一种U肋内外双侧同步焊接方法与流程

本发明涉及钢结构桥梁制造技术领域，特别涉及一种U肋内外双侧同步焊接方法。

背景技术：

桥面正交异性板单元的疲劳裂纹问题，正交异性钢桥面板U肋与桥面板连接焊接接头处萌生的焊根裂纹及焊趾裂纹广受关注，日本九州大学杨沐野等对U肋与桥面板焊根处疲劳问题进行了研究，发现对于不同熔深U肋角焊缝，大部分试件仅发生焊根开裂，桥面板焊趾和焊根同时开裂的情况也有发生，同一焊接接头处焊根焊趾均开裂时，其相互影响不能忽略。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。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，很可能向桥面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，危害桥面板行车安全，此外，该类疲劳裂纹还可能引发涂装剥落、腐蚀等二次病害。

U肋内侧焊接设备采用的焊接小车进入U肋内部，不占用外部空间位置，而整个工艺流程无论是先内焊后外焊，还是先外焊后内焊，其中U肋与桥面板的装配依然采用定位焊点进行装夹固定，每块板单元装配工序需要耗时1小时以上，同时定位焊点因为频繁起弧、熄弧点容易出现焊接缺陷，同时在长期制造中，因为定位焊点导致外侧焊缝的打底焊缝不连续并且影响外侧盖面焊缝的外观质量。

现有技术中U肋焊接工艺为先内焊后外焊，或先外焊后内焊的单侧焊工艺，存在焊缝易烧穿、熔深不稳定而影响桥面板的抗疲劳性能，定位焊处容易出现焊接缺陷，焊接工作效率不高的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种U肋内外双侧同步焊接方法，解决了或部分解决了现有技术中单侧焊工艺存在焊缝易烧穿、熔深不稳定而影响桥面板的抗疲劳性能，定位焊处容易出现焊接缺陷，焊接工作效率不高的技术问题，实现了U肋内外双侧同步焊接，减少焊接时间提高生产率，保证整个焊缝质量，提高桥面板的抗疲劳性能，提高焊接工艺的可靠及稳定性的技术效果。

本发明提供的一种U肋内外双侧同步焊接方法，包括以下步骤：

将待焊接装置的上端面清理干净；

将所述U肋放置在所述待焊接装置的上端面；所述U肋的底端与所述待焊接装置的上端面之间形成装配坡口；

对所述U肋进行定位焊接；

对所述U肋的内侧和外侧进行双侧同步焊接；

对所述U肋的焊缝进行无损检测。

作为优选，所述将待焊接装置的上端面清理干净，包括：

将所述待焊接装置的上端面的待焊接区域及所述待焊接区域的两侧20～30mm范围内的铁锈、油污、油漆及氧化皮打磨清理干净，使所述待焊接区域露出金属光泽。

作为优选，所述装配坡口的钝边为1.4～1.6mm；所述装配坡口的角度为52°～58°；

所述U肋放置在所述待焊接装置的上端面后，所述U肋的组装间隙为0～0.75mm。

作为优选，所述装配坡口的钝边为1.5mm；所述装配坡口的角度为55°。

作为优选，所述对所述U肋进行定位焊接，包括：

通过实心焊丝在所述U肋的平位位置进行定位焊接；

所述定位焊接采用CO₂气体保护焊；

所述定位焊接的焊缝间距为300～400mm，焊缝长度为40～50mm，焊缝厚度为3～4mm。

作为优选，所述对所述U肋的内侧和外侧进行双侧同步焊接，包括：

采用实心焊丝三元混合气体保护焊对所述U肋的内侧和外侧进行第一次的双侧同步焊接，形成坡口的第一道焊缝；

采用金属粉芯二氧化碳气体保护焊对所述U肋的内侧和外侧进行第二次的双侧同步焊接，形成所述坡口的第二道焊缝。

作为优选，所述双侧同步焊接的速度为300～350mm；

所述U肋的外侧的所述第一道焊缝的焊枪与所述第二道焊缝的焊枪的间距为300mm。

作为优选，所述实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝为表面无镀铜焊丝，保护气体的各组分的体积百分比为：Ar为84％，CO₂为14％，O₂为2％。

