系杆拱桥的焊接控制方法与流程

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本发明涉及桥梁建设的技术领域，具体地，涉及一种系杆拱桥的焊接控制方法。背景技术：2.系杆拱桥的跨径较大，有的跨径在120米左右，拱桥的施工采用现场分段拼装的施工工艺。由于相关的钢结构之间需要焊接，所以在现场拼装施工的过程中有大量的焊接任务，部分焊缝位置空间有限且处于施工困难。3.目前的焊接施工中，普遍存在的缺陷在于：焊接辅助施工量较大，影响施工进度、浪费人力物力，并且作业空间有限，不便于施工，而且无法精确控制整体节段对位焊接变形的应力和应变，难以保证拱桥内力和线性控制在合理范围内。技术实现要素：4.为了解决现有技术中的缺陷，本发明提供了一种系杆拱桥的焊接控制方法。本发明的方法施工灵活，焊接工程量少，不受作业空间的限制，能够保障施工安全、减轻工人劳动强度，能提高焊接效率，保证焊缝质量；减少了拱桥结构的焊接应力，保证了拱桥线形和结构内力要求，进而能够有效保证系杆拱桥整体的安装精度控制要求。5.为实现上述目的，本发明提供了一种系杆拱桥的焊接控制方法，包括以下步骤：6.(1)系杆结构焊接：将相互平行的两系杆结构与拱脚拼装到位，根据系杆结构长度以及焊缝的距离，预留焊缝收缩量，从各系杆结构的每一需焊接处的两侧同时进行全周长自动焊接，保证系杆结构焊接的自由伸缩，减少焊接应力；7.(2)横梁结构焊接：将多个横梁结构在两系杆结构之间拼装到位，从各横梁结构与系杆结构间的每一需焊接处的两侧同时进行全周长自动焊接，焊接前对每一需焊接处进行预先热处理，焊接后进行冷却；8.(3)拱肋结构焊接：将相互平行的两拱肋结构按线型要求与拱脚拼装到位，从各拱肋结构的每一需焊接处的底板向顶部进行全周长自动焊接，焊接前对每一需焊接处进行预先热处理，焊接后进行冷却；9.(4)拱肋结构与系杆结构间焊接：根据实际需要，依次将拱肋结构与拱脚间、系杆结构与拱脚间需焊接处进行全周长自动焊接；10.(5)风撑主管间焊接；将风撑主管之间先拼装到位后进行自动焊接，并预留焊缝收缩量；11.其中，所述的自动焊接采用自动焊接装置进行，所述自动焊接装置包括核心控制单元、自调整攀附移动结构和自调整焊接单元、焊缝质量检测器；所述核心控制单元根据指令控制自调整攀附移动单元、自调整焊接单元和焊缝质量检测器，所述自调整攀附移动单元具有可折叠伸展的多节段固定杆和行走器，自调整焊接单元具有可调整长度的细长焊接臂及位于其自由端的焊接机构。12.优选的，在所述步骤(2)和(3)中，所述预先热处理为采用电感热装置进行升温加热处理，所述冷却为采取风冷处理；升温加热处理为3min内升温到90℃，风冷处理为用吹风装置在5min内降温到40℃。13.在上述任一方案中优选的是，在进行各结构件的拼装时，为了避免拼装时的反复调整，保证拼装精度，利用电脑三维空间模型放样，提供坐标点，各结构件进行吊线定位，并结合辅助拼装件进行相邻节段的安装定位。14.在上述任一方案中优选的是，焊接前将焊接处周围8-10cm范围内仔细清理，彻底地将杂质清除干净，清理后在12-14小时之内完成焊接，以防再次生锈或被污染；焊接采用co2气体保护焊，焊接材料采用碳钢氩弧焊丝结合氟碱型高碱度烧结焊剂，焊丝的直径为1.6mm；使得焊缝具有较好的抗裂性，可减少纵向裂纹产生，熔敷的金属具有良好的力学性能；气体保护焊电流为190-200a,电压为33-35v,气体流量为20-22l/min，以确保焊缝结构的低温冲击韧性。15.在上述任一方案中优选的是，系杆结构的节段匹配制造时两端留有15-20cm的余长，在拼装时切除余长，通过辅助拼装件将安装公差调整在设计允许范围之内，之后焊接辅助拼装件，保证系杆结构安装的环缝焊接间隙的一致。16.