一种间断式角焊方法与流程

本发明涉及结构焊接技术领域，具体涉及一种间断式角焊方法。

背景技术：

船舶船体结构使用的材料都是钢材，这些钢结构的组装都是采用焊接方式连接，几乎所有的连接处都需要焊接。在船体结构的上层居住区域，设计使用了大量3～8mm厚度的钢材以及少量的铝合金和不锈钢，同时上建结构承载载荷不大，考虑到板薄，焊接变形重，矫正工作量大，为了减少变形的同时达到满足要求的连接强度，其中角接焊缝大量采用了间断焊接代替连续焊接，以减少焊接热输入量达到上层居住区域船体结构产品平直度的质量要求。

目前公司建造的所有船舶产品中上建结构仅是干燥区域骨材与内围壁或甲板采用间段焊角接连接，如图1和图2所示，第一工件1′间断式角焊在第二工件2′的表面。第一工件1′和第二工件2′之间没有焊接的地方存在装配间隙，缝隙之间的区域油漆无法喷涂保护，室外制造过程中遇到下雨情况时，位于两个工件之间的缝隙容易渗水造成生锈腐蚀；以及船舶在海上航行过程中，上建室内和室外温差大且潮湿产生冷凝水，水分渗透到两个工件没有焊接的间隙里面，造成生锈腐蚀，影响了钢材的使用寿命，威胁了船舶的使用安全。目前，解决该问题的常规做法是将间断焊焊接修改为连续焊接，设计为连续焊接可以有效防止水分渗透到未焊接部分造成生锈腐蚀，但是会造成焊接工作量和成本增加，以及焊接变形加大和矫正变形工作量加大，影响到船舶的生产效率和成本控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种间断式角焊方法，防止焊接后的两个工件之间的间隙生锈及工件变形。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种间断式角焊方法，提供待角焊的第一工件和第二工件，在所述第一工件的焊接端沿其长度方向间隔加工成型若干凹槽，使所述凹槽沿所述第一工件的厚度方向贯穿所述第一工件，然后将所述焊接端包角焊接至所述第二工件的表面，以形成若干环形的焊缝。

作为间断式角焊方法的一种优选方案，所述凹槽的长度沿所述焊接端的长度方向延伸，且相邻两个所述凹槽之间的距离相等。

作为间断式角焊方法的一种优选方案，所述凹槽的长度为l，所述长度l＝75mm～150mm。

作为间断式角焊方法的一种优选方案，所述第一工件的高度为h，所述凹槽的槽深为h，其中，所述槽深h≤0.25h，且所述槽深h≤75mm。

作为间断式角焊方法的一种优选方案，所述凹槽的长度l与所述凹槽的槽深h的比值l/h≤2。

作为间断式角焊方法的一种优选方案，所述凹槽的槽底与槽壁之间采用第一圆弧过渡。

作为间断式角焊方法的一种优选方案，所述第一圆弧的半径为r1，所述半径r1≥25mm。

作为间断式角焊方法的一种优选方案，所述凹槽的槽底与槽壁之间采用反s型圆弧过渡，所述反s型圆弧包括第二圆弧和第三圆弧，所述第二圆弧的半径r2大于所述第三圆弧的半径r3，所述第二圆弧的一端与所述槽底连接，另一端与所述第三圆弧的一端连接，所述第三圆弧远离所述第二圆弧的一端与所述槽壁连接。

作为间断式角焊方法的一种优选方案，所述槽壁的高度为10～25mm。

作为间断式角焊方法的一种优选方案，包括以下步骤：

s10、根据工件的强度和疲劳要求设计所述凹槽的结构及尺寸并绘制所述凹槽的图形，所述凹槽的槽壁与槽底之间采用圆弧过渡，所述凹槽的长度l与所述凹槽的槽深h的比值l/h≤2，且所述长度l＝75mm～150mm；所述槽深h≤0.25h，且所述槽深h≤75mm；所述凹槽的长度l与所述凹槽的槽深h的比值l/h≤2；所述圆弧半径r≥25mm，所述槽壁的高度为10～25mm；

s20、利用有限元建模分析所述凹槽结构的剪切弯曲强度以及应力集中值，并调整所述凹槽的形状和尺寸，直至所述凹槽结构的剪切和剪切强度以及应力集中值符合所述工件的强度要求；

s30、根据所述凹槽的形状和尺寸进行结构建模，获得所述凹槽的结构；

s40、按照所述凹槽的结构在所述工件的焊接端切割成型所述凹槽；

s50、将所述工件的焊接端包角焊接在另一未开槽的工件表面，打砂喷漆后，完成焊接。

本发明的有益效果：本发明在第一工件的焊接端加工出若干个间隔设置的凹槽，然后将该焊接端包角焊接在第二工件的表面，形成的焊缝由第一工件的一侧经该凹槽绕至该第一工件的另一侧，形成环形的全包结构，可以使焊缝与两个工件之间的间隙完全密封于焊缝中，避免在该间隙处形成积水及受潮湿环境影响而生锈腐蚀；同时未焊接地方有凹槽，凹槽范围内完全可以喷涂油漆保护，避免水分滞留于该凹槽处生锈腐蚀。