作为优选，所述实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝的牌号为GWL-W56，直径为1.2mm；

所述金属粉芯二氧化碳气体保护焊的金属粉芯的型号为E500T-1，直径为1.4mm。

作为优选，通过超声相控阵无损检测对所述U肋的焊缝的内部缺陷进行检测。

本申请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：

由于采用了对待焊接区域及两侧进行清理，合理设置装配坡口，对U肋内侧和外侧进行双侧同步焊接，使U肋与桥面板之间的连接焊缝由单侧角焊缝改变为双侧角焊缝形式，大幅降低焊根处及桥面板焊趾处的拉应力值，从而避免焊缝焊根处萌生的疲劳裂纹，保证整个焊缝质量，提高桥面板焊趾处疲劳性能；同时，双侧同步焊接能避免定位焊点导致的外侧打底焊缝不连续并影响外侧盖面焊缝的外观质量，提高焊接工作效率。这样，有效解决了现有技术中单侧焊工艺存在焊缝易烧穿、熔深不稳定而影响桥面板的抗疲劳性能，定位焊处容易出现焊接缺陷，焊接工作效率不高的技术问题，实现了U肋内外双侧同步焊接，减少焊接时间提高生产率，保证整个焊缝质量，提高桥面板的抗疲劳性能，提高焊接工艺的可靠及稳定性的技术效果。

附图说明

图1为本发明提供的U肋内外双侧同步焊接方法的流程图；

图2为本发明提供的双侧同步焊接装置的结构示意图。

(图中各标号代表的部件依次为：1门式行走机构、2自动送丝机构、3液压自动对中机构、4等距同步焊接系统、5内焊自动小车、6焊接操作平台、7能源及控制系统)

具体实施方式

本申请实施例提供了一种U肋内外双侧同步焊接方法，解决了或部分解决了现有技术中单侧焊工艺存在焊缝易烧穿、熔深不稳定而影响桥面板的抗疲劳性能，定位焊处容易出现焊接缺陷，焊接工作效率不高的技术问题，通过对待焊接区域及两侧进行清理，合理设置装配坡口，对U肋内侧和外侧进行双侧同步焊接，实现了U肋内外双侧同步焊接，减少焊接时间提高生产率，保证整个焊缝质量，提高桥面板的抗疲劳性能，提高焊接工艺的可靠及稳定性的技术效果。

参见附图1，本发明提供的一种U肋内外双侧同步焊接方法，包括以下步骤：

S1：将待焊接装置的上端面清理干净；具体为：将待焊接装置的上端面的待焊接区域及待焊接区域的两侧20～30mm范围内的铁锈、油污、油漆及氧化皮打磨清理干净，使待焊接区域及两侧露出金属光泽，以避免上述杂质影响焊缝质量。

S2：将U肋放置在待焊接装置的上端面；U肋的底端与待焊接装置的上端面之间形成装配坡口；装配坡口的钝边为1.4～1.6mm；装配坡口的角度为52°～58°；U肋放置在待焊接装置的上端面后，U肋的组装间隙为0～0.75mm。作为一种优选的实施例，装配坡口的钝边为1.5mm；装配坡口的角度为55°。

S3：对U肋进行定位焊接；具体为：通过实心焊丝在U肋的平位位置进行定位焊接；定位焊接采用CO₂气体保护焊；定位焊接的焊缝间距为300～400mm，焊缝长度为40～50mm，焊缝厚度为3～4mm。

S4：对U肋的内侧和外侧进行双侧同步焊接；其中，采用实心焊丝三元混合气体保护焊对U肋的内侧和外侧进行第一次的双侧同步焊接，形成坡口的第一道焊缝；采用金属粉芯二氧化碳气体保护焊对U肋的内侧和外侧进行第二次的双侧同步焊接，形成坡口的第二道焊缝。实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝为表面无镀铜焊丝，实芯焊丝无熔渣，不影响后续焊缝的焊接外观质量。保护气体的各组分的体积百分比为：Ar为84％，CO₂为14％，O₂为2％。实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝的牌号为GWL-W56，直径为1.2mm；金属粉芯二氧化碳气体保护焊的金属粉芯的型号为E500T-1，直径为1.4mm。