在上述任一方案中优选的是，在所述步骤(3)中，各拱肋结构由多个拱肋节段拼装组成，相邻拱肋节段之间的拼装位置设置为榫卯结构，在进行拱肋节段焊接时，在拼装位置设置辅助拼装件，并对拼装位置及辅助拼装件进行焊接，即可通过辅助拼装件和焊接将所要拼装的拱肋节段整体形成完整的拱肋结构；完成所有的拱肋节段焊接后，将通过拼装和焊接制作好的拱肋结构吊装，并与拱脚拼装到位。17.在上述任一方案中优选的是，所述焊缝质量检测器位于焊接机构上，可在自动焊接过程中实时自动检测焊缝质量，提高焊接质量的检测效果和效率。18.本发明的有益效果为：19.1.本发明的方法施工灵活，焊接工程量少，不受作业空间的限制，能够保障施工安全、减轻工人劳动强度，能提高焊接效率，保证焊缝质量；减少了拱桥结构的焊接应力，保证了拱桥线形和结构内力要求，进而能够有效保证系杆拱桥整体的安装精度控制要求。20.2.采用本发明的方法，无论是焊缝的熔透性、熔深度或是外观成型以及焊接接头各项机械性能指标均满足设计技术指标要求。经无损检测资料统计,焊缝一次探伤合格率达到了99.2％,消除了焊缝易产生的未焊透、裂纹、气孔和焊偏等缺陷,外观成型较好；焊接接头低温冲击韧性有了大幅度提高,焊缝强度得到了有效控制。21.3.本发明在焊接过程中随时检测焊接变形，及时配合修整，确保构件之间的焊接变形得到有效控制。22.4.通过本发明的焊接方法，有效提高了系杆拱桥的焊接质量和工作效率，加快了工程施工进度，为今后类似桥梁的焊接施工积累了经验，具有借鉴意义。具体实施方式23.下面将结合本技术的具体实施方式对本技术的技术方案进行详细的说明，但如下实施例仅是用以理解本发明，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，本技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。24.实施例125.一种系杆拱桥的焊接控制方法，包括以下步骤：26.(1)系杆结构焊接：将相互平行的两系杆结构与拱脚拼装到位，根据系杆结构长度以及焊缝的距离，预留焊缝收缩量，从各系杆结构的每一需焊接处的两侧同时进行全周长自动焊接，保证系杆结构焊接的自由伸缩，减少焊接应力；27.(2)横梁结构焊接：将多个横梁结构在两系杆结构之间拼装到位，从各横梁结构与系杆结构间的每一需焊接处的两侧同时进行全周长自动焊接，焊接前对每一需焊接处进行预先热处理，焊接后进行冷却；28.(3)拱肋结构焊接：将相互平行的两拱肋结构按线型要求与拱脚拼装到位，从各拱肋结构的每一需焊接处的底板向顶部进行全周长自动焊接，焊接前对每一需焊接处进行预先热处理，焊接后进行冷却；29.(4)拱肋结构与系杆结构间焊接：根据实际需要，依次将拱肋结构与拱脚间、系杆结构与拱脚间需焊接处进行全周长自动焊接；30.(5)风撑主管间焊接；将风撑主管之间先拼装到位后进行自动焊接，并预留焊缝收缩量；31.其中，所述的自动焊接采用自动焊接装置进行，所述自动焊接装置包括核心控制单元、自调整攀附移动结构和自调整焊接单元、焊缝质量检测器；所述核心控制单元根据指令控制自调整攀附移动单元、自调整焊接单元和焊缝质量检测器，所述自调整攀附移动单元具有可折叠伸展的多节段固定杆和行走器，自调整焊接单元具有可调整长度的细长焊接臂及位于其自由端的焊接机构。32.在所述步骤(2)和(3)中，所述预先热处理为采用电感热装置进行升温加热处理，所述冷却为采取风冷处理；升温加热处理为3min内升温到90℃，风冷处理为用吹风装置在5min内降温到40℃。33.在进行各结构件的拼装时，为了避免拼装时的反复调整，保证拼装精度，利用电脑三维空间模型放样，提供坐标点，各结构件进行吊线定位，并结合辅助拼装件进行相邻节段的安装定位。34.