桥梁钢结构焊接自动化技术的应用论文_张丹,黎恒飞

桥梁钢结构焊接自动化技术的应用论文_张丹,黎恒飞

(南通振华重型装备制造有限公司 226017)

摘要:本文主要论述了桥梁钢结构焊接自动化技术的发展现状,分析了钢结构自动化焊接中的重难点内容,最后探讨了桥梁钢结构中焊接自动化技术的应用。旨在为桥梁钢结构焊接自动化技术的推广应用提供一些参考建议。

关键词:桥梁钢结构;自动化焊接技术;移动式焊接;智能焊接

引言:在全世界的钢结构桥梁和钢混结构桥梁当中,法国的钢结构桥梁数量占比达到85%,日本钢结构桥梁数量占比达到41%,美国的钢结构桥梁数量占比达到33%,而我国的大型钢结构桥梁数量仅占总数量的1%,这说明我国钢结构桥梁施工技术存在着明显的滞后性。而其中焊接技术是钢结构桥梁的关键施工技术,它在道路桥梁施工中应用极其广泛。研究桥梁钢结构焊接自动化技术对于促进我国大型钢结构桥梁的发展有着重要的意义。基于钢结构桥梁焊接的重要性和钢结构自动化焊接应用技术的广泛性,本文主要研究该课题。

一、桥梁钢结构焊接自动化技术的发展现状

钢结构是现代桥梁的重要组成部分,钢结构的焊接对于桥梁结构的质量有着很重要的影响。随着我国自动化水平的不断提高,焊接自动化技术得到了更好的发展,自动化焊接也在桥梁钢结构中得到了广泛应用。焊接技术是钢结构桥梁制作过程中必不可少的施工方法,其在钢结构桥梁结构施工过程中应用比高达100%。而我国的桥梁钢结构焊接自动化技术起步较晚,相对于西方发达国家而言,其自动化发展速度具有明显的滞后性。随着我国大型桥梁施工技术及钢结构施工技术的发展,近些年来桥梁钢结构焊接自动化技术有了很大的进步。在焊接工艺上,我国通常采用埋弧焊及气体保护焊来实现半自动化焊接,在自动化焊接技术的应用中也会辅以人工技术,以确保自动化焊接技术应用的最终质量。近年,大量机器人焊接设备的出现有效促进了钢结构焊接工程技术的发展。不过,我国的焊接自动化技术大部分还是应用于汽车制造业、工程机械制造业中,而在桥梁钢结构焊接自动化方面还是相对落后。随着近些年我国大型桥梁项目的建设量不断增加,桥梁钢结构焊接自动化技术的需求将与日俱增,是项目品质工程建设关键环节,在不久的未来将具有非常好的发展前景。

二、钢结构自动化焊接中的重难点内容

(一)焊接自动化技术的重点内容

钢结构自动化焊接中的重点内容是如何提高自动化焊接的精度和环保性。随着新型材料、高强度钢材在桥梁中的应用,对于自动化焊接技术提出了更高的要求。新材料、新钢种的使用将要求不断更新、完善自动化焊接工艺,并且随着国家环保理念的重视,要求钢结构焊接自动化技术必须是绿色、环保型技术。为此,要加大钢材微合金化、纯洁化技术的研究,加强智能化、一体化焊接技术的探索,加强桥梁钢结构高精度自动化焊接设备的研究与应用,全面改善焊接工艺、提高焊接技能水平是焊接自动化的重中之重。

(二)焊接自动化技术的难点内容

焊接自动化技术的难点在于钢材、钢种制作工艺的进步,随之推动着焊接自动化技术的应用革新,特别是桥梁钢结构制作工艺的发展,促使自动化焊接技术随着钢结构制作工艺的更新而改变。由于钢结构制作向难度大、工艺精、要求高、标准严等方向发展较快,因此钢结构焊接自动化技术始终滞后于钢结构制作工艺,这就增加了桥梁钢结构焊接自动化技术应用的成本。如何降低桥梁钢结构焊接自动化技术的应用成本,在确保焊接质量的情况下,自动化焊接技术的高效、绿色、环保将是自动化焊接技术发展的难点问题。

三、桥梁钢结构中焊接自动化技术的应用

(一)多层多道错位焊接技术

多层多道错位焊接技术在传统的人工焊接中就属于难点技术。我国作为世界上钢材料主要生产和使用大国,桥梁钢结构采用的钢材缺位智能化工厂生产,这种智能化生产模式之下的钢材切割焊接中发生的损耗约为10%,在桥梁多层钢结构焊接过程中,还会因为材料切割接头的质量影响到焊接接头质量。人工焊接多层多道钢结构时会先对结构质量不达标的部分进行处理,再进行焊接,而采用自动化设备直接进行焊接,未经处理的结构会影响焊接接头的质量。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在处理这种问题时,自动化焊接技术对多层多道钢材采用错位处理技术,有助于分散焊接接头,提高每个焊接接头的焊接密度和焊接强度,进而提高焊接部位自动化焊接的综合性能。

