專利名稱：正交異性板u形肋角焊縫雙面焊技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種正交異性板U形肋角焊縫的焊接技術，尤其是提供了一種鋼橋制 造中橋面板U形肋角焊縫雙面焊的焊接技術。
背景技術：
目前正交異性板結構在公路鋼箱梁橋上普遍采用，近些年，為了滿足高速鐵路的 發(fā)展，提高鐵路鋼橋的橋面整體剛度，正交異性橋面板結構在鐵路橋上也逐漸被采用。橋梁 正交異性板結構就是為了增加橋面板、底板或腹板的剛度，在面板、底板或腹板上焊接一定 數(shù)量的縱向和橫向加勁肋的結構，由于其剛度在互相垂直的兩個方向上有所不同，造成構 造上的各向異性。一般縱向加勁肋采用U形肋和板肋，對于U形肋角焊縫的焊接，由于U形肋的截面 尺寸小，目前只能從U形肋的外側焊接。當電流大或有組裝間隙時，會焊漏，這是設計不允 許的；如果電流小，會造成熔深不夠，目前單側焊接只能夠保證U形肋角焊縫的熔透深度達 到U形肋板厚的80%。對于正交異性橋面板而言，由于橋面直接承受車輪荷載，在車輪反復 碾壓的疲勞應力作用下，橋面板U形肋單面焊部分熔透角焊縫很容易產生疲勞裂紋，經過 幾十年的鋼橋行車驗證，部分橋面板U形肋角焊縫因疲勞開裂的問題已經暴露出來。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有U形肋角焊縫焊接技術的不足，實現(xiàn)U形肋角焊縫熔透，本發(fā)明提供 了一種可實現(xiàn)U形肋角焊縫熔透的雙面焊的技術，該技術的工藝方案為
(1 )U形肋坡口加工、壓型，橋面板下料將U形肋用鋼板搟平后按照U形肋展開寬度和 長度并預留一定加工量的尺寸進行下料，鋼板兩側銑邊并加工角焊縫坡口，然后將鋼板在 壓型機上進行壓型成為U形肋。將橋面板用鋼板搟平后下料。(2)將待焊接區(qū)域清理、U形肋組裝U形肋組裝前，將待焊接區(qū)域及兩側待焊接范 圍內的鐵銹、油污、水分等焊接有害物清除干凈，按照橋面板上的組裝定位線對U形肋進行 組裝定位，將U形肋角焊縫的組裝間隙控制在Imm以內。(3)焊接U形肋內部角焊縫采用一個焊接裝置進入U形肋內部，在U形肋角焊縫 背面焊接一個角焊縫。(4)能夠進入U形肋內部焊接的裝置該裝置結構緊湊，體積小，具有穩(wěn)定的跟蹤 定位功能，能夠保證對焊槍角度的精確調整，保證焊絲對準U形肋角焊縫背面根部。(5)遠距離規(guī)范參數(shù)調節(jié)控制系統(tǒng)由于U形肋長度很長(一般U形肋長度1(Γ16 米)，且U形肋截面尺寸小(U形肋內部空間截面約為上寬170mm，下寬觀0讓，高^Omm的梯 形)，要實現(xiàn)U形肋內部焊接，焊接控制系統(tǒng)必須在U形肋外側，采用遠距離規(guī)范參數(shù)調節(jié)控 制系統(tǒng)，焊接過程中焊工能夠對進入U形肋內部施焊的裝置進行焊接規(guī)范參數(shù)調整。(6)遠距離送絲系統(tǒng)由于U形肋長，且U形肋截面尺寸小，焊絲盤只能設置在U形 肋外側，需要采用遠距離送絲系統(tǒng)，實現(xiàn)遠距離穩(wěn)定送絲。開始向導管中送入焊絲時采用推絲式送絲方式，焊接過程中采用設置在U形肋內部行走裝置上的拉絲式送絲機構，采用拉 絲送絲方式。