用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头及焊接方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头及焊接方法。所述的焊接接头包括由铸钢钢管和热轧钢管焊接端构成的焊接接头部位，所述的焊接接头部位包括所述铸钢钢管与热轧钢管在焊接端的两个坡口以及由所述铸钢钢管的焊接端延伸至热轧钢管内径的垫板，所述垫板的顶部至所述铸钢钢管外径的距离等于所述热轧钢管的壁厚，所述垫板的底部到所述铸钢钢管的内径为坡度过渡；所述的焊接方法包括钢管的整体铸造、机械加工坡口和垫板以及对焊连接等步骤。本发明的优点是：可以降低焊接难度，减小焊接部位的应力集中和焊接产生的残余应力，有效提高往复荷载作用下的疲劳性能，减小焊缝余高，使焊接产品获得更好的外观效果。
【专利说明】用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头及焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铸钢钢管和热轧钢管的焊接形式，更具体的说，本发明适用于大跨度钢结构、桥梁、海洋平台等领域中壁厚较大的铸钢钢管与壁厚较小的热轧钢管对接焊缝连接时的焊接接头及其焊接方法。
【背景技术】
[0002]在现行的《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中，仅对构件的疲劳问题采用了容许应力法分析，却没有对构件焊接处的疲劳问题提出要求；而《铸钢钢管应用技术规程》(CECS235:2008)中，虽然提出了几种铸钢钢管的应用形式，但没有对铸钢钢管及其焊接部位的疲劳问题进行分析、计算及说明；最常用的《焊接手册》，也没有对焊缝两侧壁厚相差较大的焊接施工做出规范。
[0003]本领域技术人员周知，对于铸钢钢管和热轧钢管的焊连接来说，即便铸钢钢管与热轧钢管的外径相同，但由于铸钢钢管的壁厚大于热轧钢管的壁厚，故当两种材料的厚度相差较大时，很容易造成焊接处几何形状的不均匀，并导致焊接后的成品明显存在残余应力和焊接缺陷，致使焊缝附近主体金属的残余拉应力常达到钢材的屈服点，而此部位正是形成和发展疲劳裂纹最为敏感的区域。
[0004]综上所述，目前工程中以及前述的各种设计规范、技术规程和焊接手册中均未考虑到铸钢钢管焊接处的疲劳问题，而这一空白的存在，是铸钢钢管和热轧钢管连接而成的焊接件无法满足往复荷载作用下工程技术要求的关键因素。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是解决以上问题，并为此提供一种用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头及焊接方法。该方法的实施，将有效降低焊接处的残余应力，特别是降低其在往复荷载状态下的应力集中，从而提高其疲劳性能。
[0006]本发明的技术方案之一是:
[0007]—种用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头，包括由铸钢钢管和热轧钢管焊接端构成的焊接接头部位，所述的焊接接头部位包括所述铸钢钢管与热轧钢管在焊接端的两个坡口，还包括由所述铸钢钢管的焊接端延伸至热轧钢管内径的垫板，所述垫板的顶部至所述铸钢钢管外径的距离等于所述热轧钢管的壁厚，所述垫板的底部到所述铸钢钢管的内径为坡度过渡。
[0008]两个所述坡口的底部间隙为6mm，两个所述坡口之间的夹角为45°。
[0009]所述垫板的厚度为4?6mm,所述垫板的长度为20?30mm。
[0010]所述垫板底部到所述铸钢钢管内径坡度过渡的倾斜比例为1:6?1:5。
[0011]本发明的技术方案之二是:
[0012]一种采用前述用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头连接铸钢钢管与热轧钢管的焊接方法，包括以下步骤:
[0013](I)整体铸造铸钢钢管，并在整体铸造时预留坡口和垫板；
[0014](2)机械加工并打磨所述热轧钢管焊接端的坡口 ；
[0015](3)机械加工并打磨所述铸钢钢管焊接端的坡口和垫板，使所述垫板顶部至所述铸钢钢管外径的距离等于热轧钢管的壁厚，并使所述垫板底部到所述铸钢钢管内径的倾斜比例在1:6?1:5之间；
[0016](4)采用多层焊缝、连续施焊的方式将所述的铸钢钢管与热轧钢管对接为一体。
[0017]本发明用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头及其焊接方法，充分考虑了现有工程技术以及各种现有的设计规范、技术规程和焊接手册中均未考虑到的铸钢钢管焊接处的疲劳问题，从而掌握了以铸钢钢管和热轧钢管连接而成的焊接件满足往复荷载作用下工程技术要求的关键因素。
[0018]本发明的有益效果在于:
[0019](I)在整体铸造时预留坡口和垫板，可以降低焊接难度，并减小焊接部位的应力集中和焊接产生的残余应力；
[0020](2)两坡口底部间隙、两坡口之间角度、以及垫板尺寸和坡度过渡倾斜比例的合理设置，可以进一步减小焊接处的应力集中，使应力平滑过渡，有效提高往复荷载作用下的疲劳性能；
[0021](3)对接焊缝连接所述的铸钢钢管与热轧钢管时，多层焊缝、连续施焊方式的采用，可以减小焊缝余高，使焊接产品获得更好的外观效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝焊接接头的结构示意图。
