一种钢结构箱型柱电渣焊用内部通水铜块强制冷却装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于焊接技术领域，涉及钢结构箱型柱电渣焊冷却技术。
【背景技术】
[0002] 电渣焊是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热来加热、熔化金属，进而形成焊 缝的一种焊接方法。与常规熔化焊(如CO 2气体保护焊等)相比，电渣焊具有生产效率高，经 济效率好，无污染，不需要开坡口，焊材的消耗小，且由于渣池的预热作用而不易出现淬硬 组织减小了冷裂倾向，电渣焊被广泛运用于厚大构件的焊接领域如建筑钢结构、船舶、压力 容器和桥梁等。
[0003] 在高层建筑的抗弯钢结构框架中，由于箱型柱在两个相互垂直的受力方向上，都 具有非常好的工作性能，可以较好地满足钢柱强度及整体结构的稳定性，同时箱型柱因其 截面积小、承载力大及抗震性能良好，所以国内高层建筑的钢柱一般均采用箱型柱。由于箱 型柱的长度较长，为了提高箱型柱沿长度方向的刚度以控制挠曲变形，一般会在箱型柱内 增加若干隔板，但由于箱型柱隔板与腹板的厚度较大且施焊难度较大，为了提高生产效率， 一般采用具有大线能量特征的电渣焊进行连接。
[0004] 但是电渣焊的焊接热输入远远大于CO2气体保护焊等常规焊接方法，使得电渣焊 接头在焊接热循环中高温停留时间和800~500°C冷却时间（Δ?,υ )明显过长，同时也使 得接头形成过宽的热影响区（HAZ)，产生晶粒粗大和过热组织的倾向较大，易使得电渣焊接 头的冲击韧性较低。特别是在1994年美国Northridge地震和1995年日本发生阪神大地 震以后，通过对建筑钢框架结构所做的专项调查发现，脆性断裂主要起源于工字钢(梁）下 翼缘和箱形柱电渣焊接头的焊缝和热影响区，经过分析发现这主要是由于在焊后梁翼缘的 接头区域韧性较差，在承受地震的冲击载荷以后，由于塑性不足从而导致接头发生脆性断 裂现象。
[0005] 为了提高钢结构箱型柱中电渣焊接头的韧性，陈立功等人在高炉用钢电渣焊过程 中采用超声振动方法来改善焊接接头的综合力学性能。Kitani等人采用低碱性和含有一定 量的Ti-B元素的焊丝，使焊缝能完全形成针状铁素体组织，从而大大提高了电渣焊接头的 韧性。Ricci和Eagar采用调整电渣焊工艺参数来减小接头的热影响区宽度，从而改善接 头的力学性能。但是目前还没有在电渣焊焊接过程中采用强制冷却方式来提高了接头强度 和韧性的研宄。
[0006] 在专利文献号为CN101704162,发明名称为圆筒形纵缝V型坡口的电渣焊方法的 专利文献中，为了将电渣焊方法用于圆筒形纵缝V型坡口的焊接，设计了将冷却铜滑块放 置于V型坡口的开口外侧，冷却铜滑块与焊接熔池直接相接触，使得熔池快速冷却成型。但 是其所设计的冷却铜滑块只是为了使V型坡口封闭，以便在使用电渣焊施焊时液态熔渣及 金属不会外流，而不是用于改善接头的力学性能，仅是为了成型而用，该装置无法用于箱型 柱中已经封闭了的隔板与腹板处电渣焊接头中。同时，该铜滑块随焊接机头保持同步上升， 这对于实际生产中的使用很是繁琐，并且在钢结构箱型柱的电渣焊中焊接机头固定不动， 只是将焊丝伸入到槽里，所以也无法在箱型柱电渣焊中实现该过程。此外，冷却铜滑块内部 的进水口和出水口均与焊缝横向平齐，从而影响到了冷却水的冷却效果，且未能实现冷却 水的循环再利用。并且，由于高温熔池与铜块直接接触，必将对铜块有所伤害，影响到冷却 铜滑块的使用寿命。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种钢结构箱型柱电渣焊用内部 通水铜块强制冷却装置，主要解决焊缝和热影响区在高温时的停留时间过长而产生晶粒粗 大和过热组织的倾向较大的问题。此外该装置还能改变电渣焊构件表面的焊接应力方向， 将拉应力转变为压应力，将有利于提高试件的抗疲劳强度。
[0008] 本实用新型的技术方案如下：
[0009] -种钢结构箱型柱电渣焊用内部通水铜块强制冷却装置，用于钢结构箱型柱的隔 板与腹板处电渣焊接头中，该装置包括号集水箱、2号集水箱、水泵、水阀、水压表、水管、 铜块和U型管道。
[0010] 所述铜块紧贴电渣焊构件的外表面，不与电渣焊的熔池相接触。铜块为长方体块， 内部沿厚度方向设定两排水通道，一排为进水通道，另一排为出水通道，其中靠近电渣焊构 件的那排为进水通道。在铜块的一端由U型管道实现进水通道与出水通道的连通，实现铜 块内部循环通水；铜块的另一端进水通道通过水管连接1号集水箱，出水通道通过水管连 接2号集水箱，在水管管路中连接水泵、水阀和水压表；在水泵的作用下，1号集水箱中的 冷水通过水管抽入铜块的进水通道，经出水通道流出，被收集到2号集水箱，水的流速由水 阀控制调节，并通过水压表观察；1号集水箱和2号集水箱通过水管相连，实现水资源的循 环再利用。
[0011] 为了使该装置具有更大的适用性，可以依据实际箱型柱的高度将若干铜块连接诶 组合，在每一铜块的上下端设有两个双头螺纹孔，两铜块之间通过双头螺栓连接，水通道 上下连通。对于铜块长度，通过大量的调研，采用三种长度的冷却铜块比较合理，分别为 500mm、200mm和100mm，比如700mm长度的试件，可以将一块长为500mm的铜块与200mm的 铜块螺纹孔对孔组立拼接形成700mm长的铜块。
[0012] 在焊前依据构件尺寸准备好铜块以后，将铜块与电渣焊构件点固；然后将水管与 铜孔对接接好以后，在焊前开始通水，通水速度通过水压阀调控，并可通过水压表观察数 值；再开始进行电渣焊焊接；在焊完冷却过程中，也一直保持通水的状态直到冷却到室温， 之后将先停止通水然后取下铜块即可。
[0013] 采用本实用新型提出的钢结构箱型柱电渣焊用内部通水铜块强制冷却装置，使得 大线能量电渣焊焊接过程中的热量散失大大加快。不仅可以大幅缩短电渣焊接头的高温停 留时间和Λ/; __时间，而且还可以显著减少热影响区的宽度，有