧焊缝的步骤的设置将U肋与钢箱梁面板或底板之间的连接焊缝由现有技术的单侧角焊缝改变为双侧角焊缝形式，大幅降低了焊根处及焊趾处的应力幅值，从而避免了从焊缝焊根处萌生的疲劳裂纹问题，同时提高了桥面板或底板焊趾处疲劳性能。同时，所述定位焊、U肋内侧角焊缝以及外侧焊缝的焊接工艺均可进行进一步优化，选择合适的工艺及参数，以达到较佳的焊接效果，例如熔深稳定、改善外观、外观在线视频监控或者高效化焊接等。
另外，还可设置一检查步骤，例如：U肋焊缝双侧焊完毕后，对其采用进行超声相控阵无损检测，检测焊缝内部缺陷，若不满足要求，进行返修焊接。
为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法。
实施例1
本发明实施例1用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，包括如下步骤：
S101、将桥面板上端面的待焊接区域及两侧20～30mm范围内的铁锈、油污、油漆及氧化皮打磨清理干净，露出金属光泽；
S102、将U肋倒置放在桥面板上，此时U肋底端与桥面板上端面之间形成装配坡口，坡口角度为55°，所述装配坡口的钝边为1-2mm，U肋与桥面板之间的组装间隙为0～0.75mm；如图2所示是本发明实施例1中U肋与桥面板之间形成的装配坡口示意图。
S103、将U肋与处于水平位的桥面板进行定位焊焊接，得到U肋板单元，定位焊间距300～400mm，定位焊长度40～50mm，定位焊厚度3～4mm；
S104、采用一种U肋内侧角焊缝的焊接装置，在U肋腹板的内侧与桥面板交接处焊接一道角焊缝；
S105、在U肋内侧角焊缝焊接完毕后，将所述U肋板单元置于反变形斜胎架上进行外侧焊缝的焊接，桥面板与水平面倾角为30°。
其中，图3为本发明实施例1定位焊处U肋焊缝成形状态示意图。图4为本发明实施例1非定位焊处U肋焊缝成形状态示意图。
实施例2
本发明实施例2用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，包括如下步骤：
S201、将正交异性钢桥面板上端面的待焊接区域及两侧20～30mm范围内的铁锈、油污、油漆及氧化皮打磨清理干净，露出金属光泽；
S202、将U肋倒置放在正交异性钢桥面板上，此时U肋底端与正交异性钢桥面板上端面之间形成装配坡口，坡口钝边为1.5mm左右，坡口角度为60°左右，U肋与正交异性钢桥面板之间的组装间隙为组装间隙0～0.75mm；
S203、采用实心焊丝将处于水平位的正交异性钢桥面板进行定位焊焊接，定位焊间距300～400mm，定位焊长度40～50mm，定位焊厚度3～4mm。
S204、采用一种U肋内侧角焊缝的焊接装置，在U肋内部的肋板与正交异性钢桥面板交接处焊接一道角焊缝，采用实心焊丝；实心焊丝牌号为GWL-W56，直径为1.2mm，为表面无镀铜桶装焊丝。
S205、在U肋内侧角焊缝焊接完毕后，将正交异性钢桥面U肋板单元置于反变形斜胎架上进行外侧焊缝的焊接，桥面板与水平面倾角为30度左右，采用单电源双细丝埋弧焊工艺，焊丝牌号H10Mn2，焊接直径φ2.0mm，焊剂牌号SJ101q，两根埋弧焊丝间距8mm左右，串列排布，两个电弧在一个焊接熔池里燃烧，单电源双细丝埋弧焊工艺，具有熔敷速度高，焊接速度快的特点，对于8mm或10mm厚的U肋，外侧焊一道成形。8mm厚U肋，采用的焊接电流750～780A，电弧电压33～35V，焊接速度460～500mm/min；8mm厚U肋，采用的焊接电流750～780A，电弧电压33～35V，焊接速度380～420mm/min；双细丝埋弧焊适合大电流焊接，可以提供强大电弧热，熔合坡口根部及定位焊道，现实U肋焊缝的全熔透焊接。
S206、U肋焊缝双侧焊完毕后，对其采用进行超声相控阵无损检测，检测焊缝内部缺陷，若不满足要求，进行返修焊接。
实施例3
本发明实施例3用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法与实施例2类似，不同之处在于：待焊接件为钢箱梁底板，坡口角度为50°，步骤3的定位焊采用CO2气体保护焊，步骤4角焊缝焊接时，采用三元混合气体保护焊，所述混合气体包括Ar、CO2以及O2。所述混合气体各组分的体积比为：Ar为84％，CO2为14％，O2为2％。所述角焊缝焊接时，焊接电流270～290A，电弧电压30-32V，焊速360～400mm/min。
实心焊丝气保焊焊缝表面仅有极少量的氧化硅熔渣，不影响U肋内部角焊缝外观的在线视频监控。另外采用三元混合气(Ar+CO2+O2)保护，气体流量18～22L/min，可提高焊接电弧稳定性，改善外观成形，减少焊接飞溅，避免焊接过程断弧现象产生。
所述外侧焊缝的焊接时，钢箱梁底板与水平面倾角为25度左右。