焊接前将焊接处周围8cm范围内仔细清理，彻底地将杂质清除干净，清理后在14小时之内完成焊接，以防再次生锈或被污染；焊接采用co2气体保护焊，焊接材料采用碳钢氩弧焊丝结合氟碱型高碱度烧结焊剂，焊丝的直径为1.6mm；使得焊缝具有较好的抗裂性，可减少纵向裂纹产生，熔敷的金属具有良好的力学性能；气体保护焊电流为190-a,电压为35v,气体流量为20l/min，以确保焊缝结构的低温冲击韧性。35.系杆结构的节段匹配制造时两端留有20cm的余长，在拼装时切除余长，通过辅助拼装件将安装公差调整在设计允许范围之内，之后焊接辅助拼装件，保证系杆结构安装的环缝焊接间隙的一致。36.在所述步骤(3)中，各拱肋结构由多个拱肋节段拼装组成，相邻拱肋节段之间的拼装位置设置为榫卯结构，在进行拱肋节段焊接时，在拼装位置设置辅助拼装件，并对拼装位置及辅助拼装件进行焊接，即可通过辅助拼装件和焊接将所要拼装的拱肋节段整体形成完整的拱肋结构；完成所有的拱肋节段焊接后，将通过拼装和焊接制作好的拱肋结构吊装，并与拱脚拼装到位。37.所述焊缝质量检测器位于焊接机构上，可在自动焊接过程中实时自动检测焊缝质量，提高焊接质量的检测效果和效率。38.实施例239.一种系杆拱桥的焊接控制方法，包括以下步骤：40.(1)系杆结构焊接：将相互平行的两系杆结构与拱脚拼装到位，根据系杆结构长度以及焊缝的距离，预留焊缝收缩量，从各系杆结构的每一需焊接处的两侧同时进行全周长自动焊接，保证系杆结构焊接的自由伸缩，减少焊接应力；41.(2)横梁结构焊接：将多个横梁结构在两系杆结构之间拼装到位，从各横梁结构与系杆结构间的每一需焊接处的两侧同时进行全周长自动焊接，焊接前对每一需焊接处进行预先热处理，焊接后进行冷却；42.(3)拱肋结构焊接：将相互平行的两拱肋结构按线型要求与拱脚拼装到位，从各拱肋结构的每一需焊接处的底板向顶部进行全周长自动焊接，焊接前对每一需焊接处进行预先热处理，焊接后进行冷却；43.(4)拱肋结构与系杆结构间焊接：根据实际需要，依次将拱肋结构与拱脚间、系杆结构与拱脚间需焊接处进行全周长自动焊接；44.(5)风撑主管间焊接；将风撑主管之间先拼装到位后进行自动焊接，并预留焊缝收缩量；45.其中，所述的自动焊接采用自动焊接装置进行，所述自动焊接装置包括核心控制单元、自调整攀附移动结构和自调整焊接单元、焊缝质量检测器；所述核心控制单元根据指令控制自调整攀附移动单元、自调整焊接单元和焊缝质量检测器，所述自调整攀附移动单元具有可折叠伸展的多节段固定杆和行走器，自调整焊接单元具有可调整长度的细长焊接臂及位于其自由端的焊接机构。46.在所述步骤(2)和(3)中，所述预先热处理为采用电感热装置进行升温加热处理，所述冷却为采取风冷处理；升温加热处理为3min内升温到90℃，风冷处理为用吹风装置在5min内降温到40℃。47.在进行各结构件的拼装时，为了避免拼装时的反复调整，保证拼装精度，利用电脑三维空间模型放样，提供坐标点，各结构件进行吊线定位，并结合辅助拼装件进行相邻节段的安装定位。48.焊接前将焊接处周围10cm范围内仔细清理，彻底地将杂质清除干净，清理后在12小时之内完成焊接，以防再次生锈或被污染；焊接采用co2气体保护焊，焊接材料采用碳钢氩弧焊丝结合氟碱型高碱度烧结焊剂，焊丝的直径为1.6mm；使得焊缝具有较好的抗裂性，可减少纵向裂纹产生，熔敷的金属具有良好的力学性能；气体保护焊电流为200a,电压为33v,气体流量为22l/min，以确保焊缝结构的低温冲击韧性。49.系杆结构的节段匹配制造时两端留有15cm的余长，在拼装时切除余长，通过辅助拼装件将安装公差调整在设计允许范围之内，之后焊接辅助拼装件，保证系杆结构安装的环缝焊接间隙的一致。50.在所述步骤(3)中，各拱肋结构由多个拱肋节段拼装组成，相邻拱肋节段之间的拼装位置设置为榫卯结构，在进行拱肋节段焊接时，在拼装位置设置辅助拼装件，并对拼装位置及辅助拼装件进行焊接，即可通过辅助拼装件和焊接将所要拼装的拱肋节段整体形成完整的拱肋结构；完成所有的拱肋节段焊接后，将通过拼装和焊接制作好的拱肋结构吊装，并与拱脚拼装到位。