(7)焊接視頻監(jiān)視系統(tǒng)在U形肋內部角焊縫焊接過程中，不能直接觀察待焊接區(qū) 域的情況、焊接狀況和焊縫成形情況，需要采用焊接視頻監(jiān)視系統(tǒng)。由于U形肋內部角焊縫 為隱蔽焊縫，為了以后對焊接質量檢查，對圖像進行磁盤存儲，便于歸檔和查看。(8)焊接U形肋外部角焊縫U形肋內部角焊縫焊接后，將板單元固定在反變形胎 架上，船位焊接U形肋外部角焊縫。(9)合適的氣體保護焊絲為保證U形肋內部長焊縫焊接過程中，不因為焊接飛濺 堵焊槍噴嘴，不中斷焊接，焊后不用去除角焊縫表面的藥皮，需要采用一種飛濺小、送絲穩(wěn) 定、藥皮少的氣體保護焊焊絲，焊絲牌號為TM-70C。(10)適宜的焊接規(guī)范參數(shù)U形肋內部角焊縫的工藝參數(shù)包括焊接電流200 240A、電弧電壓30 34V、焊速沈 32m/h、保護氣體流量15 25L/min。U形肋外部角焊 縫的工藝參數(shù)包括焊接電流280 340A、電弧電壓32 36V、焊速22 ^m/h、保護氣體 流量15 25L/min。通過合理的焊接熱輸入，保證焊縫外觀質量和力焊縫無裂紋、氣孔、咬 邊、焊瘤等缺陷，接頭硬度不大于350HV1Q。上述的保證U形肋角焊縫不焊漏并且熔透的坡口鈍邊P=lmm，坡口角度a =50°，U 形肋角焊縫的根部組裝間隙控制在Imm以內。上述的U形肋內部角焊縫焊接裝置的結構連接是
驅動電機1是驅動焊接設備行走的動力裝置，通過鏈條傳動方式驅動行走車輪2轉動； 行走車輪2接受電機所提供的動力，四個行走車輪轉動，實現(xiàn)焊接設備行走；導向輪5通過 支桿連接在行走機構上，導向輪5沿著U形肋內表面滾動，引導焊接設備沿U形肋內表面前 進，導向輪的伸出距離可以調節(jié)；磁鐵6連接在行走機構上，通過吸力增加車體重量，避免 了焊接設備傾覆；焊槍8通過焊槍夾4與X-Y焊槍調節(jié)機構3連接；X-Y焊槍調節(jié)機構3是 調節(jié)焊槍8上下和高低位置的裝置，焊接過程中可以進行焊槍位置的微調，以幫助焊工方 便對槍；焊槍夾4固定在X-Y焊槍調節(jié)機構3上，是固定焊槍的裝置，維修及調整時方便焊 槍的拆裝；送絲機B7通過軟管連接焊槍8，在焊接過程中，送絲機為焊槍提供焊絲。上述的遠距離送絲系統(tǒng)
(1)焊絲盤提供焊接用焊絲；
(2)送絲機A設置在U形肋外側，將焊絲盤上的焊絲送入軟管，并到達設置在U形肋內 部行走裝置上的送絲機B上，采用一個驅動輪帶動一個從動輪的推絲方式；
(3)送絲機B設置在U形肋內部行走裝置上，焊接過程中將焊絲送入焊槍，采用兩個驅 動輪帶動兩個從動輪的拉絲方式；
(4)焊槍連接送絲機B，進行焊接。上述的視頻線傳輸方式的監(jiān)控系統(tǒng)
(1)攝像機A 設置在焊槍前方，對待焊接區(qū)域的準備情況進行攝像，并將圖像分別傳 送到解碼盒A和顯示器。(2)攝像機B:設置在正對焊接處，對焊接過程中的焊接熔池和電弧情況進行攝 像，并將圖像分別傳送到解碼盒B和顯示器。(3)攝像機C:設置在焊槍后面，對完成的焊縫進行攝像，并將圖像分別傳送到解碼盒C和顯示器。(4)解碼盒A 對攝像機A獲取的圖像進行解碼轉換為數(shù)據信號，并將數(shù)據信號傳 動到儲存硬盤。