一种用于对接钢管的衬垫结构及焊接方法[工艺流程]

　　用于对接钢管的衬垫结构及焊接方法

　　【技术领域】

　　[0001] 本发明涉及电力行业铁塔或钢结构行业中焊缝类型为管对接焊缝的技术领域，具 体涉及一种用于对接钢管的衬垫结构，还涉及一种对接钢管的焊接方法，适用于钢管对接 带衬垫焊接的单面焊双面成型焊接工艺。

　　【背景技术】

　　[0002] 对于构件对接焊缝有关要求，按GB50017-2003《钢结构设计规范》中规定"不需要 计算疲劳的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝应予焊透，其质量等级当受拉时应不低 于二级，受压时宜为二级"的条款规定。因此，按照GB50661-2011《钢结构焊接规范》中有 提供多种全焊透坡口形式和尺寸及方法，其中采取反面衬垫的单面焊双面成型的焊接工艺 也提供了许多，但一般反面衬垫均采用钢衬垫或陶瓷衬垫的类型。如钢管对接构件在焊接 生产过程中，当采用钢衬垫时，必须配有与母材材质相同的环向钢圈作为背面衬垫，而环向 钢圈制作增加了板条滚圆工序，又增加了钢材用量，并且钢衬垫在焊接完成后，不能拆除将 永久附在构件上影响外观；当采用陶瓷衬垫作为背面衬垫时，因陶瓷衬垫的铝箔胶由于焊 接受热后失去粘度导致不能重复使用，从而增加了制造成本。通过实践摸索，发明了一种可 重复使用的衬垫结构及焊接方法。

　　【发明内容】

　　[0003] 鉴于以上所述，本发明的目的是提供一种可重复使用的用于对接钢管的衬垫结 构，还提供了 一种对接钢管的焊接方法，衬垫结构简单，焊接方法操作简便，可满足钢管对 接的单面焊双面成型的全焊透焊接质量要求。

　　[0004] 本发明的目的可通过下列技术方案实现：一种用于对接钢管的衬垫结构，包括弹 簧钢圈、陶瓷衬垫以及螺丝钉，弹簧钢圈的周壁上间距均匀地开设有若干的连接孔，所述陶 瓷衬垫包括若干棱台，棱台的顶面开设有螺孔，棱台通过所述螺丝钉穿过连接孔并且螺接 至螺孔内与所述弹簧钢圈固接，相邻两棱台间具有间隙槽，且相邻两棱台的底端相贴抵，顶 端相间隔。

　　[0005] 进一步地，所述弹簧钢圈为直条型的弹簧板条弯曲成圈而成，所述弹簧板条上等 间距地开设有所述连接孔，若干棱台排列固接在所述弹簧板条上。

　　[0006] 进一步地，所述弹簧板条上的相邻所述连接孔的间距为0. 15-0. 25mm。

　　[0007] 进一步地，所述棱台底面上形成有内凹圆弧，用以在钢管对接时使得内凹圆弧中 心线与钢管对接间隙中心线重合。

　　[0008] 进一步地，所述棱台的顶面形成有定位槽，用以卡合弹簧板条。

　　[0009] 进一步地，所述棱台顶面置有复合胶，以供加强固定所述螺丝钉。

　　[0010] 一种应用所述的衬垫结构以对接钢管的焊接方法，包括以下步骤，

　　[0011] 提供弹簧板条，弹簧板条的板面上等距地钻制有连接孔；

　　[0012] 提供棱台，棱台的底面加工有内凹圆弧，棱台的顶面加工有螺孔；

　　[0013] 提供螺丝钉，螺丝钉穿过连接孔并且螺接至螺孔内，从而将若干棱台与固接至弹 簧板条上；

　　[0014] 然后将弹簧板条卷进两钢管的管内对接口处，棱台的底面与钢管内壁衬托贴合， 并且调整棱台的内凹圆弧中心线与钢管对接间隙中心线重合。

　　[0015] 进一步地，在连接螺丝钉前先在棱台顶面中心注入复合胶，再组装上弹簧板条。

　　[0016] 进一步地，对接钢管的对接接头采用机加工或热切割方法进行加工坡口，坡口加 工几何尺寸分别为坡口角度为30°，钝边I. 0~I. 5mm，且保证钢管端面倾斜允许偏差 P < I. 5mm〇