S5：对U肋的焊缝进行无损检测，具体为：通过超声相控阵无损检测对U肋焊缝的内部缺陷进行检测，若不满足设定的质量验收标准，则进行返修焊接。

其中，通过对待焊接区域及两侧进行清理，合理设置装配坡口，对U肋内侧和外侧进行双侧同步焊接，使U肋与桥面板之间的连接焊缝由单侧角焊缝改变为双侧角焊缝形式，大幅降低焊根处及桥面板焊趾处的拉应力值，从而避免焊缝焊根处萌生的疲劳裂纹，保证整个焊缝质量，提高桥面板焊趾处疲劳性能；同时，双侧同步焊接能避免定位焊点导致的外侧打底焊缝不连续并影响外侧盖面焊缝的外观质量，提高焊接工作效率。通过选择合适的焊接形式，选择内外侧等距焊接，保证了U肋内侧焊接的低飞溅率，便于焊缝外观质量的及时监控，提高焊接工艺的可靠及稳定性。通过设定具有针对性的质量验收标准，减少不必要的返修，提高焊缝依次合格率。

进一步的，U肋内侧的焊接电流和电压根据焊接工艺评定试验确定，双侧同步焊接的速度为300～350mm；U肋的外侧的第一道焊缝的焊枪与第二道焊缝的焊枪的间距为300mm。

进一步的，该U肋内外双侧同步焊接方法通过对应的双侧同步焊接装置实现，参见附图2，双侧同步焊接装置包括：门式行走机构1、焊接操作平台6、液压自动对中机构3、内焊自动小车5、等距同步焊接系统4、自动送丝机构2、能源及控制系统7；待焊接装置固定在焊接操作平台6上，焊接操作平台6两侧设置滑轨，门式行走机构1两端的支撑柱分别滑动设置在两条滑轨上。液压自动对中机构3、等距同步焊接系统4、自动送丝机构2吊设在门式行走机构1上。同时，该双侧同步焊接装置就还设置有送气装置及冷却系统，送气装置用于焊接时提供保护气体。冷却系统用于内焊自动小车5及等距同步焊接系统4的冷却降温。焊接作业时，内焊自动小车5设置在U肋内部，用于U肋两端内侧焊缝的焊接；等距同步焊接系统4设置在U肋外部，用于U肋两端外侧焊缝的焊接；自动送丝机构2在内焊自动小车5及等距同步焊接系统4的滑移过程中不断输送焊丝；液压自动对中机构3控制内焊自动小车5及等距同步焊接系统4始终保持沿U肋的中心线滑移，通过能源及控制系统7驱动门式行走机构1滑移在滑轨上，进而带动内焊自动小车5和等距同步焊接系统4同步作业，完成U肋内外双侧的同步焊接作业。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

实施例一

以3根U肋桥面板为例，U肋内外双侧同步焊接方法对应的双侧同步焊接装置包括：门式行走机构1、焊接操作平台6、3套液压自动对中机构3、3个内焊自动小车5、3个等距同步焊接系统4、3套自动送丝机构2、能源及控制系统7；3个内焊自动小车5分别位于3根U肋的内部。3套液压自动对中机构3、3个等距同步焊接系统4及3套自动送丝机构2设置在门式行走机构1上，3个等距同步焊接系统4分别对应3根U肋设置。该U肋内外双侧同步焊接方法包括以下步骤：

S1：将桥面板的上端面的待焊接区域及待焊接区域的两侧22mm范围内的铁锈、油污、油漆及氧化皮打磨清理干净，使待焊接区域及两侧露出金属光泽。

S2：将3根U肋放置在桥面板的上端面；U肋的底端与桥面板的上端面之间形成装配坡口；装配坡口的钝边为1.4mm；装配坡口的角度为53°；U肋放置在桥面板的上端面后，U肋的组装间隙为0.15mm。