本发明对拱肋结构进行合理分段，焊接长度满足完全满足拼装安全要求。本发明通过板条状的辅助拼装件，方便对拱肋结构对接两端形状位置的调整，而且还有效地保证了加工精度。采用本发明进行施工可以完全抛弃传统的增加额外支架的施工方式。因此本发明不仅具有不需要外支护的优点，而且还具有施工快捷方便、结构简单、施工质量好、成本低、稳定性好等优点。51.所述焊缝质量检测器位于焊接机构上，可在自动焊接过程中实时自动检测焊缝质量，提高焊接质量的检测效果和效率。52.此外，为了进一步提高本发明的技术效果，该实施例中，所述焊缝质量检测器包括检测激发单元和检测获取单元，检测激发单元包括伦琴射线激发器、伦琴射线激发器的射线方向朝向焊缝，并通过核心控制单元的控制产生射线。检测接收单元包括焊缝监控探头和全景监控探头；所述全景监控探头通过通过核心控制单元的控制可调节角度和方向，所述焊缝监控探头与焊缝垂直，接收伦琴射线对焊缝照射的投影影像，并与核心控制单元和遥控系统通讯连接，实施信号传输。53.伦琴射线激发器产生射线射向焊缝，将焊缝的影像投影到焊缝监控探头，并将收集的影像信号传输到核心控制单元和远程设置的遥控系统的影像分析系统，工作人员对采集的影像质量进行评估，对焊缝的质量进行判断，从而可发出控制指令进行焊缝校正和补焊。54.全景监控探头能够确定焊接的位置，并拍摄自调整焊接单元的焊接全过程。自调整焊接单元可根据具体的焊接位置情况通过核心控制单元来调节细长焊接臂的长度及位于其自由端的焊接机构的角度，从而实现自调整焊接单元的位置和姿势调整，以满足最佳的焊接作业要求。影像信号传输给核心控制单元及遥控系统实施全程监控。大大的提高焊接机器人焊接的精准度。焊缝监控探头收集影像信号的同时实时完成摄录和资料保存。55.采用上述装置，焊接的同时同步探伤检查焊缝，远程监控发现焊接缺陷时可及时得到修补，定性定量准确，检测结果直接记录，并可长期保存，确保焊接质量的同时避免了焊缝缺陷造成的损失，减少了人工成本和设备焊接、装配精度。提高了生产效率，减小了生产成本，实现焊接和焊缝检测的智能控制一体化。56.实施例357.一种系杆拱桥的焊接控制方法，包括以下步骤：58.(1)系杆结构焊接：将相互平行的两系杆结构与拱脚拼装到位，根据系杆结构长度以及焊缝的距离，预留焊缝收缩量，从各系杆结构的每一需焊接处的两侧同时进行全周长自动焊接，保证系杆结构焊接的自由伸缩，减少焊接应力；59.(2)横梁结构焊接：将多个横梁结构在两系杆结构之间拼装到位，从各横梁结构与系杆结构间的每一需焊接处的两侧同时进行全周长自动焊接，焊接前对每一需焊接处进行预先热处理，焊接后进行冷却；60.(3)拱肋结构焊接：将相互平行的两拱肋结构按线型要求与拱脚拼装到位，从各拱肋结构的每一需焊接处的底板向顶部进行全周长自动焊接，焊接前对每一需焊接处进行预先热处理，焊接后进行冷却；61.(4)拱肋结构与系杆结构间焊接：根据实际需要，依次将拱肋结构与拱脚间、系杆结构与拱脚间需焊接处进行全周长自动焊接；62.(5)风撑主管间焊接；将风撑主管之间先拼装到位后进行自动焊接，并预留焊缝收缩量；63.其中，所述的自动焊接采用自动焊接装置进行，所述自动焊接装置包括核心控制单元、自调整攀附移动结构和自调整焊接单元、焊缝质量检测器；所述核心控制单元根据指令控制自调整攀附移动单元、自调整焊接单元和焊缝质量检测器，所述自调整攀附移动单元具有可折叠伸展的多节段固定杆和行走器，自调整焊接单元具有可调整长度的细长焊接臂及位于其自由端的焊接机构。64.在所述步骤(2)和(3)中，所述预先热处理为采用电感热装置进行升温加热处理，所述冷却为采取风冷处理；升温加热处理为3min内升温到90℃，风冷处理为用吹风装置在5min内降温到40℃。65.在进行各结构件的拼装时，为了避免拼装时的反复调整，保证拼装精度，利用电脑三维空间模型放样，提供坐标点，各结构件进行吊线定位，并结合辅助拼装件进行相邻节段的安装定位。