U肋全熔透焊接方法与流程

本发明涉及一种焊接方法，具体地说，是一种u肋全熔透焊接方法。

背景技术：

正交异性钢桥面板凭借着重量轻、施工速度快的优势，在国内外大中跨钢结构桥梁面板上获得了广泛应用，钢桥面板结构如图1所示。由于u肋自身的狭长、封闭的结构特性，传统的u肋与面板之间采用外侧单面角焊缝进行焊接，焊缝熔深为u肋板厚的80％。桥梁使用过程中，钢桥面板受到车辆轮压交变荷载，会在u肋内根部产生疲劳裂纹，导致u肋焊缝位置成为钢桥梁安全隐患的高发区，u肋与面板间焊缝质量的好坏，直接影响到桥梁的整体质量和使用寿命。

针对u肋板单元焊接时存在角焊缝根部不能全部熔透，焊缝熔深仅为u肋板厚的80％，因此焊缝易产生疲劳裂纹的问题。全熔透焊缝可以保证焊缝的有效截面积，从而使焊缝与母材等强，避免了部分熔透的焊缝根部易产生应力集中现象。

现有技术中已经从双面焊接和单面焊双面成型两个方向对全熔透焊接进行了研究。对于双面焊接来说，现有技术中主要通过一些特殊的焊接设备，例如ys-1dt6箱管焊机和微型内部焊接小车，进入u肋内部完成焊接工作，外部采用常见的焊接方法即可，以此实现了u肋板全熔透双面焊接工艺。但是这样双面焊接的工艺都会大大增加焊接工作量和劳动成本，因此，u肋板角焊缝单面焊双面成型工艺的研究非常迫切。

对于u肋板全熔透单面焊接双面成型工艺，现有技术(cn105436674a)中已经公开了一种全熔透焊接工艺，在47°装配坡口角度下，采用实心焊丝并通过聚弧脉冲深熔焊枪在平位位置进行深熔焊打底焊接，然后采用药芯焊丝在平位位置或船型位置进行盖面焊接，实现了单面焊双面成型全熔透焊接，改善了u肋角焊缝受力特性、提高u肋焊缝质量、延长桥梁使用寿命。但是发明人在进一步的研究中发现，由于该专利文献中深熔焊打底焊时采用平焊，焊缝背面在凝固过程中因为铁水表面张力易形成凸起咬边现象，如图2所示，该焊缝凸起形成的不圆滑过渡易造成应力集中，在服役过程中，由于受到车辆行走导致的交变荷载，会产生疲劳裂纹倾向严重，最终降低桥梁的使用寿命。

针对上述问题，为了提高u肋角焊缝质量、改善u肋角焊缝受力特性、延长桥梁使用寿命，而提出一种u肋与面板角焊缝内外侧成型良好、焊缝质量优异的全熔透焊接成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

基于现有技术中u肋板全熔透单面焊接双面成型工艺中，由于焊缝背面形成凸起咬边，背面成型差，造成应力集中，降低桥梁的使用寿命的技术问题，本发明中发现在打底焊中，将待焊接的面板相对水平面设置一个特定的夹角，配合特定角度的聚弧脉冲深熔焊枪进行打底焊接，通过重力可以克服铁水表面张力引起的凸起咬边现象，焊缝背面成型优良，过渡圆滑，有效地提升焊接接头的抗疲劳性能。在此基础上，本发明提供了一种u肋与面板角焊缝内外侧成型良好、焊缝质量优异的u肋全熔透焊接方法，包括以下步骤：

一种u肋全熔透焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在u肋上加工出焊接坡口，将u肋放置在待焊接面板上；

(2)使用聚弧脉冲深熔焊枪在u肋一侧肋脚的外部、与水平面成25-40度夹角对一侧肋脚与待焊面板的接头处进行打底焊接，其中，打底焊接在下面的条件下进行：待焊接面板的一端被抬起，u肋与面板形成倒船形位的反向倾角，即使得与u肋一侧肋脚相对的另一侧肋脚处的待焊面板的高度高于u肋一侧肋脚处待焊面板的高度，且待焊面板与水平面之间形成3-18度的夹角；