　　[0017] 进一步地，通过组对机对两条钢管进行对接装配组对和定位焊，钢管对接装配间 隙保证2. 0~2. 5_，装配时错边量允许偏差S < I. 5_，装配合格后进行定位焊，定位焊的 焊丝在坡口内施焊，焊点长度为20~30mm，定位焊高度3~4mm，其间距不宜超过400mm，且 不少于3点。

　　[0018] 本发明的有益效果是，本发明采用所述的衬垫结构，其结构简单，可重复使用，并 且对接钢管的焊接方法操作简便，可满足钢管对接的单面焊双面成型的全焊透焊接质量。

　　【附图说明】

　　[0019] 图1为本发明较佳实施例两钢管对接时的立体状态示意图；

　　[0020] 图2为图1所示的两钢管对接时焊缝处的截面图；

　　[0021] 图3为图2所示的焊缝处局部放大示意图；

　　[0022] 图4为图1所示的用于对接钢管的衬垫结构的弹簧钢圈的结构示意图；

　　[0023] 图5为衬垫结构的棱台的一视角示意图；

　　[0024] 图6为衬垫结构的棱台的另一视角示意图。

　　【具体实施方式】

　　[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不 冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结 合实施例来详细说明本发明。

　　[0026] 请参阅图1，所示为两钢管10对位后以供焊接的状态示意图，两钢管10焊缝处套 设有一衬垫结构20,以便于对两钢管10的连接端对位，进而进行焊接。

　　[0027] 请参阅图2、图3以及图4,衬垫结构20包括弹簧钢圈21、陶瓷衬垫22以及螺丝钉 23。弹簧钢圈21为直条型弹簧板条弯曲成圈而成，并且在连接处板条两端相贴合沿半径方 向向中心延伸有一定的长度。弹簧钢圈21的周壁上间距均匀地开设有若干的连接孔211， 以供配合螺丝钉23将陶瓷衬垫22固接至弹簧钢圈21上。陶瓷衬垫22整体呈圆环结构，为 若干独立的棱台221排列成环状形成，且相邻的棱台221间具有相间隔的间隙槽222,使得 相邻两棱台221底端相贴抵，顶端相间隔。本实施例中棱台221为四边形棱台，间隙槽222 呈三角形槽。每一棱台221底面尺寸较大，作为陶瓷衬垫22的外周面，用以配合对焊钢管 10的内周面。请参阅图5，棱台221底面上形成有内凹圆弧2211，用以在焊接时对位且焊料 填充。棱台221顶面尺寸较小，作为陶瓷衬垫22的内周面，用以配合连接弹簧钢圈21。棱 台221顶面中心开设有螺孔，用以配合螺丝钉23将棱台221固接至弹簧钢圈21上。请参 阅图6,棱台221顶面形成有定位槽2212,定位槽的宽度与弹簧板条的宽度相当，以使得棱 台221在连接至弹簧板条时，弹簧板条卡持在棱台221的定位槽内，从而对弹簧板条更好地 定位。此外，陶瓷衬垫22亦可视为整体呈圆环的环体通过在内壁上间距均匀地开设若干间 隙槽222而分离成若干独立的棱台221制成。

　　[0028] 本实施例中，衬垫结构20的制作如下，弹簧钢圈21在未弯曲前处于弹簧板条状 态，弹簧板条依据对焊钢管的直径大小而制作长度，并在其板面上钻制用以供陶瓷衬垫22 连接所需的连接孔211 ;提供棱台221，棱台221外周面外形长、宽尺寸分别为30X30mm， 内周表面长、宽尺寸分别为30 X 22mm，总厚度25mm，外周面的内凹圆弧2211的弧宽、深为 14X I. 5mm，棱台221中心的螺孔钻制# 2. 5X 16mm的孔径，以便螺丝钉23连接固定；弹簧 板条与棱台221通过M3 X 15mm规格的螺丝钉23连接，且确保安装在弹簧板条上的相邻棱 台221间的间距为0. 15-0. 25mm，较佳地选择0. 2mm，间隙过大将起不到背

