CN106312247A - 一种正交异性钢桥面板u肋角焊缝双侧焊方法 - Google Patents

一种正交异性钢桥面板u肋角焊缝双侧焊方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，属于桥梁制造技术领域。所述方法包括：将U肋与面板进行装配；采用表面无镀铜的实芯焊丝、选择三元富氩混合气体作为保护气体，焊接U肋内侧根部的角焊缝；将板单元转运至液压反变形胎架上，焊接U肋外侧角焊缝。该方法焊接飞溅小不会影响视频监控，焊缝表面熔渣少无需进行敲渣，实现了U肋内侧小截面长距离稳定可视化焊接；且焊缝熔深大，不易产生疲劳裂纹，提高了焊接质量，进而提高钢桥面板耐久性。

Description

一种正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法
技术领域
本发明涉及桥梁制造技术领域，特别涉及一种正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法。
背景技术
正交异性钢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，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。由于U肋截面狭小，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。
随着对焊接设备技术研究的不断进展，已研发出了能够进入U肋内侧进行焊接的焊接设备。U肋桥面板单元焊接长度通常都是12m左右，部分项目可能涉及到18m，桥面板单元件单重也有10吨左右。因此无论是内焊还是外焊均采用胎架固定不动，对待焊单元件进行装夹固定；焊接设备进行运动焊接。内焊在U肋内部小截面尺寸中能形成水、电、气体的输入，还有就是两者对运动的跟踪及时并可以应对突发情况。针对U肋内侧小截面尺寸、长距离焊接的特点，焊接的工艺控制是整个U肋内焊的重点也是难点。而现有的外焊工艺焊接飞溅大及焊缝表面熔渣多，会影响内焊的在线视频监控及质量控制，因此外焊工艺不适用于内焊。综上所述，开发一种U肋的双侧焊接方法具有重要意义，而U肋双侧焊接的难点在于对U肋内焊工艺的控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，焊接飞溅小不会影响视频监控，焊缝表面熔渣少无需进行敲渣，实现了U肋内侧小截面长距离可视化稳定焊接；且焊缝熔深大，不易产生疲劳裂纹。
为实现上述目的，本发明提供了一种正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，包括：
将U肋与面板进行装配固定；
采用表面无镀铜的实芯焊丝、选择三元富氩混合气体作为保护气体，焊接U肋内侧根部的角焊缝；
将板单元转运至液压反变形胎架上，焊接U肋外侧角焊缝。
进一步地，所述焊丝为桶装焊丝。
进一步地，所述三元富氩混合气体为Ar+CO2+O2。
进一步地，所述三元富氩混合气体按体积百分比由84％的Ar、14％的CO2和2％的O2组成。
进一步地，控制所述三元富氩混合气体的流量为18～22L/min。
进一步地，所述焊接U肋内侧根部的角焊缝，包括：控制U肋的坡口角度为50°，坡口钝边为1.5mm。
进一步地，所述焊接U肋内侧根部的角焊缝，包括：控制焊接电流为270～290A，电弧电压为30-32V，焊速为360～400mm/min。
进一步地，在所述焊接U肋外侧角焊缝之后，还包括：对角焊缝进行无损检测，根据检测结果对有缺陷区域进行修补。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本发明实施例中提供的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，通过将U肋与面板进行装配固定；采用表面无镀铜的实芯焊丝、选择三元富氩混合气体作为保护气体，焊接U肋内侧根部的角焊缝；将板单元转运至液压反变形胎架上，焊接U肋外侧角焊缝。其中，采用表面无镀铜的实芯焊丝焊接中飞溅量低，焊缝表面氧化硅熔渣少；三元富氩气体保护可提高焊接电弧柔性，减少焊接飞溅及增大焊缝熔深，实现U肋内侧的稳定焊接；且采用双侧焊接方法，与单侧外侧焊接相比，焊接熔深大，不易产生疲劳裂纹，提高了焊接质量，进而提高钢桥面板的耐久性。
2、本发明实施例中提供的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，通过对焊丝、保护气体及焊接参数的控制，可以减少焊接飞溅，从而能够直观的通过视频监控***检测焊缝外观质量，实现了U肋结构内部的可视化焊接，进一步提高焊接质量。