(3)对u肋一侧肋脚与待焊面板的接头进行盖面焊接。

进一步地，盖面焊接时，转动u肋和待焊接面板，进行船形焊。

进一步地，盖面焊接采用药芯焊丝气体保护焊。

进一步地，焊接坡口的外侧坡口角度为45-65度。

进一步地，u肋厚度为6-10mm。

进一步地，待焊面板的厚度为12-20mm。

进一步地，焊接坡口的坡口间隙小于0.5mm。

进一步地，焊接坡口的钝边小于2mm。

进一步地，u肋一侧肋脚与面板之间的夹角为70-80度。

综上所述，通过本发明中公开的u肋全熔透焊接方法，很好地完成u肋与面板角焊缝的全熔透焊接，并且保证内外侧成型良好。全熔透焊缝保证焊缝的有效截面积，从而保证了焊缝与母材等强，避免了部分熔透焊缝根部易产生应力集中现象。实现u肋板单元全熔透焊接技术的可控性，对提高u肋角焊缝质量、改善u肋角焊缝受力特性、延长桥梁使用寿命均具有重要的价值。另外，此正交异性钢桥面板u肋角焊缝单面焊双面成型焊接工艺在技术的操作性和施工成本、效率都明显优于u肋内部焊接打底或内部贴衬垫外部焊接的工艺方法。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为肋板单元结构示意图；

图2为现有技术中平焊位置打底焊缝成型示意图；

图3为本发明中打底焊接示意图；

图4为本发明中打底焊缝成型示意图；

图5为本发明中盖面焊接示意图。

元件标号如下：

10-u肋

11-一侧肋脚

12-另一侧肋脚

20-面板

30-聚弧脉冲深熔焊枪

a-u肋板与面板夹角

b-外侧坡口角度

c-面板与水平面的夹角

d-焊枪与水平面的夹角

t-u肋的厚度

t-面板的厚度

具体实施方式

现在结合附图，详细介绍本发明的较佳实施方式。虽然本发明的描述将结合各个实施方式一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该几种实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”，是为了更好地描述本发明的较佳实施方式而设定的，不应理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种u肋10与面板20角焊缝内外侧成型良好、焊缝质量优异的u肋10角焊缝全熔透焊接方法，包括以下步骤：

(1)完成焊前打磨准备，将待焊接区域及两侧20～30mm范围打磨清理干净，露出金属光泽，加工焊接坡口，随后将u肋10放置在待焊接面板20上；

(2)如图3所示，使用聚弧脉冲深熔焊枪30在u肋10一侧肋脚11的外部、与水平面成25-40度夹角d对一侧肋脚11与待焊面板20的接头处进行打底焊接，其中，打底焊接在下面的条件下进行：待焊接面板20的一端被抬起，使得与u肋10一侧肋脚11相对的另一侧肋脚12处的待焊面板20的高度高于u肋10一侧肋脚11处待焊面板20的高度，且待焊面板20与水平面之间形成3-18度的夹角c；在打底焊完成过后，打底焊缝成型如图4所示，通过相互配合的焊枪角度和待焊面板20的角度，重力作用会克服铁水表面张力形成的焊缝凸起，相对于现有技术中的如图2所示的采用平焊的焊缝，本发明得到的焊缝背面成型优良，不含有凸起咬边，过渡圆滑，焊接接头抗疲劳性能优异。

(3)对u肋10一侧肋脚11与待焊面板20的接头进行盖面焊接。

优选地，如图5所示，盖面焊接时，转动u肋10和待焊接面板20，进行船形焊，可以充分保证盖面成型良好。

更优选地，盖面焊接采用药芯焊丝气体保护焊。

进一步地，在对u肋10一侧肋脚11进行打磨准备及加工焊接坡口时，优选地，将u肋10的另一侧肋脚12也进行打磨准备及加工焊接坡口。在完成u肋10一侧肋脚11的焊接过后，可以重复步骤(2)和步骤(3)对u肋10的另一侧肋脚12进行焊接。