　　面焊缝成形的效 果，过小将导致棱台221相互间干涉撞碰。为确保连接牢固，在连接螺丝钉23前可以先在 棱台221顶面中心注入复合胶，再组装上弹簧板条，然后拧入螺丝钉，复合胶与螺丝钉固化 后牢固耐久，稳定可靠。钢管对接施焊前，先将棱台221通过螺丝钉23固接至弹簧板条上， 然后将弹簧板条卷进管内对接口处，利用弹簧板的伸缩张力，使得棱台221与钢管内壁衬 托贴合，并且调整棱台221的内凹圆弧2211中心线与钢管对接间隙中心线重合，以达到背 面焊缝成型饱满，焊迹整齐的外观成形。

　　[0029] 焊接时，主要采用气体保护焊焊接低合金结构钢的单面焊双面成型的焊接工艺， 其主要包括以下步骤：

　　[0030] 步骤一，将对接钢管的对接接头采用机加工或热切割等方法进行加工坡口，坡口 加工几何尺寸分别为坡口角度为30°，钝边I. 0~I. 5mm，且保证钢管端面倾斜允许偏差 P^L 5mm ；

　　[0031] 步骤二，用磨光机清除钢管坡口面及端部内外表面20mm范围内的氧化皮、锈蚀、 油脂以及其它污物，至露出金属光泽；

　　[0032] 步骤三，通过组对机对两条钢管进行对接装配组对和定位焊，钢管对接装配间隙 保证2. 0~2. 5_，装配时应避免错边，错边量允许偏差S < I. 5_。装配合格后进行定位 焊，定位焊的焊丝在坡口内施焊，焊点长度为20~30mm，定位焊高度3~4mm，其间距不宜 超过400mm，且不少于3点，定位焊应保证焊透和无缺陷，焊接完成后检查定位焊质量是否 合格，合格后将定位焊两端打磨至斜坡过渡。

　　[0033] 步骤四，弹簧板条卷进管内对接口处，并且调整棱台的内凹圆弧中心与钢管对接 间隙中心重合，作为钢管内衬垫。焊接工艺参数如下表，

　　[0034] 焊接工艺参数表

　　[0035]

　　[0036] 注：焊丝型号具体与母材匹配，类型为气体保护焊用实芯焊丝。

　　[0037] 施焊操作方法如下，

　　[0038] 1)、将钢管置于焊接滚轮架上，按打底焊焊接工艺参数调节焊机和焊接滚轮架转 动速度，钢管转动的速度就是焊接速度，且将钢管定位焊点转至1点钟位置进行打底焊起 弧点，采用上坡焊施焊方式，连续完成整圈打底层焊接。

　　[0039] 2)、用磨光机清除打底焊道的熔渣、飞溅等影响正常焊接的缺陷，并且修磨焊道上 局部凸起的焊缝金属。

　　[0040] 3)、填充层，调整好其工艺参数，按打底焊方法焊接填充焊道。注意焊枪横向摆动 幅度应稍大，并在坡口两侧适当停留，保证焊道两侧熔合良好，焊道表面平整，稍下凹。填充 层厚度应控制好最后一层填充焊道高度，使低于母材2~3mm，并不得熔化坡口棱边。

　　[0041] 4)、盖面层，调整好其工艺参数，焊枪横向摆动幅度应比填充层时大，并在两侧稍 停留，使熔池超过坡口棱边0. 5~I. 5mm，保证两侧熔合良好；转动钢管的速度要慢，保持水 平位置焊接，使焊道外形美观。

　　[0042] 通过采用上述衬垫结构，其结构简单，可重复使用，并且对接钢管的焊接方法操作 简便，可满足钢管对接的单面焊双面成型的全焊透焊接质量。

　　[0043] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领 域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

