用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭及焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭及焊接方法。所述的焊接接頭包括由鑄鋼鋼管和熱軋鋼管焊接端構(gòu)成的焊接接頭部位，所述的焊接接頭部位包括所述鑄鋼鋼管與熱軋鋼管在焊接端的兩個(gè)坡口以及由所述鑄鋼鋼管的焊接端延伸至熱軋鋼管內(nèi)徑的墊板，所述墊板的頂部至所述鑄鋼鋼管外徑的距離等于所述熱軋鋼管的壁厚，所述墊板的底部到所述鑄鋼鋼管的內(nèi)徑為坡度過渡；所述的焊接方法包括鋼管的整體鑄造、機(jī)械加工坡口和墊板以及對(duì)焊連接等步驟。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：可以降低焊接難度，減小焊接部位的應(yīng)力集中和焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，有效提高往復(fù)荷載作用下的疲勞性能，減小焊縫余高，使焊接產(chǎn)品獲得更好的外觀效果。
【專利說明】用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭及焊接方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鑄鋼鋼管和熱軋鋼管的焊接形式，更具體的說，本發(fā)明適用于大跨度鋼結(jié)構(gòu)、橋梁、海洋平臺(tái)等領(lǐng)域中壁厚較大的鑄鋼鋼管與壁厚較小的熱軋鋼管對(duì)接焊縫連接時(shí)的焊接接頭及其焊接方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)行的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)中，僅對(duì)構(gòu)件的疲勞問題采用了容許應(yīng)力法分析，卻沒有對(duì)構(gòu)件焊接處的疲勞問題提出要求；而《鑄鋼鋼管應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(CECS235:2008)中，雖然提出了幾種鑄鋼鋼管的應(yīng)用形式，但沒有對(duì)鑄鋼鋼管及其焊接部位的疲勞問題進(jìn)行分析、計(jì)算及說明；最常用的《焊接手冊(cè)》，也沒有對(duì)焊縫兩側(cè)壁厚相差較大的焊接施工做出規(guī)范。
[0003]本領(lǐng)域技術(shù)人員周知，對(duì)于鑄鋼鋼管和熱軋鋼管的焊連接來說，即便鑄鋼鋼管與熱軋鋼管的外徑相同，但由于鑄鋼鋼管的壁厚大于熱軋鋼管的壁厚，故當(dāng)兩種材料的厚度相差較大時(shí)，很容易造成焊接處幾何形狀的不均勻，并導(dǎo)致焊接后的成品明顯存在殘余應(yīng)力和焊接缺陷，致使焊縫附近主體金屬的殘余拉應(yīng)力常達(dá)到鋼材的屈服點(diǎn)，而此部位正是形成和發(fā)展疲勞裂紋最為敏感的區(qū)域。
[0004]綜上所述，目前工程中以及前述的各種設(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)規(guī)程和焊接手冊(cè)中均未考慮到鑄鋼鋼管焊接處的疲勞問題，而這一空白的存在，是鑄鋼鋼管和熱軋鋼管連接而成的焊接件無法滿足往復(fù)荷載作用下工程技術(shù)要求的關(guān)鍵因素。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是解決以上問題，并為此提供一種用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭及焊接方法。該方法的實(shí)施，將有效降低焊接處的殘余應(yīng)力，特別是降低其在往復(fù)荷載狀態(tài)下的應(yīng)力集中，從而提高其疲勞性能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案之一是:
[0007]—種用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭，包括由鑄鋼鋼管和熱軋鋼管焊接端構(gòu)成的焊接接頭部位，所述的焊接接頭部位包括所述鑄鋼鋼管與熱軋鋼管在焊接端的兩個(gè)坡口，還包括由所述鑄鋼鋼管的焊接端延伸至熱軋鋼管內(nèi)徑的墊板，所述墊板的頂部至所述鑄鋼鋼管外徑的距離等于所述熱軋鋼管的壁厚，所述墊板的底部到所述鑄鋼鋼管的內(nèi)徑為坡度過渡。