3、本发明实施例中提供的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，在焊接过程中借助弧光对焊缝外观实时监控，可及时发现并标识缺陷，降低内焊设备的占用率，提高设备的使用及生产效率，由最初的4小时/块提高到1.5小时/块。
附图说明
图1是本发明实施例提供的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法流程图；
图2是本发明实施例中U肋内侧焊接坡口图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，焊接飞溅小不会影响视频监控，焊缝表面熔渣少无需进行敲渣，实现了U肋内侧小截面长距离可视化稳定焊接；且焊缝熔深大，不易产生疲劳裂纹，提高了焊接质量，进而提高钢桥面板耐久性。
为实现上述目的，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：
一种正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，包括以下步骤：
将U肋与面板进行装配固定；
采用表面无镀铜的实芯焊丝、选择三元富氩混合气体作为保护气体，焊接U肋内侧根部的角焊缝；
将板单元转运至液压反变形胎架上，焊接U肋外侧角焊缝。
通过上述内容可以看出，本发明实施例通过采用双侧焊接方法，其中：内焊采用表面无镀铜的实芯焊丝焊接中飞溅量低，焊缝表面氧化硅熔渣少；三元富氩气体可提高焊接电弧柔性，减少焊接飞溅及增大焊缝熔深，实现了U肋内侧小截面长距离稳定可视化焊接；采用双侧焊接熔深高，不易产生疲劳裂纹，提高了焊接质量，进而提高了钢桥面板的耐久性，能够实现批量化生产。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体实施方式对上述技术方案进行详细说明。
本发明提供了一种正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，参见图1，包括以下步骤：
步骤S110：将U肋与面板进行装配固定；
步骤S120：采用表面无镀铜的实芯焊丝、选择三元富氩混合气体作为保护气体，焊接U肋内侧根部的角焊缝；
步骤S130：将板单元转运至液压反变形胎架上，焊接U肋外侧角焊缝。
在步骤S110中，具体是将U肋与桥面板在装配机上进行无马装配，面板单元上U肋内焊施工平台定位装夹固定。
本实施例中，所选用的焊丝为桶装焊丝。U肋内焊需远距离送丝，对于焊丝来说，需要有良好的送丝性，以保证电弧的稳定性以及良好的焊缝成形。如果因为送丝不畅可能引发断弧，在内部就不可避免产生接缝，增加焊缝缺陷产生风险、影响更大。同时考虑到焊接的效率及内外U肋焊接工艺性问题，减少焊接接头及焊材更换频率。因此U肋内外焊接均采用满足高效焊接的桶装焊丝。
焊接飞溅会引起喷嘴及导电嘴堵塞，从而造成断弧现象，特别是对于U肋内焊，若焊接中断弧频繁，会严重影响其焊接效率。焊接飞溅量往往与焊缝成形质量相关，焊接飞溅小，说明熔滴过渡稳定，因而焊缝外观更加平整光顺。因此焊接飞溅量也是评价工艺的关键因素。
实芯焊丝飞溅量相对药芯焊丝高，而表面无镀铜的实芯焊丝，其飞溅量比传统实芯焊丝明显下降，解决了焊材的飞溅问题。因此，U肋内焊采用表面无镀铜的实芯焊丝。实芯焊丝气保焊焊缝表面仅有极少量的氧化硅熔渣，克服了因焊渣飞溅无法观测焊缝质量的问题，不影响U肋内部角焊缝外观的在线视频监控，实现可视化焊接。
在步骤S120中，所述三元富氩混合气体为Ar+CO2+O2。在实际生产中，受U肋内焊的特殊性要求及焊接设备的使用条件的限制，只能采用气体保护焊接。从保护气体的成分考虑，不再选择CO2或者是传统二元富氩气体保护，而是选择三元富氩气体，可提高焊接过程中熔池的反应，提高焊接电弧柔性，增加焊接热输出，减少焊接飞溅及增大焊缝熔深。
优选的，所述三元富氩混合气体按体积百分比由84％的Ar，14％的CO2，2％的O2组成。此比例组成的三元混合气体，可将飞溅率减低至普通二元气体的三分之一以下，虽然焊接热量有所增加，板单元的焊接变形由原来的10mm左右提高到15mm，但是依然在外焊工装设备允许范围内，而且在一定程度上提高了外焊主要焊缝的有效熔深。
在内焊过程中，可以通过焊接设备的焊接视频监控***进行实时监控，及时反馈焊接过程质量，然而焊接飞溅会影响视频画面，无法看到焊接过程。本实施例中，内焊采用表面无镀铜的实芯焊丝及三元富氩气体保护，可减少焊接中飞溅，实现可视化焊接。一般焊接工艺表面熔渣较多，需要进行敲渣，但U肋内侧截面小、距离长，无法进行敲渣操作，采用实芯焊丝及三元富氩气体保护，焊缝表面熔渣少，无需敲渣。