进一步地，本发明中为了使重力能够恰好克服焊缝背面的铁水表面张力，需要控制待焊接面板20与水平面之间形成3-18度的夹角c。夹角c过小，重力可能不能完全克服铁水表面张力，夹角c过大，铁水可能会沿着面板20向下流动，影响焊缝成型。优选地，待焊接面板20与水平面之间形成为5-12度的夹角c。

进一步地，对于焊接坡口的形式没有特殊的限定，可以是单面坡口、双面对称坡口或双面不对称坡口。优选地，焊接坡口的外侧坡口角度b为45-65度，在该范围内，既能方便焊枪伸到底部，又可以避免焊丝的填充量过大，保证u肋内部焊缝成形均匀美观。

进一步地，受限于现有的焊接工艺，现有技术中使用的u肋10厚度t一般为6-8mm，而通过本发明中的u肋10角焊缝全熔透焊接方法，u肋10的厚度t可以为6-10mm。

进一步地，对于待焊面板20的厚度t，面板20厚度t过低时，可能会存在焊穿面板20的风险，本发明中待焊面板20厚度t优选为12-20mm。

进一步地，根部间隙过大，会增加焊材使用量，并且变形较大，影响焊接精度，优选地，焊接坡口的坡口间隙小于0.5mm。

进一步地，焊接坡口的钝边越小，越易实现全熔透，优选地，本发明中焊接坡口的钝边小于2mm。

进一步地，u肋10一侧肋脚11与面板20之间的夹角a为70-80度。

实施例1

以u肋10板厚t为8mm、面板20厚度t为16mm高强度钢板为例，进行u肋10角焊缝单面焊双面成型全熔透焊接。

1、焊前准备

按图3完成坡口加工及装配，u肋10板厚t为8mm，面板20厚度t为16mm，钢板材质为q345qe。u肋10一侧肋角11与面板20夹角a为75°，焊缝外侧坡口角度b为50°，装配时根部间隙与钝边小于1mm，焊前去除坡口及周围20mm范围内的铁锈、油污。

2、焊接调整

将工件(装配完成的u肋10和面板20)吊运至胎架上，调整胎架形成8°反向倾角c(即使得与u肋一侧肋脚11相对的另一侧肋脚12处的待焊面板20的高度高于u肋10一侧肋脚11处待焊面板20的高度，且待焊面板20与水平面之间形成8度的夹角c)，并调整焊枪使焊枪与水平面的夹角d为32°。

3、打底焊接

进行打底焊接，使用聚弧脉冲深熔焊枪30打底焊接，如图4所示，焊接参数见表1所示。

4、盖面焊接

进行盖面焊接，使用药芯焊丝气保焊，转动胎架使工件处于船焊位置保证盖面成型良好，如图5所示，焊接参数见表1。

表1：焊接工艺参数

通过实施例1得到的u肋10角焊缝的全熔透，焊缝背面不存在凸起咬边，正反面成型良好，抗疲劳性能优异。

综上所述，通过本发明中公开的u肋全熔透焊接方法，很好地完成u肋与面板角焊缝的全熔透焊接，并且保证内外侧成型良好。全熔透焊缝保证焊缝的有效截面积，从而保证了焊缝与母材等强，避免了部分熔透焊缝根部易产生应力集中现象。实现u肋板单元全熔透焊接技术的可控性，对提高u肋角焊缝质量、改善u肋角焊缝受力特性、延长桥梁使用寿命均具有重要的价值。另外，此正交异性钢桥面板u肋角焊缝单面焊双面成型焊接工艺在技术的操作性和施工成本、效率都明显优于u肋内部焊接打底或内部贴衬垫外部焊接的工艺方法。

上述的说明是本发明中具体实施方式的实施例，用于更清楚地说明本发明的发明构思，但其并非是用于对本发明的权利要求范围的限定。根据本发明的发明构思，本领域技术人员能够容易地变型和修改上述的实施例，这些属于本发明的发明构思内的变型和修改均包含在本发明后附的权利要求的范围之内。