附图说明

图1为现有的两个工件的间断式角焊示意图。

图2为图1中的a-a向剖视图。

图3为本发明一实施例的第一工件和第二工件的间断式角焊示意图。

图4为图3中i部分(未焊接)的放大图。

图5为本发明另一实施例的第一工件和第二工件的间断式角焊示意图。

图6为图5中的b-b向剖视图。

图7为图5中ii部分(未焊接)的放大图。

图1中：

1′、第一工件；2′、第二工件；3′、焊缝。

图2至图7中：

1、第一工件；2、第二工件；3、凹槽；31、槽底；32、槽壁；33、第一圆弧；34、第二圆弧；35、第三圆弧；4、焊缝。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之“上”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之“下”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图3至7所示，本发明的实施例提供一种间断式角焊方法，提供待角焊的第一工件1和第二工件2，在第一工件1的焊接端沿其长度方向间隔加工成型若干凹槽3，使凹槽3沿第一工件1的厚度方向贯穿第一工件1，然后将焊接端包角焊接至第二工件2的表面，形成若干环形的焊缝4，沿焊接端的长度方向，焊缝4的两端分别位于与其相邻的两个凹槽3中。本发明在第一工件1的焊接端加工出若干个间隔设置的凹槽3，然后将该焊接端包角焊接在第二工件2的表面，形成的焊缝4由第一工件1的一侧经该凹槽3绕至该第一工件1的另一侧，形成环形的全包结构，可以使焊缝4与两个工件之间的间隙完全密封于焊缝4中，避免在该间隙处形成积水及受潮湿环境影响而生锈腐蚀；同时避免水分滞留于该凹槽3处生锈腐蚀。

本实施例中，开槽之后再进行包角焊接，焊接加热不会破坏凹槽3处在车间时涂覆的底漆；本实施例的间断式包角焊方法应用于制作船舶分段时，开槽会减轻船体结构的空船重量，从而增加载货量；而且减少了焊接长度，节省了焊接时间和焊接材料，降低了焊接成本和火工矫正工作量，缩短了分段的建造周期。

本实施例中，第一工件1和第二工件2为垂直焊接，在其他实施例中，本发明的间断式角焊方法适用于任意角度的角焊接。

本实施例中，凹槽3的长度沿焊接端的长度方向延伸，且相邻两个凹槽3之间的距离相等，以使第一工件1与第二工件3之间的焊接端的连接强度更为均匀，从而提高焊接后的工件的抗疲劳强度。

具体地，凹槽3的长度为l，长度l＝75mm～150mm，具体的长度值依据工件的尺寸而定。

第一工件1的高度为h，凹槽3的槽深为h，其中，槽深h≤0.25h，且槽深h≤75mm，第一工件1角焊接在第二工件2的表面时，在保证两个工件的连接强度的基础上能够实现顺利包角焊，同时提高焊接后的工件的抗疲劳强度。

优选地，凹槽3的长度l与凹槽3的槽深h的比值l/h≤2，以进一步提高焊接后的工件的抗疲劳强度。

在本发明的一实施例中，如图3、图4所示，凹槽3的槽底31与槽壁32之间采用第一圆弧33过渡，以减少两个工件焊接端的应力集中程度。

其中，第一圆弧33的半径为r1，半径r1≥25mm，该第一圆弧33的圆心角小于或等于90°。

在本发明的另一实施例中，如图5至图7所示，凹槽3的槽底31与槽壁32之间依次采用反s型圆弧过渡，所述反s型圆弧包括第二圆弧34和第三圆弧35，第二圆弧34的半径r2大于第三圆弧35的半径r3，第二圆弧34的一端与槽底31连接，另一端与第三圆弧35的一端连接，第三圆弧35远离第二圆弧34的一端与槽壁32连接。槽底31与槽壁32之间采用两段圆弧过渡，可以进一步减少焊接端的应力集中程度。

具体地，第二圆弧34的半径r2为25mm，圆心角为180°，第三圆弧35的半径r3为8mm，圆心角小于或等于90°。

槽壁32的高度为10～25mm，优选为15mm。

本实施例通过对凹槽3的结构和尺寸进行优化，在保证工件具有足够的抗疲劳强度的基础上对焊接端的应力集中程度进行优化。

在本发明一具体的实施例中，间断式角焊方法具体包括以下步骤：

s10、根据工件的强度和疲劳要求设计凹槽3的结构及尺寸并绘制凹槽3的图形，凹槽3的槽壁32与槽底31之间采用圆弧33过渡，凹槽3的长度l与凹槽3的槽深h的比值l/h≤2，且长度l＝75mm～150mm；槽深h≤0.25h，且槽深h≤75mm；凹槽3的长度l与凹槽3的槽深h的比值l/h≤2；圆弧半径r≥25mm，槽壁32的高度为10～25mm；

s20、利用有限元建模分析凹槽3的结构剪切和弯曲强度以及应力集中值，并调整凹槽3的形状和尺寸，直至凹槽3的结构剪切和弯曲强度以及应力集中值符合工件的强度和抗疲劳要求；

s30、根据凹槽3的形状和尺寸进行结构建模，获得凹槽3的结构；

s40、按照凹槽3的结构在工件的焊接端切割成型凹槽3；

s50、将工件的焊接端包角焊接在另一未开槽的工件表面，打砂喷漆后，完成焊接。

本实施例在其中一个工件的焊接端开设若干凹槽3，然后采用间断式包角焊接方法将两个工件进行角焊接，焊缝形成一密闭的环形空间，以阻止水分进入而生锈腐蚀。

本发明的间断式包角焊方法可以应用于船舶的整个上建区域，可以节省焊接材料和人工成本，缩短生产时间，预计每条船的上建的建造可以节省5万余费用。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。