[0008]兩個(gè)所述坡口的底部間隙為6mm，兩個(gè)所述坡口之間的夾角為45°。
[0009]所述墊板的厚度為4?6mm,所述墊板的長(zhǎng)度為20?30mm。
[0010]所述墊板底部到所述鑄鋼鋼管內(nèi)徑坡度過渡的傾斜比例為1:6?1:5。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案之二是:
[0012]一種采用前述用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭連接鑄鋼鋼管與熱軋鋼管的焊接方法，包括以下步驟:
[0013](I)整體鑄造鑄鋼鋼管，并在整體鑄造時(shí)預(yù)留坡口和墊板；
[0014](2)機(jī)械加工并打磨所述熱軋鋼管焊接端的坡口 ；
[0015](3)機(jī)械加工并打磨所述鑄鋼鋼管焊接端的坡口和墊板，使所述墊板頂部至所述鑄鋼鋼管外徑的距離等于熱軋鋼管的壁厚，并使所述墊板底部到所述鑄鋼鋼管內(nèi)徑的傾斜比例在1:6?1:5之間；
[0016](4)采用多層焊縫、連續(xù)施焊的方式將所述的鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接為一體。
[0017]本發(fā)明用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭及其焊接方法，充分考慮了現(xiàn)有工程技術(shù)以及各種現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)規(guī)程和焊接手冊(cè)中均未考慮到的鑄鋼鋼管焊接處的疲勞問題，從而掌握了以鑄鋼鋼管和熱軋鋼管連接而成的焊接件滿足往復(fù)荷載作用下工程技術(shù)要求的關(guān)鍵因素。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:
[0019](I)在整體鑄造時(shí)預(yù)留坡口和墊板，可以降低焊接難度，并減小焊接部位的應(yīng)力集中和焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；
[0020](2)兩坡口底部間隙、兩坡口之間角度、以及墊板尺寸和坡度過渡傾斜比例的合理設(shè)置，可以進(jìn)一步減小焊接處的應(yīng)力集中，使應(yīng)力平滑過渡，有效提高往復(fù)荷載作用下的疲勞性能；
[0021](3)對(duì)接焊縫連接所述的鑄鋼鋼管與熱軋鋼管時(shí)，多層焊縫、連續(xù)施焊方式的采用，可以減小焊縫余高，使焊接產(chǎn)品獲得更好的外觀效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫焊接接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是圖1中焊接接頭部位的放大圖。
[0024]圖中標(biāo)記:1-鑄鋼鋼管，2-熱軋鋼管，3-焊接接頭部位，4-坡口，5-墊板。

【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明更容易被清楚理解，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0026]參照?qǐng)D1，本發(fā)明用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭，其結(jié)構(gòu)包括由鑄鋼鋼管I和熱軋鋼管2的焊接端構(gòu)成的焊接接頭部位3，所述的焊接接頭部位3由坡口 4和墊板5構(gòu)成。
[0027]在上述設(shè)置中:
[0028]所述的坡口 4包括鑄鋼鋼管I與熱軋鋼管2在焊縫連接處的兩個(gè)坡口，兩坡口底部的間隙尺寸為6mm，兩坡口之間的夾角α為45° ;
[0029]所述的墊板5由鑄鋼鋼管I的焊接端機(jī)械加工并經(jīng)打磨而成，其厚度尺寸為4?6mm，其長(zhǎng)度尺寸根據(jù)焊接時(shí)的狀態(tài)需要在20?30mm之間選擇；
[0030]所述墊板5的底部到所述鑄鋼鋼管I的內(nèi)經(jīng)為坡度過渡，該坡度的傾斜比例為
1:6 ?1:5ο
[0031]本發(fā)明采用對(duì)接焊縫連接鑄鋼鋼管與熱軋鋼管的方法，包括以下步驟:
[0032](I)整體鑄造所述的鑄鋼鋼管I與所述的熱軋鋼管2，為了減小火焰切割帶來的殘余應(yīng)力并方便焊接，應(yīng)在整體鑄造時(shí)預(yù)留坡口 4和墊板5，并使其滿足鑄造標(biāo)準(zhǔn)中的要求；