(二)机器人移动焊接技术

机器人移动焊接技术是我国桥梁钢结构焊接自动化技术中的一项新型技术,该技术在港珠澳大桥钢结构焊接过程中得到充分的应用,且成功证明机器人移动焊接技术的应用非常可靠,在桥梁钢结构自动化焊接方面有着非常广阔的应用前景。以下对机器人移动自动化焊接技术中的部分技术的应用详细介绍。

1.U肋焊接机器人的应用

板单元焊接机器人是一种具有变形翻转功能的智能化焊接设备,它采用的是双道焊接工艺。首先,采用小电流进行打底,当机器人接触到传感和电弧追踪功能后对钢结构U肋板进行焊接打底,然后再采用大电流进行盖面,一体化成形。使用焊接机器人焊接后的焊接部位抗疲劳作用较强,且焊缝外形整体美观度更高,减少了后期桥梁钢结构打磨、整修产生的人力及财力浪费,同时减少打磨过程中产生的粉尘污染,有效促进自动化焊接技术的绿色发展。

2.U肋板外焊专机的应用

U形肋板单元自动组装定位焊接设备是应用于桥面面板单位的焊接设备。桥面面板单元对于桥梁结构整体质量和寿命的影响至关重要,因此提升桥面板的焊接质量是延长桥梁钢结构使用寿命的关键。U形肋板单元自动组装定位焊接设备采用的是单面焊接,对熔深深度要求必须在80%以上。一般的桥梁桥面板焊接缝熔透的深度大于等于6.4毫米,小于8毫米,且不允许发生漏焊的情况。U形肋板单元自动组装定位机床在自动行走焊接的过程中具有打磨、除尘、定位、压紧和焊接于一体的作用,确保了焊接质量、焊接精度的提升,同时有效的提高了焊接效率。由于一体化焊接成形,还提高了焊接的环保功能,减少了钢材料的浪费。

3.U肋板内焊专机的应用

U肋板内焊专机是现代桥梁钢结构焊接的新技术,它采用U肋多头龙门焊专机配合U肋装配定位焊接机器人系统进行焊接,解决了U肋焊缝疲劳开裂问题,消除U肋与顶板连接内侧的开口性缺陷,如舟山大桥、沙埕湾大桥等。U肋板内焊专机的优势在于更好地控制U肋角焊缝的熔深深度和减少焊材的损耗。U肋板的作业流程为铣边→U肋打孔→U肋折弯→U肋手孔开设→U肋封板装配→顶/底板开设坡口→U肋板单元组立→U肋板单元焊接。专机焊接成形的焊缝熔深深度和外形美观程度远高于人工焊接。

(三)结构设计标准化

桥梁钢结构的设计标准化对于提高自动化焊接质量有着重要的意义,它是自动化焊接技术顺利实施的前提条件。以港珠澳大桥为例,该桥钢结构采用了大约40万吨的钢箱梁板单元。由于钢结构中有很多相同的单元型结构,这些相似的结构非常适合采用自动化焊接技术。在对相似单元进行焊接前,先将结构统一设计为标准参数,然后调整自动化焊接设备的参数,对相似单元结构局部进行细节焊接处理设置。如在隔板上增加加劲肋的设计,机器人在焊接竖向肋时系统自动提示水平肋板障碍,因此会自动跳过该部位,再继续连续焊接。这样有助于提高焊接缝的连续性,确保焊接质量的达标。港珠澳大桥肋距参数设置为40毫米,水平肋板端部的切角设置为大于等于50度,即解决了水平肋板对竖向肋板焊接障碍的问题。

结语

综上所述,钢桥梁结构焊接自动化技术的发展是随着新材料、新钢种、新自动化焊接设备、新焊接理念的更新而革新的,在桥梁钢结构的应用前景将十分广泛。

参考文献

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[2]王辉平.移动式焊接机器人在港珠澳大桥钢主梁大节段中的应用[J].焊接技术,2018(04):107-111.

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[4]薛松柏,王博,张亮,龙伟民.中国近十年绿色焊接技术研究进展[J].材料导报,2019(17):2813-2830.

论文作者:张丹,黎恒飞

论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期

论文发表时间:2020/3/16

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