(5)解碼盒B 對攝像機B獲取的圖像進行解碼轉換為數(shù)據信號，并將數(shù)據信號傳 動到儲存硬盤。(6)解碼盒C 對攝像機C獲取的圖像進行解碼轉換為數(shù)據信號，并將數(shù)據信號傳 動到儲存硬盤。(7)儲存硬盤對來自解碼盒A、解碼盒B和解碼盒C的數(shù)據信號分別進行存儲。(8)顯示器對來自攝像機A、攝像機B和攝像機C的圖像分別進行顯示，供焊工觀 察待焊接區(qū)域的準備情況、焊接熔池和電弧情況和焊縫的成型情況。本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、本發(fā)明所涉及的一種正交異性板U形肋角焊縫雙面焊技術，是針對目前正交異性橋 面板U形肋角焊縫單面焊部分熔透抗疲勞性能差而發(fā)明的，具有很強的針對性。2、本發(fā)明中的正交異性板U形肋角焊縫雙面焊技術，打破了目前傳統(tǒng)的正交異性 板U形肋角焊縫只能單面焊的現(xiàn)狀，在國內和國際鋼橋制造領域首次提出，并進行了試驗 研究，在同行業(yè)技術領先，構思獨特、巧妙，具有創(chuàng)造性和先進性。3、由于采用了正交異性板U形肋角焊縫雙面焊技術，鋼橋結構的抗疲勞性能具有 很大改善，提高了鋼橋的使用壽命，實用性強，具有很高的經濟效益和社會效益。4.本發(fā)明中用于U形肋內部角焊縫焊接的結構，還適用于類似狹小結構的焊接， 適用性強，可以在船舶鋼結構、機械鋼結構、建筑鋼結構等鋼結構制造領域廣泛推廣應用， 適用范圍廣。5、本發(fā)明所涉及的一種正交異性板U形肋角焊縫雙面焊技術，其中包括的技術方 案，制訂依據都是建立在系統(tǒng)完整的機構功能配置和焊接試驗研究的基礎之上，具有充分 的客觀性和合理性。


圖1為本發(fā)明的工藝框圖。圖2為U形肋內部角焊縫焊接設備結構圖。圖中1.驅動電機；2.行走車輪；3. X-Y焊槍調節(jié)機構；4.焊槍夾；5.導向輪； 6.磁鐵；7.送絲機B; 8.焊槍。圖3為遠距離送絲系統(tǒng)原理框圖。圖4為視頻線傳輸方式的監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖。圖5為U形肋角焊縫的坡口形式和熔敷簡圖。圖中9. U形肋；10.橋面板。
具體實施例方式實施例1
在圖1中給出了本發(fā)明的工藝框圖，第一道工序是U形肋坡口加工、壓型，橋面板下料， 包括U形肋用鋼板下料后坡口加工、壓型成為U形肋；橋面板用鋼板下料。第二道工序是待焊接區(qū)域清理和U形肋組裝，包括將U形肋、橋面板上待焊接區(qū)域的焊接有害物清理打 磨干凈，然后按照橋面板上的U形肋組裝定位線進行U形肋組裝，并進行定位焊。第三道工 序是焊接U形肋內部角焊縫，在U形肋角焊縫背面焊接一個角焊縫，為了實現(xiàn)U形肋內部角 焊縫的焊接，采取了能夠進入U形肋內部焊接的裝置、遠距離規(guī)范參數(shù)調節(jié)控制系統(tǒng)、遠距 離送絲系統(tǒng)、焊接視頻監(jiān)視系統(tǒng)措施。第四道工序是焊接U形肋外部角焊縫，將板單元固定 在反變形胎架上，船位焊接U形肋外部角焊縫。為了保證第三道工序和第四道工序中的焊 接質量，選擇了合適的氣體保護焊絲，并根據焊接位置、坡口情況對U形肋內部焊縫和外部 焊縫確定適宜的焊接規(guī)范參數(shù)。