在步骤S120中，内焊控制三元富氩混合气体的流量为18～22L/min。采用Ar+CO2+O2三元混合气体保护，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。
参见图2，在步骤S120中，在焊接U肋内侧根部的角焊缝时，控制U肋的坡口角度为50°，坡口钝边为1.5mm，该坡口形式在满足有效熔深不降低的条件下焊接最稳定。当U肋内焊发生焊缝烧穿时，会影响内焊焊缝成形，并且会引起焊接参数不稳定，因此需优化坡口尺寸和焊接参数，避免焊缝烧穿，重点控制顿边尺寸与坡口间隙。当坡口顿边过大时，则会影响外焊熔深，引起焊缝熔深不足。
在步骤S120中，在焊接U肋内侧根部的角焊缝时，控制焊接电流为270～290A，电弧电压为30-32V，焊速为360～400mm/min。焊接工艺参数的选择对焊渣飞溅、焊缝熔渣也有较大影响，且焊接工艺参数受焊芯的材质及保护气体的影响，需结合焊芯材质及保护气体综合确定。
在步骤S130中，U肋外侧角焊缝焊接完成后，将U肋面板单元件转船型焊工位完成U肋外侧焊缝清理和施焊，U肋外侧角焊缝的焊接采用现有常规工艺进行，焊接完成后将板单元转至待检区，焊后24h对角焊缝进行无损检测，根据检测结果对有缺陷区域进行修补。
通过对U肋内焊工艺的优化，结合现有外焊技术，采用先内后外或先外后内的双侧焊接方法，焊缝熔深大，不易产生疲劳裂纹，提高了焊接质量，进而提高了钢桥面板的耐久性。
本发明实施例在U肋内部角焊缝焊接中，采用实芯焊丝三元混合气体保护焊工艺，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；第三，焊接中采用三元富氩混合气保护，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。
基于采用该工艺飞溅率低，可以在焊接过程中借助弧光对焊缝外观实时监控，及时发现并标识缺陷，降低内焊设备的占用率，提高设备的使用及生产效率，由最初的4小时/块提高到现在只需要1.5小时/块。外观抽检及返修可在其他区域同步进行。而且借助视频监控的一些辅助手段，对外观中超标质量的问题点直观确定，没有飞溅及焊渣的干扰，真正意义上实现对这种狭小、半封闭、长距离的清晰可视。采用本发明的焊接方法可实现U肋内焊从实验室向工业量化的转型。
以下通过实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。以下实施例使用的实芯焊丝牌号为GWL-W56，直径为1.2mm，为表面无镀铜桶装焊丝，当然，还可选择其它牌号的实芯焊丝，所使用的焊接设备为现有技术。
实施例1
将U肋与桥面板在装配机上进行无马装配，面板单元上U肋内焊施工平台定位装夹固定；
6台U肋内部角焊缝全自动焊接机器人进入板单元U肋内部，并行走至U肋另一端端部，完成对U肋内焊枪轨迹及姿态的***扫描；每台焊接机器人有两把焊枪，启动U肋内焊***，设备一次焊接完成全部U肋内部双侧的角焊缝；采用三元混合气体保护焊工艺，气体配比为Ar+CO2+O2，具体比例为Ar为84％，CO2为14％，O2为2％，控制气体流量18L/min；控制U肋的坡口角度为50°，坡口钝边为1.5mm；控制焊接电流270A，电弧电压30V，焊速360mm/min；
内焊完成后，将U肋面板单元件转船型焊工位完成U肋外侧焊缝清理和施焊，外侧焊缝按照现有焊接工艺进行，焊接完成后将板单元转至待检区，焊后24h对角焊缝进行无损检测，根据检测结果对有缺陷区域进行修补。
实施例2
将U肋与桥面板在装配机上进行无马装配，面板单元上U肋内焊施工平台定位装夹固定；
6台U肋内部角焊缝全自动焊接机器人进入板单元U肋内部，并行走至U肋另一端端部，完成对U肋内焊枪轨迹及姿态的***扫描；每台焊接机器人有两把焊枪，启动U肋内焊***，设备一次焊接完成全部U肋内部双侧的角焊缝；采用三元混合气体保护焊工艺，气体配比为Ar+CO2+O2，具体比例为Ar为84％，CO2为14％，O2为2％，控制气体流量20L/min；控制U肋的坡口角度为50°，坡口钝边为1.5mm；控制焊接电流280A，电弧电压31V，焊速380mm/min；
内焊完成后，将U肋面板单元件转船型焊工位完成U肋外侧焊缝清理和施焊，外侧焊缝按照现有焊接工艺进行，焊接完成后将板单元转至待检区，焊后24h对角焊缝进行无损检测，根据检测结果对有缺陷区域进行修补。
实施例3