S3：通过实心焊丝在U肋的平位位置进行定位焊接；定位焊接采用CO₂气体保护焊；定位焊接的焊缝间距为320mm，焊缝长度为42mm，焊缝厚度为3.2mm。

S4：对U肋的内侧和外侧进行双侧同步焊接；其中，采用实心焊丝三元混合气体保护焊对U肋的内侧和外侧进行第一次的双侧同步焊接，形成坡口的第一道焊缝；采用金属粉芯二氧化碳气体保护焊对U肋的内侧和外侧进行第二次的双侧同步焊接，形成坡口的第二道焊缝。实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝为表面无镀铜焊丝。保护气体的各组分的体积百分比为：Ar为84％，CO₂为14％，O₂为2％。实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝的牌号为GWL-W56，直径为1.2mm；金属粉芯二氧化碳气体保护焊的金属粉芯的型号为E500T-1，直径为1.4mm。

S5：通过超声相控阵无损检测对U肋焊缝的内部缺陷进行检测，若不满足设定的质量验收标准，则进行返修焊接。

实施例二

以3根U肋桥面板为例，U肋内外双侧同步焊接方法对应的双侧同步焊接装置包括：门式行走机构1、焊接操作平台6、3套液压自动对中机构3、3个内焊自动小车5、3个等距同步焊接系统4、3套自动送丝机构2、能源及控制系统7；3个内焊自动小车5分别位于3根U肋的内部。3套液压自动对中机构3、3个等距同步焊接系统4及3套自动送丝机构2设置在门式行走机构1上，3个等距同步焊接系统4分别对应3根U肋设置。该U肋内外双侧同步焊接方法包括以下步骤：

S1：将桥面板的上端面的待焊接区域及待焊接区域的两侧24mm范围内的铁锈、油污、油漆及氧化皮打磨清理干净，使待焊接区域及两侧露出金属光泽。

S2：将3根U肋放置在桥面板的上端面；U肋的底端与桥面板的上端面之间形成装配坡口；装配坡口的钝边为1.5mm；装配坡口的角度为54°；U肋放置在桥面板的上端面后，U肋的组装间隙为0.30mm。

S3：通过实心焊丝在U肋的平位位置进行定位焊接；定位焊接采用CO₂气体保护焊；定位焊接的焊缝间距为340mm，焊缝长度为44mm，焊缝厚度为3.4mm。

S4：对U肋的内侧和外侧进行双侧同步焊接；其中，采用实心焊丝三元混合气体保护焊对U肋的内侧和外侧进行第一次的双侧同步焊接，形成坡口的第一道焊缝；采用金属粉芯二氧化碳气体保护焊对U肋的内侧和外侧进行第二次的双侧同步焊接，形成坡口的第二道焊缝。实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝为表面无镀铜焊丝。保护气体的各组分的体积百分比为：Ar为84％，CO₂为14％，O₂为2％。实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝的牌号为GWL-W56，直径为1.2mm；金属粉芯二氧化碳气体保护焊的金属粉芯的型号为E500T-1，直径为1.4mm。

S5：通过超声相控阵无损检测对U肋焊缝的内部缺陷进行检测，若不满足设定的质量验收标准，则进行返修焊接。

实施例三

以3根U肋桥面板为例，U肋内外双侧同步焊接方法对应的双侧同步焊接装置包括：门式行走机构1、焊接操作平台6、3套液压自动对中机构3、3个内焊自动小车5、3个等距同步焊接系统4、3套自动送丝机构2、能源及控制系统7；3个内焊自动小车5分别位于3根U肋的内部。3套液压自动对中机构3、3个等距同步焊接系统4及3套自动送丝机构2设置在门式行走机构1上，3个等距同步焊接系统4分别对应3根U肋设置。该U肋内外双侧同步焊接方法包括以下步骤：

S1：将桥面板的上端面的待焊接区域及待焊接区域的两侧26mm范围内的铁锈、油污、油漆及氧化皮打磨清理干净，使待焊接区域及两侧露出金属光泽。

S2：将3根U肋放置在桥面板的上端面；U肋的底端与桥面板的上端面之间形成装配坡口；装配坡口的钝边为1.5mm；装配坡口的角度为55°；U肋放置在桥面板的上端面后，U肋的组装间隙为0.45mm。