在圖2中給出了本發(fā)明中U形肋內部角焊縫焊接設備結構圖。為了能夠實現(xiàn)焊接 設備在U形肋內部行走，從設備的整體外形上進行尺寸控制，由驅動電機1、行走車輪2、X-Y 焊槍調節(jié)機構3、焊槍夾4、導向輪5、磁鐵6、送絲機Β7、焊槍8組成，其功能為驅動電機1 是驅動焊接設備行走的動力裝置，由步進電機作為主要動力源，采用鏈條傳動方式驅動四 個行走車輪2轉動，實現(xiàn)焊接設備行走。X-Y焊槍調節(jié)機構3是調節(jié)焊槍上下和高低位置的 裝置，可以進行焊槍位置的微調，以幫助焊工方便對槍。焊槍夾4固定在X-Y焊槍調節(jié)機構 3上，是固定焊槍的裝置，維修及調整時方便于焊槍的拆裝。導向輪5通過支撐桿與車體連 接，導向輪沿著U形肋9內表面滾動，引導焊接設備沿U形肋9規(guī)則前進，支撐桿伸出車體 的距離可以調節(jié)。在焊接設備的底部安裝有磁鐵6，通過磁鐵與橋面板10的吸力，增大車身 重量，避免了焊接設備行走時發(fā)生傾覆。送絲機Β7在焊接過程中為焊槍8提供焊絲。焊槍 8在焊接過程中接受送絲機Β7所提供的焊絲，進行焊接。在圖3中給出了本發(fā)明中遠距離送絲系統(tǒng)原理框圖。為了能夠實現(xiàn)對U形肋內部 的焊槍進行遠距離送絲，首先采用設置在U形肋外側送絲機A將焊絲盤上的焊絲送入軟管， 并到達設置在U形肋內部行走裝置上的送絲機B。送絲機A采用一個驅動輪帶動一個從動 的推絲方式。然后松開送絲機A上的壓緊焊絲手柄，使送絲機A處于非工作狀態(tài)，壓緊送絲 機B上的壓緊焊絲手柄，使送絲機B開始工作，利用送絲機B將焊絲送入焊槍，焊接過程中 采用送絲機B將焊絲送入焊槍保證焊接。送絲機B采用兩個驅動輪帶動兩個從動輪的拉絲 方式。在圖4中給出了本發(fā)明中視頻線傳輸方式的監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖。視頻監(jiān)控系統(tǒng)由 三個攝像機、三個解碼盒、一個儲存硬盤、一個液晶顯示屏組成。攝像機A設置在焊槍的前 方，對待焊接區(qū)域的準備情況進行攝像；攝像機B設置在正對焊接處，對焊接過程中的焊接 熔池和電弧燃燒情況進行攝像；攝像機C設置在焊槍的后面，對完成的焊縫進行攝像。三臺 攝像機的圖像分別通過解碼盒Α、解碼盒B和解碼盒C進行解碼，將圖像轉換為數(shù)據信號，在 儲存硬盤上分別進行儲存，便于資料的存檔和后期檢查。同時三臺攝像機上獲取的圖像分 別傳送到顯示器上分別進行顯示，供焊工觀察判斷待焊接區(qū)域的準備情況，焊接熔池和電 弧情況，以及焊接后焊縫的成型情況。在圖5中給出了本發(fā)明中U形肋角焊縫的坡口形式和熔敷簡圖。一般橋面板10 上常用U形肋9的板厚為纊10mm，U形肋與橋面板通過角焊縫連接。為了保證U形肋角焊 縫不焊漏并且熔透，坡口鈍邊P=Imm,坡口角度a =50°，根部組裝間隙控制在Imm以內。U形 肋角焊縫雙面焊的焊接順序為，首先從U形肋內部焊接角焊縫，焊接設備在U形肋內部行走 并焊接，行走車輪2在橋面板10表面滾動，導向輪5與U形肋的內壁接觸定位。內部角焊縫焊接后，將板單元固定在反變形胎上，翻轉一定角度，船位焊接U形肋外側角焊縫。
