非接触式U 肋内焊科研支撑体系探析(2)

3.2 视频监控功能

根据焊缝检测及返修需求，焊接机构还需具备视频监控功能，用于观察焊缝外观成形和表面质量，同时可精确记录缺陷位置点。需要返修时，通过视频监控功能引导焊枪到达准确位置进行修补。

3.3 U 肋内部焊缝返修探讨

当检测到U 肋内部焊缝存在焊接缺陷，需要返修时。首先要清理缺陷焊缝，因U 肋内部无法进行常规清理，若再搭配一台内部焊缝清理设备，则工艺成本较高。

在非接触性U 肋内焊设备结构上配置有可调节式焊枪锁紧机构，需要清理U 肋内部焊缝时，可拆卸焊枪，替换为打磨机，实现焊缝的内部清理，满足返修的条件。

3.4 焊接工艺的改进

目前国内设计对U 肋焊缝要求为80%熔透的单面角焊缝，此工艺需在U 肋外侧开设55°坡口，达到熔深要求，工艺要求高，工作量大，焊缝成形差。根据U 肋内焊技术，未来对U 肋焊接工艺进行改进，更改为双面角焊缝，保证焊缝质量，提高工作效率，延长桥梁寿命。

3.5 经济性及市场推广

随着行业技术人员的广泛关注研究，U 肋内焊技术将慢慢推向市场，成为行业新标准。在此基础上，为了更好地推广应用，下一步工作重点应在降低设备成本，提供工作效率方面，为推动行业技术进步做努力。

4 结论

钢箱梁桥面板采用非接触式U 肋内焊新技术理论可行，通过非接触式U 肋内焊可以降低工艺成本，提高焊接质量。采用非接触式U 肋内焊具有如下优势：

（1）从单面焊接改为双面对称焊接，可有效减少焊接变形，焊缝质量大大提高；

（2）解决小型U 肋无法焊接问题；

（3）实现焊道轨迹的精确定位和良好的焊缝成形；

（4）实现焊缝自动跟踪补偿，避免焊道焊偏；

（5）焊接、检测、返修功能一体化，无需多套设备配合作业；

（6）降低了工艺成本，提高综合经济效益。

钢箱梁桥面板非接触式U 肋内焊设备的研制、相关工艺的开发，为解决U 肋内部焊接问题，提高正交异性钢桥面板疲劳耐久性提供了全新的技术解决方案。将进一步推动正交异性钢桥面结构在桥梁建设中的应用发展，为我国的钢桥梁建设提供新思路。