66.焊接前将焊接处周围9cm范围内仔细清理，彻底地将杂质清除干净，清理后在13小时之内完成焊接，以防再次生锈或被污染；焊接采用co2气体保护焊，焊接材料采用碳钢氩弧焊丝结合氟碱型高碱度烧结焊剂，焊丝的直径为1.6mm；使得焊缝具有较好的抗裂性，可减少纵向裂纹产生，熔敷的金属具有良好的力学性能；气体保护焊电流为195a,电压为34v,气体流量为21l/min，以确保焊缝结构的低温冲击韧性。67.系杆结构的节段匹配制造时两端留有18cm的余长，在拼装时切除余长，通过辅助拼装件将安装公差调整在设计允许范围之内，之后焊接辅助拼装件，保证系杆结构安装的环缝焊接间隙的一致。68.在所述步骤(3)中，各拱肋结构由多个拱肋节段拼装组成，相邻拱肋节段之间的拼装位置设置为榫卯结构，在进行拱肋节段焊接时，在拼装位置设置辅助拼装件，并对拼装位置及辅助拼装件进行焊接，即可通过辅助拼装件和焊接将所要拼装的拱肋节段整体形成完整的拱肋结构；完成所有的拱肋节段焊接后，将通过拼装和焊接制作好的拱肋结构吊装，并与拱脚拼装到位。69.所述焊缝质量检测器位于焊接机构上，可在自动焊接过程中实时自动检测焊缝质量，提高焊接质量的检测效果和效率。70.此外，为了进一步提高本发明的技术效果，该实施例中，所述自调整攀附移动单元底部的行走器为万向轮形式的磁性筒体，在行走时可折叠伸展的多节段固定杆根据待焊接结构的尺寸调节长度，并临时箍住待焊接结构的某一部位，同时行走器沿着待焊接结构往前行走，并保证与结构有一定的磁吸力，使其不会脱落；待行走的距离达到多节段固定杆的长度时，多节段固定杆松开并向前伸展到下一部位，且重新临时箍住待焊接结构的下一部位，行走器继续往前行走。依次循环，实现自调整攀附移动单元的位置移动。71.自调整焊接单元上还设置自动送丝机，焊接机构与自动送丝机连接，两者的的连接处设有螺纹连接孔72.在使用时，通过核心控制单元控制自调整攀附移动单元行走到位，然后自调整焊接单元进行焊接。通过核心控制单元调节自动送丝机的送丝速度以及调节焊接的电流和电压大小，并可调节行走器的磁力大小，以保证既满足行走要求又不会从待焊接结构上脱离。73.本发明的自调整攀附移动单元具有智能控制、移动灵活、操作便捷等特点，用于代替高空人工焊接的方式，能够保障施工安全、减轻工人劳动强度，能提高焊接效率，保证焊缝质量。74.对上述实施例中的焊接接头分别进行了拉伸、弯曲、低温冲击试验，焊缝金属拉伸屈服强度、抗拉强度均高于母材标准值30％以上。焊缝金属和热影响区-20℃时的低温冲击吸收功均大于48j，大大满足标准要求。75.由上述实施例可知，本发明的方法施工灵活，焊接工程量少，不受作业空间的限制，能够保障施工安全、减轻工人劳动强度，能提高焊接效率，保证焊缝质量；减少了拱桥结构的焊接应力，保证了拱桥线形和结构内力要求，进而能够有效保证系杆拱桥整体的安装精度控制要求。76.采用本发明的方法，无论是焊缝的熔透性、熔深度或是外观成型以及焊接接头各项机械性能指标均满足设计技术指标要求。经无损检测资料统计,焊缝一次探伤合格率达到了99.2％,消除了焊缝易产生的未焊透、裂纹、气孔和焊偏等缺陷,外观成型较好；焊接接头低温冲击韧性有了大幅度提高,焊缝强度得到了有效控制。77.本发明在焊接过程中随时检测焊接变形，及时配合修整，确保构件之间的焊接变形得到有效控制。78.通过本发明的焊接方法，有效提高了系杆拱桥的焊接质量和工作效率，加快了工程施工进度，为今后类似桥梁的焊接施工积累了经验，具有借鉴意义。79.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。









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