将U肋与桥面板在装配机上进行无马装配，面板单元上U肋内焊施工平台定位装夹固定；
6台U肋内部角焊缝全自动焊接机器人进入板单元U肋内部，并行走至U肋另一端端部，完成对U肋内焊枪轨迹及姿态的***扫描；每台焊接机器人有两把焊枪，启动U肋内焊***，设备一次焊接完成全部U肋内部双侧的角焊缝；采用三元混合气体保护焊工艺，气体配比为Ar+CO2+O2，具体比例为Ar为84％，CO2为14％，O2为2％，控制气体流量22L/min；控制U肋的坡口角度为50°，坡口钝边为1.5mm；控制焊接电流290A，电弧电压32V，焊速400mm/min；
内焊完成后，将U肋面板单元件转船型焊工位完成U肋外侧焊缝清理和施焊，外侧焊缝按照现有焊接工艺进行，焊接完成后将板单元转至待检区，焊后24h对角焊缝进行无损检测，根据检测结果对有缺陷区域进行修补。
采用上述方法进行U肋双侧焊接，一次合格率达到99.99％，断弧率十块板单元出现一次断弧，熔敷效率达到95％以上。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本发明实施例中提供的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，通过将U肋与面板进行装配固定；采用表面无镀铜的实芯焊丝、选择三元富氩混合气体作为保护气体，焊接U肋内侧根部的角焊缝；将板单元转运至液压反变形胎架上，焊接U肋外侧角焊缝。其中，采用表面无镀铜的实芯焊丝焊接中飞溅量低，焊缝表面氧化硅熔渣少；三元富氩气体保护可提高焊接电弧柔性，减少焊接飞溅及增大焊缝熔深，实现U肋内侧的稳定焊接；且采用双侧焊接方法，与单侧外侧焊接相比，焊接熔深大，不易产生疲劳裂纹，提高了焊接质量，进而提高钢桥面板的耐久性。
2、本发明实施例中提供的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，通过对焊丝、保护气体及焊接参数的控制，可以减少焊接飞溅，从而能够直观的通过视频监控***检测焊缝外观质量，实现了U肋结构内部的可视化焊接，进一步提高焊接质量。
3、本发明实施例中提供的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，在焊接过程中借助弧光对焊缝外观实时监控，可及时发现并标识缺陷，降低内焊设备的占用率，提高设备的使用及生产效率，由最初的4小时/块提高到1.5小时/块。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，其特征在于，包括：
将U肋与面板进行装配固定；
采用表面无镀铜的实芯焊丝、选择三元富氩混合气体作为保护气体，焊接U肋内侧根部的角焊缝；
将板单元转运至液压反变形胎架上，焊接U肋外侧角焊缝。
2.如权利要求1所述的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，其特征在于，所述焊丝为桶装焊丝。
3.如权利要求1所述的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，其特征在于，所述三元富氩混合气体为Ar+CO2+O2。
4.如权利要求3所述的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，其特征在于，所述三元富氩混合气体按体积百分比由84％的Ar、14％的CO2和2％的O2组成。
5.如权利要求1或3或4所述的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，其特征在于，控制所述三元富氩混合气体的流量为18～22L/min。
6.如权利要求1所述的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，其特征在于，所述焊接U肋内侧根部的角焊缝，包括：控制U肋的坡口角度为50°，坡口钝边为1.5mm。
7.如权利要求1或6所述的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，其特征在于，所述焊接U肋内侧根部的角焊缝，包括：控制焊接电流为270～290A，电弧电压为30-32V，焊速为360～400mm/min。
8.如权利要求1所述的正交异性钢桥面板U肋角焊缝双侧焊方法，其特征在于，在所述焊接U肋外侧角焊缝之后，还包括：对角焊缝进行无损检测，根据检测结果对有缺陷区域进行修补。
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