　　【主权项】

　　1. 一种用于对接钢管的衬垫结构，其特征在于：包括弹簧钢圈（21)、陶瓷衬垫（22)以 及螺丝钉（23)，弹簧钢圈（21)的周壁上间距均匀地开设有若干的连接孔（211)，所述陶瓷 衬垫（22)包括若干棱台（221)，棱台（221)的顶面开设有螺孔，棱台（221)通过所述螺丝钉 (23)穿过连接孔（211)并且螺接至螺孔内与所述弹簧钢圈（21)固接，相邻两棱台（221)间 具有间隙槽（222)，且相邻两棱台（221)的底端相贴抵，顶端相间隔。2. 根据权利要求1所述的用于对接钢管的衬垫结构，其特征在于：所述弹簧钢圈（21) 为直条型的弹簧板条弯曲成圈而成，所述弹簧板条上等间距地开设有所述连接孔（211)，若 干棱台（221)排列固接在所述弹簧板条上。3. 根据权利要求2所述的用于对接钢管的衬垫结构，其特征在于：所述弹簧板条上的 相邻所述连接孔（211)的间距为0. 15-0. 25mm。4. 根据权利要求1所述的用于对接钢管的衬垫结构，其特征在于：所述棱台（221)底 面上形成有内凹圆弧（2211)，用以在钢管对接时使得内凹圆弧（2211)中心线与钢管对接 间隙中心线重合。5. 根据权利要求2所述的用于对接钢管的衬垫结构，其特征在于：所述棱台（221)的 顶面形成有定位槽（2212)，用以卡合弹簧板条。6. 根据权利要求2所述的用于对接钢管的衬垫结构，其特征在于：所述棱台（221)顶 面置有复合胶，以供加强固定所述螺丝钉（23)。7. -种应用权利要求1至6任一项所述的衬垫结构以对接钢管的焊接方法，其特征在 于：包括以下步骤， 提供弹簧板条，弹簧板条的板面上等距地钻制有连接孔（211); 提供棱台（221)，棱台（221)的底面加工有内凹圆弧（2211)，棱台（221)的顶面加工有 螺孔； 提供螺丝钉（23)，螺丝钉（23))穿过连接孔（211)并且螺接至螺孔内，从而将若干棱台 (221)与固接至弹簧板条上； 然后将弹簧板条卷进两钢管的管内对接口处，棱台（221)的底面与钢管内壁衬托贴 合，并且调整棱台（221)的内凹圆弧（2211)中心线与钢管对接间隙中心线重合。8. 根据权利要求7所述的对接钢管的焊接方法，其特征在于：在连接螺丝钉（23)前先 在棱台（221)顶面中心注入复合胶，再组装上弹簧板条。9. 根据权利要求7所述的对接钢管的焊接方法，其特征在于：对接钢管的对接接头 采用机加工或热切割方法进行加工坡口，坡口加工几何尺寸分别为坡口角度为30°，钝边 I. 0~I. 5mm，且保证钢管端面倾斜允许偏差P

　　【专利摘要】本发明提供一种用于对接钢管的衬垫结构及焊接方法，所述衬垫结构，包括弹簧钢圈、陶瓷衬垫以及螺丝钉，弹簧钢圈的周壁上间距均匀地开设有若干的连接孔，所述陶瓷衬垫包括若干棱台，棱台的顶面开设有螺孔，棱台通过所述螺丝钉穿过连接孔并且螺接至螺孔内与所述弹簧钢圈固接，相邻两棱台间具有间隙槽，且相邻两棱台的底端相贴抵，顶端相间隔。本发明采用的所述的衬垫结构，其结构简单，可重复使用，并且对接钢管的焊接方法操作简便，可满足钢管对接的单面焊双面成型的全焊透焊接质量要求。

　　【IPC分类】B23K101/06, B23K9/035, B23K9/028, B23K9/235, B23K103/04

　　【公开号】CN104889530

　　【申请号】CN201510351438

　　【发明人】张帝起

　　【申请人】广州增立钢管结构股份有限公司

　　【公开日】2015年9月9日

　　【申请日】2015年6月23日