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0 引言目前国内钢桥面板U 肋截面尺寸较小，常规焊机无法进入其内部施焊。非接触式U 肋内焊技术即通过专用焊接设备，利用电磁驱动原理，将焊枪送进U 肋内部，进行U 肋内侧角焊缝的施焊工作，完成内焊工作后，再进行外侧焊缝的焊接。非接触式U肋焊接包括行走可靠性设计、可调节式焊枪锁紧机构、装配式焊枪，狭小封闭空间焊接系统、限位纠偏、远距离送丝、焊缝补偿等技术。通过非接触式U 肋内焊技术，将U 肋与桥面板之间的连接焊缝由单侧角焊缝改变为双侧角焊缝形式，彻底改变了焊缝对U肋腹板的偏心状态，大幅延长焊缝的寿命。解决了非常规小型U肋无法焊接的问题，降低了工艺成本，提高综合经济效益，为国内U 肋内焊提供新的思路。1 非接触式U 肋内焊设备简介1.1 非接触式U 肋内焊设备的组成非接触式U 肋内焊自动焊接设备将控制系统与焊接机构分离，使焊接机构小型化，包括限位机构、焊接机构、电磁驱动系统等部分，见图1、图2。图1 非接触式U 肋内焊自动焊接设备图2 非接触式U 肋内焊自动焊接设备截面1.2 非接触式U 肋内焊的工作原理首先将U 肋板单元在工作胎架上精确定位，在U 肋内部采用角钢或圆钢作为焊接机构导轨，对焊接机构进行限位，调节限位轨道使其与U 肋中心线对齐；然后通过龙门焊接行走机构驱动外部电磁铁移动，带动内部电磁铁同步移动，在行进过程中焊枪对U 肋内部角焊缝进行焊接，每台焊接机构带一把焊枪，行进一个行程后完成单侧焊缝的内部焊接，再调整焊枪方向，延相反方向再次行进，即可完成一个U 肋内部角焊缝焊接。目前国内钢桥每块U 肋板单元最多有6 根U 肋，为提高工作效率，可同时布置6 组内焊设备。实现一个行程内，同时完成一块U 肋板单元6 根U 肋和6 条内部角焊缝的焊接工作。在整个焊接过程中，实现焊道轨迹的精确定位和良好的焊缝成形。2 非接触式U 肋内焊技术优化的研究随着正交异性板结构在钢结构桥梁的建设中广泛应用，行业内对各类疲劳开裂问题逐渐进行了深入研究，其中U 肋与桥面板的焊接疲劳问题广受关注，基于非接触U 肋内焊技术可以保证焊缝质量，有效提升正交异性桥面板抗疲劳性能 U 肋内焊行进机构不同于导轮式自动焊接小车进焊接方式，焊枪通过轻体外壳与内部电磁铁连接，利用与U 肋曲线线性相匹配的限位轨道实现精确定位，由龙门焊接平台通过外部电磁铁驱动，内部电磁铁从动的方式，控制焊枪在U 肋内部行进。这样既可以提供充分的驱动力，又保证了焊枪行进速度的均匀性，从而保障了焊接过程中焊缝成型的一致性；同时焊枪在横桥向通过焊缝跟踪系统的控制，可相对位移，实现焊缝自动跟踪补偿，避免焊道焊偏。这种结构设计保证了U 肋内部焊接工作的可靠性，见图3。图3 非接触式U 肋内焊行进机构2.2 电磁铁驱动技术焊接机构整体采用轻体外壳，内部设置电磁铁。焊接机构下部设置与限位导轨匹配的滚轮，上部亦设置小轮以控制焊接机构与U 肋内壁的间隙在1mm 左右，避免焊接机构与U 肋内壁吸附在一起，造成焊接机构运动阻力过大。外部采用电磁驱动机构，其下部设置滚轮，以控制电磁驱动机构与U 肋间隙在1mm左右，避免磁力过大而将U 肋吸起。电磁驱动结构通过电磁力驱动焊接机构在限位导轨上移动，可实现焊枪对U 肋进行内焊作业要求 焊缝补偿技术目前U 肋焊接自动跟踪方式分为机械式、感应式、电弧式和激光跟踪四种，非接触式U 肋内焊设备采用机械式焊缝跟踪技术，焊枪端头的探针，检测应焊接位置和实际探测位置的偏差，并跟着横向微调，保证焊接位置的准确性和焊缝跟踪的可靠性，且成本较低，工艺简单。3 非接触式U 肋内焊需解决的问题探析非接触式U 肋内焊具有可适应操作空间狭小，行进稳定，焊缝质量高的特点。