[0023]图2是图1中焊接接头部位的放大图。
[0024]图中标记:1-铸钢钢管，2-热轧钢管，3-焊接接头部位，4-坡口，5-垫板。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明更容易被清楚理解，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述:
[0026]参照图1，本发明用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头，其结构包括由铸钢钢管I和热轧钢管2的焊接端构成的焊接接头部位3，所述的焊接接头部位3由坡口 4和垫板5构成。
[0027]在上述设置中:
[0028]所述的坡口 4包括铸钢钢管I与热轧钢管2在焊缝连接处的两个坡口，两坡口底部的间隙尺寸为6mm，两坡口之间的夹角α为45° ;
[0029]所述的垫板5由铸钢钢管I的焊接端机械加工并经打磨而成，其厚度尺寸为4?6mm，其长度尺寸根据焊接时的状态需要在20?30mm之间选择；
[0030]所述垫板5的底部到所述铸钢钢管I的内经为坡度过渡，该坡度的倾斜比例为
1:6 ?1:5ο
[0031]本发明采用对接焊缝连接铸钢钢管与热轧钢管的方法，包括以下步骤:
[0032](I)整体铸造所述的铸钢钢管I与所述的热轧钢管2，为了减小火焰切割带来的残余应力并方便焊接，应在整体铸造时预留坡口 4和垫板5，并使其满足铸造标准中的要求；
[0033](2)机械加工并打磨所述热轧钢管2、焊接端的坡口 4 ；
[0034](3)机械加工并打磨所述铸钢钢管1、焊接端的坡口 4和垫板5，并要求所述垫板5顶部至所述铸钢钢管I外径的距离等于所述热轧钢管2的壁厚，以使焊接后的焊缝趋于平整；为了进一步减小焊接处的应力集中，还应使所述垫板5底部到所述铸钢钢管I内径的倾斜比例在1:6?1:5之间尽量偏小；
[0035](4)进行所述铸钢钢管I与所述热轧钢管2的对接焊缝连接，并在焊接时采用多层焊缝、连续施焊的方式，以尽量减小焊缝余高。
[0036]在本发明中，所述铸钢钢管I的铸造，所述热轧钢管2的机械加工、打磨和焊接操作以及坡口 4和垫板5的预留设置均应符合现行中国工程建设标准化协会《铸钢节点应用技术规程》(CECS235:2008)、《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)和《钢结构焊接规范》(GB50661-2011)的规范标准。
[0037]以上参照附图和实施例，对本发明的技术方案进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的技术人员应能理解，本发明中对接焊缝焊接接头的设置方式以及采用该对接焊缝焊接接头连接铸钢钢管与热轧钢管的焊接方法，均可能在实际应用中略微改变，而其他人员在其启示下也可能做出与本发明相似的设计。特别需要指出的是:只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变或相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头，包括由铸钢钢管和热轧钢管焊接端构成的焊接接头部位，其特征是:所述的焊接接头部位包括铸钢钢管与热轧钢管在焊接端的两个坡口以及由所述铸钢钢管的焊接端延伸至热轧钢管内径的垫板，所述垫板的顶部至所述铸钢钢管外径的距离等于所述热轧钢管的壁厚，所述垫板的底部到所述铸钢钢管的内径为坡度过渡。
2.根据权利要求1所述的用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头，其特征是:两个所述坡口的底部间隙为6mm。
3.根据权利要求1所述的用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头，其特征是:两个所述坡口之间的夹角为45°。
4.根据权利要求1所述的用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头，其特征是:所述垫板的厚度为4?6mm,所述垫板的长度为20?30mm。
5.根据权利要求1所述的用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头，其特征是:所述垫板底部到所述铸钢钢管内径坡度过渡的倾斜比例为1:6?1:5。
6.一种采用权利要求1所述的用于铸钢钢管与热轧钢管对接焊缝的焊接接头连接铸钢钢管与热轧钢管的焊接方法，其特征是:它包括以下步骤: (1)整体铸造铸钢钢管与热轧钢管，并在整体铸造时预留坡口和垫板； (2)打磨并机械加工所述热轧钢管焊接端的坡口； (3)打磨并机械加工所述铸钢钢管焊接端的坡口和垫板，使所述垫板顶部至所述铸钢钢管外径的距离等于热轧钢管的壁厚，并使所述垫板底部到所述铸钢钢管内径的倾斜比例在1:6?1:5之间； (4)以多层焊缝、连续施焊的方式对焊连接铸钢钢管与热轧钢管。
【文档编号】B23K33/00GK104148819SQ201410333866
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】韩庆华, 郭琪, 尹越, 邢颖, 芦燕 申请人:天津大学