本发明实施例1-3经实际应用，经疲劳试验，证实避免了焊缝焊根处萌生的疲劳裂纹的产生，而现有技术中焊根处裂纹萌生直至贯通以前，无法被直接目视检测，焊根裂纹的检测维护工作十分困难，而且，该类焊根裂纹一旦萌生，很可能向面(底)板发展形成贯通裂纹，严重时可能会导致桥面铺装部分塌陷，危害行车安全，此外，该类疲劳裂纹还可能引发涂装剥落、腐蚀等二次病害。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
(1)本发明将U肋与处于水平位的待焊接件进行定位焊焊接，得到U肋板单元，在所述U肋腹板的内侧与待焊接件交接处焊接角焊缝；再将所述U肋板单元置于反变形斜胎架上进行外侧焊缝的焊接。因此，本发明将U肋与待焊接件之间的连接焊缝由现有技术的单侧角焊缝改变为双侧角焊缝形式，大幅降低了焊根处及待焊接件焊趾处的应力幅值，从而避免了从焊缝焊根处萌生的疲劳裂纹问题，同时提高了焊趾处疲劳性能。
(2)另外，本发明在U肋内侧角焊缝焊接和定位焊接中，采用实心焊丝焊接，相比现有技术有以下优势，第一，现有技术采用药芯焊丝，焊接裂纹产生几率高，本发明采用实心焊丝，因实心焊丝焊缝扩散氢低、无脆硬组织，焊接裂纹风险极低，有利于焊接质量控制；第二，现有技术采用药芯焊丝，焊缝表面有一层全覆盖的熔渣，影响焊缝外观在线视频监控，本发明采用的实心焊丝焊缝表面熔渣量很少，不影响焊缝外观质量的在线视频监控。
(3)本发明在U肋内侧角焊缝焊接中，采用无镀铜实心焊丝及三元混合气保护，焊接飞溅量很少，可避免U肋内部角焊缝焊接中产生断弧现象，而且焊缝外观成形非常美观。
(4)本发明在U肋外侧焊缝的焊接中采用单电源双细丝埋弧焊工艺，可选择较大的焊接规范(电流700～780A)，具有电弧穿透率强，焊缝熔深大，焊接效率高，无电弧光污染等优势，相比现有技术U肋外侧焊采用气体保护焊工艺，焊缝熔深不稳定，难以保证U肋焊缝全熔透焊接，采用本发明可稳定地保证U肋焊缝全熔透焊接，且无论是8mm还是10mm厚U肋，外侧焊均可一道成形。
综上所述，本发明实现了U肋内焊焊缝外观在线视频监控、熔深稳定的U肋全熔透焊缝，以及高效化焊接。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
清理待焊接件的焊接表面；
将U肋放置在所述待焊接件表面，所述U肋腹板的端部与待焊接件表面之间形成装配坡口，所述坡口角度为50-60°；
将U肋与处于水平位的待焊接件进行定位焊焊接，得到U肋板单元；
在所述U肋腹板的内侧与待焊接件交接处焊接角焊缝；
将焊接角焊缝后的所述U肋板单元置于反变形斜胎架上进行U肋外侧焊缝的焊接。
2.根据权利要求1所述的用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，其特征在于：所述方法还包括：采用超声相控阵无损检测U肋内侧角焊缝及外侧焊缝，以检测焊缝内部缺陷。
3.根据权利要求1所述的用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，其特征在于：所述待焊接件为钢箱梁面板或底板。
4.根据权利要求3所述的用于U肋板单元的焊缝双侧焊方法，其特征在于：所述待焊接件为正交异性钢桥面板。
5.根据权利要求1所述的用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，其特征在于：所述定位焊焊接时，采用实心焊丝及CO2气体保护焊。
6.根据权利要求1所述的用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，其特征在于：所述角焊缝采用无镀铜桶装实心焊丝。
7.根据权利要求1所述的用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，其特征在于：所述角焊缝焊接时，采用三元混合气体保护焊，所述混合气体流量为18～22L/min，所述混合气体包括Ar、CO2以及O2。
8.根据权利要求7所述的用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，其特征在于：所述混合气体各组分的体积比为：Ar为84％，CO2为14％，O2为2％。
9.根据权利要求1所述的用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，其特征在于：所述U肋外侧焊缝的焊接采用单电源双细丝埋弧焊。
10.根据权利要求9所述的用于U肋板单元焊缝的双侧焊方法，其特征在于：对于8mm厚U肋，所述单电源双细丝埋弧焊采用的焊接电流为700～780A，电弧电压32～35V，焊接速度400～500mm/min；对于10mm厚U肋，所述单电源双细丝埋弧焊采用的焊接电流700～780A，电弧电压32～35V，焊接速度320～400mm/min。
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