在非接触式U 肋内焊技术基础上有以下几点问题需研究探讨：3.1 焊缝检测功能U 肋内部空间狭小，完成内部焊接后采用常规检测技术无法准确的检测内部焊缝，国内过去一直缺乏有效的检测方式。基于U 肋内焊工艺，焊接机构需集成焊缝检测功能，在焊枪部位增加超声波探头，通过行进机构即可扫描整条焊缝的内部裂纹，可解决目前U 肋内部熔透焊的检测问题 视频监控功能根据焊缝检测及返修需求，焊接机构还需具备视频监控功能，用于观察焊缝外观成形和表面质量，同时可精确记录缺陷位置点。需要返修时，通过视频监控功能引导焊枪到达准确位置进行修 U 肋内部焊缝返修探讨当检测到U 肋内部焊缝存在焊接缺陷，需要返修时。首先要清理缺陷焊缝，因U 肋内部无法进行常规清理，若再搭配一台内部焊缝清理设备，则工艺成本较高。在非接触性U 肋内焊设备结构上配置有可调节式焊枪锁紧机构，需要清理U 肋内部焊缝时，可拆卸焊枪，替换为打磨机，实现焊缝的内部清理，满足返修的条件 焊接工艺的改进目前国内设计对U 肋焊缝要求为80%熔透的单面角焊缝，此工艺需在U 肋外侧开设55°坡口，达到熔深要求，工艺要求高，工作量大，焊缝成形差。根据U 肋内焊技术，未来对U 肋焊接工艺进行改进，更改为双面角焊缝，保证焊缝质量，提高工作效率，延长桥梁寿命 经济性及市场推广随着行业技术人员的广泛关注研究，U 肋内焊技术将慢慢推向市场，成为行业新标准。在此基础上，为了更好地推广应用，下一步工作重点应在降低设备成本，提供工作效率方面，为推动行业技术进步做努力。4 结论钢箱梁桥面板采用非接触式U 肋内焊新技术理论可行，通过非接触式U 肋内焊可以降低工艺成本，提高焊接质量。采用非接触式U 肋内焊具有如下优势：（1）从单面焊接改为双面对称焊接，可有效减少焊接变形，焊缝质量大大提高；（2）解决小型U 肋无法焊接问题；（3）实现焊道轨迹的精确定位和良好的焊缝成形；（4）实现焊缝自动跟踪补偿，避免焊道焊偏；（5）焊接、检测、返修功能一体化，无需多套设备配合作业；（6）降低了工艺成本，提高综合经济效益。钢箱梁桥面板非接触式U 肋内焊设备的研制、相关工艺的开发，为解决U 肋内部焊接问题，提高正交异性钢桥面板疲劳耐久性提供了全新的技术解决方案。将进一步推动正交异性钢桥面结构在桥梁建设中的应用发展，为我国的钢桥梁建设提供新思路。参考文献[1]王春林，张阳，李朝兵，等.桥面板U 肋焊接工艺探讨[J].江苏建筑，2014（3）：53-55.[2]汪成，郭强，许斌，等.清水河大桥焊接自动化技术突破[J].金属加工（热加工），2018（5）：9-11.[3]张华，范泽平，王磊.我国正交异性钢桥面板U 肋焊接创新之路[J].金属加工（热加工），2017（16）：46-49.[4]马立芬，杨春松.钢箱梁U 肋角焊缝全熔透焊接技术探究[J].科技资讯，2017（4）：89-92.[5]杨帆，刘岑，叶志娟，等.U 肋内焊技术的工艺参数化研究[J].武汉工程职业技术学院学报，2017（1）：15-17.[6]张华，阮家顺，沈俊杰，等.钢桥面板U 肋焊缝抗疲劳设计及焊接新工艺[J].钢结构，2019（1）：82-85.[7]张华，舒先庆，李立明，等.钢桥U 肋焊接新工艺-金属芯药芯焊丝CO2气体保护焊[J].焊接，2010（10）：51-55.[8]张华，孙雅洲，舒先庆，等.正交异性钢桥面板U 肋内焊技术[J].公路，2018（9）：115-120.[9]丁晓冬，余良辉，孙伟东，等.美国旧金山奥克兰新海湾大桥U 肋桥面板焊接变形控制方法[C]//中国钢结构协会第五次全国会员代表大会暨学术年会论文集，2007.[10]叶自强，肖诗祥.钢桥U 肋角焊缝全熔透焊接工艺[J].焊接技术，2018（3）：49-52.

文章来源：《党政研究》 网址: http://www.dzyjzzs.cn/qikandaodu/2021/0104/621.html