S3：通过实心焊丝在U肋的平位位置进行定位焊接；定位焊接采用CO₂气体保护焊；定位焊接的焊缝间距为360mm，焊缝长度为46mm，焊缝厚度为3.5mm。

S4：对U肋的内侧和外侧进行双侧同步焊接；其中，采用实心焊丝三元混合气体保护焊对U肋的内侧和外侧进行第一次的双侧同步焊接，形成坡口的第一道焊缝；采用金属粉芯二氧化碳气体保护焊对U肋的内侧和外侧进行第二次的双侧同步焊接，形成坡口的第二道焊缝。实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝为表面无镀铜焊丝。保护气体的各组分的体积百分比为：Ar为84％，CO₂为14％，O₂为2％。实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝的牌号为GWL-W56，直径为1.2mm；金属粉芯二氧化碳气体保护焊的金属粉芯的型号为E500T-1，直径为1.4mm。

S5：通过超声相控阵无损检测对U肋焊缝的内部缺陷进行检测，若不满足设定的质量验收标准，则进行返修焊接。

实施例四

以3根U肋桥面板为例，U肋内外双侧同步焊接方法对应的双侧同步焊接装置包括：门式行走机构1、焊接操作平台6、3套液压自动对中机构3、3个内焊自动小车5、3个等距同步焊接系统4、3套自动送丝机构2、能源及控制系统7；3个内焊自动小车5分别位于3根U肋的内部。3套液压自动对中机构3、3个等距同步焊接系统4及3套自动送丝机构2设置在门式行走机构1上，3个等距同步焊接系统4分别对应3根U肋设置。该U肋内外双侧同步焊接方法包括以下步骤：

S1：将桥面板的上端面的待焊接区域及待焊接区域的两侧28mm范围内的铁锈、油污、油漆及氧化皮打磨清理干净，使待焊接区域及两侧露出金属光泽。

S2：将3根U肋放置在桥面板的上端面；U肋的底端与桥面板的上端面之间形成装配坡口；装配坡口的钝边为1.5mm；装配坡口的角度为56°；U肋放置在桥面板的上端面后，U肋的组装间隙为0.55mm。

S3：通过实心焊丝在U肋的平位位置进行定位焊接；定位焊接采用CO₂气体保护焊；定位焊接的焊缝间距为380mm，焊缝长度为48mm，焊缝厚度为3.8mm。

S4：对U肋的内侧和外侧进行双侧同步焊接；其中，采用实心焊丝三元混合气体保护焊对U肋的内侧和外侧进行第一次的双侧同步焊接，形成坡口的第一道焊缝；采用金属粉芯二氧化碳气体保护焊对U肋的内侧和外侧进行第二次的双侧同步焊接，形成坡口的第二道焊缝。实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝为表面无镀铜焊丝。保护气体的各组分的体积百分比为：Ar为84％，CO₂为14％，O₂为2％。实心焊丝三元混合气体保护焊的实心焊丝的牌号为GWL-W56，直径为1.2mm；金属粉芯二氧化碳气体保护焊的金属粉芯的型号为E500T-1，直径为1.4mm。

S5：通过超声相控阵无损检测对U肋焊缝的内部缺陷进行检测，若不满足设定的质量验收标准，则进行返修焊接。

本申请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：

由于采用了对待焊接区域及两侧进行清理，合理设置装配坡口，对U肋内侧和外侧进行双侧同步焊接，U肋与桥面板之间的连接焊缝由单侧角焊缝改变为双侧角焊缝形式，大幅降低焊根处及桥面板焊趾处的拉应力值，从而避免焊缝焊根处萌生的疲劳裂纹，保证整个焊缝质量，提高桥面板焊趾处疲劳性能；同时，双侧同步焊接能避免定位焊点导致的外侧打底焊缝不连续并影响外侧盖面焊缝的外观质量，提高焊接工作效率。这样，有效解决了现有技术中单侧焊工艺存在焊缝易烧穿、熔深不稳定而影响桥面板的抗疲劳性能，定位焊处容易出现焊接缺陷，焊接工作效率不高的技术问题，实现了U肋内外双侧同步焊接，减少焊接时间提高生产率，保证整个焊缝质量，提高桥面板的抗疲劳性能，提高焊接工艺的可靠及稳定性的技术效果。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。