權利要求
1.一種正交異性板U形肋角焊縫雙面焊技術，該技術尤其適用于鋼橋的橋面板U形肋 角焊縫的焊接，其特征是包括如下工藝方案(1 )U形肋坡口加工、壓型、橋面板下料將U形肋用鋼板搟平后按照U形肋展開寬度和 長度并預留一定加工量的尺寸進行下料，鋼板兩側銑邊并加工角焊縫坡口，然后將鋼板在 壓型機上進行壓型成為U形肋，將橋面板用鋼板搟平后下料；(2)將待焊接區(qū)域清理、U形肋組裝U形肋組裝前，將待焊接區(qū)域及兩側待焊接范圍內 的鐵銹、油污、水分等焊接有害物清除干凈，按照橋面板上的組裝定位線對U形肋進行組裝 定位焊；(3)焊接U形肋內部角焊縫采用一個焊接裝置進入U形肋內部，在U形肋角焊縫背面 焊接一個角焊縫；(4)能夠進入U形肋內部焊接的裝置該裝置結構緊湊，體積小，具有穩(wěn)定的跟蹤定位 功能，能夠保證對焊槍角度的精確調整，保證焊絲對準U形肋角焊縫背面根部；(5)遠距離規(guī)范參數(shù)調節(jié)控制系統(tǒng)由于U形肋長度很長，且U形肋截面尺寸小，要實 現(xiàn)U形肋內部焊接，焊接控制系統(tǒng)必須在U形肋外側，采用遠距離規(guī)范參數(shù)調節(jié)控制系統(tǒng)， 焊接過程中焊工能夠對進入U形肋內部施焊的裝置進行焊接規(guī)范參數(shù)調整；(6)遠距離送絲系統(tǒng)由于U形肋長，且U形肋內部截面尺寸小，焊絲盤只能設置在U形 肋外側，需要采用遠距離送絲系統(tǒng)，實現(xiàn)遠距離穩(wěn)定送絲；開始向導管中送入焊絲時采用推絲式送絲方式，焊接過程中采用設置在U形肋內部行 走裝置上的拉絲式送絲機構送絲；(7)焊接視頻監(jiān)視系統(tǒng)在U形肋內部角焊縫焊接過程中，不能直接觀察待焊接區(qū)域的 情況、焊接狀況和焊縫成形情況，需要采用焊接視頻監(jiān)視系統(tǒng)；由于U形肋內部角焊縫為隱蔽焊縫，為了以后對焊接質量檢查，對內部角焊縫的圖像 進行磁盤存儲，便于歸檔和查看；(8)焊接U形肋外部角焊縫U形肋內部角焊縫焊接后，將板單元固定在反變形胎架上， 翻轉一定角度后船位焊接U形肋外側角焊縫；(9)合適的氣體保護焊絲為保證U形肋內部長焊縫焊接過程中，不因為焊接飛濺堵焊 槍噴嘴，不中斷焊接，焊后不用去除角焊縫表面的藥皮，需要采用一種飛濺小、送絲穩(wěn)定、藥 皮少的氣體保護焊焊絲，焊絲牌號為TM-70C ；(10)適宜的焊接規(guī)范參數(shù)U形肋內部角焊縫的工藝參數(shù)為，焊接電流200 Μ0Α、電 弧電壓30 :34V、焊速沈 32m/h、保護氣體流量15 25L/min ；U形肋外部角焊縫的工藝參數(shù)為，焊接電流280 340A、電弧電壓32 36V、焊速22 ^m/h、保護氣體流量15 25L/min ；通過合理的焊接熱輸入，保證焊縫外觀質量和力焊縫無裂紋、氣孔、咬邊、焊瘤等缺陷， 接頭硬度不大于350HV1Q。
2.根據權利要求1所述的正交異性板U形肋角焊縫雙面焊技術，其特征是所述的保證 U形肋角焊縫不焊漏并且熔透的鈍邊P=Imm,坡口角度a =50°，U形肋角焊縫的組裝間隙控 制在Imm以內。