[0033](2)機(jī)械加工并打磨所述熱軋鋼管2、焊接端的坡口 4 ；
[0034](3)機(jī)械加工并打磨所述鑄鋼鋼管1、焊接端的坡口 4和墊板5，并要求所述墊板5頂部至所述鑄鋼鋼管I外徑的距離等于所述熱軋鋼管2的壁厚，以使焊接后的焊縫趨于平整；為了進(jìn)一步減小焊接處的應(yīng)力集中，還應(yīng)使所述墊板5底部到所述鑄鋼鋼管I內(nèi)徑的傾斜比例在1:6?1:5之間盡量偏??；
[0035](4)進(jìn)行所述鑄鋼鋼管I與所述熱軋鋼管2的對(duì)接焊縫連接，并在焊接時(shí)采用多層焊縫、連續(xù)施焊的方式，以盡量減小焊縫余高。
[0036]在本發(fā)明中，所述鑄鋼鋼管I的鑄造，所述熱軋鋼管2的機(jī)械加工、打磨和焊接操作以及坡口 4和墊板5的預(yù)留設(shè)置均應(yīng)符合現(xiàn)行中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)《鑄鋼節(jié)點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(CECS235:2008)、《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》(JGJ81-2002)和《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》(GB50661-2011)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。
[0037]以上參照附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了示意性描述，該描述沒有限制性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，本發(fā)明中對(duì)接焊縫焊接接頭的設(shè)置方式以及采用該對(duì)接焊縫焊接接頭連接鑄鋼鋼管與熱軋鋼管的焊接方法，均可能在實(shí)際應(yīng)用中略微改變，而其他人員在其啟示下也可能做出與本發(fā)明相似的設(shè)計(jì)。特別需要指出的是:只要不脫離本發(fā)明的設(shè)計(jì)宗旨，所有顯而易見的改變或相似設(shè)計(jì)，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭，包括由鑄鋼鋼管和熱軋鋼管焊接端構(gòu)成的焊接接頭部位，其特征是:所述的焊接接頭部位包括鑄鋼鋼管與熱軋鋼管在焊接端的兩個(gè)坡口以及由所述鑄鋼鋼管的焊接端延伸至熱軋鋼管內(nèi)徑的墊板，所述墊板的頂部至所述鑄鋼鋼管外徑的距離等于所述熱軋鋼管的壁厚，所述墊板的底部到所述鑄鋼鋼管的內(nèi)徑為坡度過渡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭，其特征是:兩個(gè)所述坡口的底部間隙為6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭，其特征是:兩個(gè)所述坡口之間的夾角為45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭，其特征是:所述墊板的厚度為4?6mm,所述墊板的長(zhǎng)度為20?30mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭，其特征是:所述墊板底部到所述鑄鋼鋼管內(nèi)徑坡度過渡的傾斜比例為1:6?1:5。
6.一種采用權(quán)利要求1所述的用于鑄鋼鋼管與熱軋鋼管對(duì)接焊縫的焊接接頭連接鑄鋼鋼管與熱軋鋼管的焊接方法，其特征是:它包括以下步驟: (1)整體鑄造鑄鋼鋼管與熱軋鋼管，并在整體鑄造時(shí)預(yù)留坡口和墊板； (2)打磨并機(jī)械加工所述熱軋鋼管焊接端的坡口； (3)打磨并機(jī)械加工所述鑄鋼鋼管焊接端的坡口和墊板，使所述墊板頂部至所述鑄鋼鋼管外徑的距離等于熱軋鋼管的壁厚，并使所述墊板底部到所述鑄鋼鋼管內(nèi)徑的傾斜比例在1:6?1:5之間； (4)以多層焊縫、連續(xù)施焊的方式對(duì)焊連接鑄鋼鋼管與熱軋鋼管。
【文檔編號(hào)】B23K33/00GK104148819SQ201410333866
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】韓慶華, 郭琪, 尹越, 邢穎, 蘆燕 申請(qǐng)人:天津大學(xué)