3.根據權利要求1所述的正交異性板U形肋角焊縫雙面焊技術，其特征是所述的U形 肋內部角焊縫焊接裝置的驅動電機(1)通過鏈條與行走車輪(2 )連接，導向輪(5 )通過支桿連接在行走機構上，磁鐵(6)連接在行走機構上；送絲機B (7)連接在行走機構上，并通過 軟管連接焊槍(8 )；焊槍(8 )通過焊槍夾(4 )連接X-Y焊槍調節(jié)機構(3 )，X-Y焊槍調節(jié)機構 (3)連接在行走機構上。
4.根據權利要求1所述的正交異性板U形肋角焊縫雙面焊技術，其特征是所述的遠距 離送絲系統(tǒng)(1)焊絲盤提供焊接用焊絲；(2)送絲機A設置在U形肋外側，將焊絲盤上的焊絲送入軟管，并到達設置在U形肋內 部行走裝置上的送絲機B上，采用一個驅動輪帶動一個從動輪的推絲方式；(3)送絲機B設置在U形肋內部行走裝置上，焊接過程中將焊絲送入焊槍，采用兩個驅 動輪帶動兩個從動輪的拉絲方式；(4)焊槍連接送絲機B，進行焊接。
5.根據權利要求1所述的正交異性板U形肋角焊縫雙面焊技術，其特征是所述的視頻 線傳輸方式的監(jiān)控系統(tǒng)(1)攝像機A設置在焊槍前方，對待焊接區(qū)域的準備情況進行攝像，并將圖像分別傳 送到解碼盒A和顯示器；(2)攝像機B設置在正對焊接處，對焊接過程中的焊接熔池和電弧情況進行攝像，并 將圖像分別傳送到解碼盒B和顯示器；(3)攝像機C:設置在焊槍后面，對完成的焊縫進行攝像，并將圖像分別傳送到解碼盒C 和顯示器；(4)解碼盒A對攝像機A獲取的圖像進行解碼轉換為數(shù)據信號，并將數(shù)據信號傳動到 儲存硬盤；(5)解碼盒B對攝像機B獲取的圖像進行解碼轉換為數(shù)據信號，并將數(shù)據信號傳動到 儲存硬盤；(6)解碼盒C對攝像機C獲取的圖像進行解碼轉換為數(shù)據信號，并將數(shù)據信號傳動到 儲存硬盤；(7)儲存硬盤對來自解碼盒A、解碼盒B和解碼盒C的數(shù)據信號分別進行存儲；(8)顯示器對來自攝像機A、攝像機B和攝像機C的圖像分別進行顯示，供焊工觀察待 焊接區(qū)域的準備情況、焊接熔池和電弧情況和焊縫的成型情況。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正交異性板U形肋角焊縫雙面焊技術，該技術涉及U形肋角焊縫的坡口形式和組裝間隙，一個能夠進入U形肋內部焊接的裝置，遠距離規(guī)范參數(shù)調節(jié)控制系統(tǒng)和遠距離送絲系統(tǒng)，采用焊接視頻監(jiān)視系統(tǒng)，采用一種飛濺小、送絲穩(wěn)定、藥皮少的氣體保護焊焊絲，采用適宜的焊接規(guī)范參數(shù)。該技術對提高橋面板結構的抗疲勞性能、延長鋼橋的使用壽命具有較重要的作用。本發(fā)明中用于U形肋內部角焊縫的焊接設備、遠距離送絲系統(tǒng)、焊接視頻監(jiān)視系統(tǒng)，還適用于類似狹小結構的焊接，適用性強。
文檔編號B23K9/133GK102139398SQ201110095088
公開日2011年8月3日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權日2011年4月15日
發(fā)明者劉壯, 徐向軍, 胡國松, 胡廣瑞, 范軍旗, 貝玉成, 趙立軍, 陳伏虎 申請人:中鐵山橋集團有限公司, 天泰焊材(昆山)有限公司