橋墩的角接頭結構及角接頭施工方法

2023-06-11 09:50:36

專利名稱：橋墩的角接頭結構及角接頭施工方法
技術領域：
本發明涉及一種橋墩的角接頭結構及角接頭施工方法，詳細地說，涉及 通過焊接將厚鋼板的端緣彼此之間相互結合構成角接頭來製造鋼製橋墩的技術。
背景技術：
作為橋梁或者高架道路等的橋墩， 一般考慮使用混凝土材料等各種材料 的橋墩，作為其中之一有鋼製橋墩。
鋼製橋墩一般以通過焊接將厚鋼板彼此之間相互接合而構成角接頭，從 而形成截面為矩形(例如方形)的封閉截面結構的方式來製造。
而且，在將構成角接頭的全部厚鋼板的端緣彼此之間相互焊接時，從焊
接容易等的理由考慮，大多採用電弧焊接(SAW、 SMAW、 GMAW等)。
但是，這樣在角接頭中使用電弧焊接時，通常是在一厚鋼板的端緣形成 坡口，在該坡口的擴開部形成焊接金屬焊縫。而且，在形成該坡口的情況下， 由於對根部不能實施電弧焊接，因此產生一部分未被焊接的部分(熔化殘餘 部)，角接頭成為部分焊透接頭。但是，即使是這種部分焊透接頭，也必須確 保角接頭部分的剛性及強度，研究的結果，公知的是優選將該根部的板厚方 向的尺寸設為例如厚鋼板的板厚的1/4以下，以充分地確保擴開部的尺寸(參 照焊接學會全國(日本)大會演講概要第72集PP250- 251 "關於允許塑性 化的鋼結構體的角接頭強度的研究"(2003年3月24日發行))。
另 一方面，在最近用雷射光束將金屬部件加熱熔化而進行焊接的雷射焊 接(LBW)技術被開發且正在不斷地實用化，例如，公知的是在金屬部件的 Y形坡口內進行電弧焊接和雷射焊接施工的焊接方法(參照日本國特開平6 —114587號7>報)。
然而，在電弧焊接中，如土述焊接學會全國大會演講概要第72集所示， 在將根部的板厚方向的尺寸設為板厚的1/4以下來充分確保擴開部的尺寸的 情況下，尤其是在要形成角接頭完全焊透的接頭的情況下， 一方面確保了角
3接頭部分的剛性及強度，另一方面，焊接作業量多，成本^是高，另外，為了 增大坡口的擴開部而導致焊接金屬的量增多，由此，存在熱收縮量增大而使 殘餘應力變大，或者，由於過大的輸入熱量而使熱變形增大之類的問題。
另外，在由產生熔化殘餘部的部分焊透接頭構成角接頭時，儘管能夠支 承通常的負荷，但也存在不能充分確保耐震性能之類的問題。
另一方面，上述日本國特開平6- 114587號公報中公開的焊接方法，是 在板部件的對接結合中進行雷射焊接和電弧焊接工序的方法。具體地說，在 該公報所公示的焊接方法中，從板部件的根部側(背側)對Y型坡口的根部 進行雷射焊接，而且，從板部件的擴開部側(外側)對擴開部進行電弧焊接。
但是，對於如上所述的鋼製橋墩的角接頭，由於焊接部位不是單純的對 接焊接，所以，不能直接採用該公報中公示的焊接方法。
另外，該公報中公示的技術主要是以提高形狀精度為目的的技術，並沒 有解決上述問題
發明內容
'
本發明是鑑於上述問題而開發的，其目的在於，提供一種橋墩的角接頭 結構及角接頭施工方法，其可以抑制殘餘應力及熱變形等，實現焊接作業省 力化及減少焊接材料，同時能夠確保高的耐震性能。
為了達到上述目的，本發明的橋墩的角接頭結構通過將鄰接的厚鋼板中的 一厚鋼板的端面焊接於另一厚鋼板的端緣側面上而構成，其特徵在於，在所 述一厚鋼板的端面形成有坡口，對該坡口的根部進行雷射焊接施工，且對擴 開部進行電弧焊接施工而填充焊接金屬。
因此，要使對厚鋼板進行焊接而構成的橋墩的角接頭變為完全焊透的接頭 時，僅在電弧焊接中，焊接金屬的使用量因坡口的擴開部的增大而增加，且 由於焊接金屬的熱收縮有時在厚鋼板內產生大的殘餘應力，或者由於輸入熱 量增大有時使厚鋼板熱變形，但是，通過用雷射焊接對坡口的根部進行焊接， 能夠將焊接金屬使用量抑制在需要的最小限度，抑制殘餘應力的發生，從而 抑制厚鋼板的熱變形，不增大坡口的擴開部或者不增大輸入熱量，就能夠容 易地實現使厚鋼板焊接而構成的橋墩的角接頭為完全焊透的接頭。由此，能 夠實現焊接作業的省力化及焊接材料的減少，而且能夠確保角接頭的剛性及 強度，實現具有高耐震性能的橋墩。在這種情況下，所述坡口優選V型坡口。
由此，在厚鋼板的板厚較厚的情況下，通過把坡口分開能夠儘可能地減小 變形。
另外，優選所述坡口為向橋墩的外側擴開的k型或者J型坡口。
由此，在厚鋼板的板厚較薄的情況下，可以抑制由於電弧焊接產生的殘餘
應力及厚鋼板的熱變形，同時只是從橋墩外側就能夠完成焊接作業，由此，
能夠使焊接作業進一步省力化。
另夕卜，優選所述根部的所述厚鋼板的板厚方向的尺寸設定為比厚鋼板的板
厚的1/4大。
由此，如上所述，在對角接頭使用電弧焊接時，為了確保角接頭部分的剛 性及強度，可以將根部的板厚方向的尺寸設定為例如在厚鋼板的板厚的1/4
以下，換言之，假如根部的板厚方向的尺寸例如比厚鋼板的板厚的1/4大，角
接頭部分不能確保充分的剛性及強度的可能性就大，然而，即使根部的板厚
方向的尺寸比厚鋼板的板厚的1/4大，通過對根部進行雷射焊接工序也能夠實 現完全焊透的接頭，從而能夠確保角接頭部分的剛性及強度，在這種情況下， 再通過縮小電弧焊接的施工範圍，能夠適當地抑制由於電弧焊接產生的殘餘 應力及厚鋼板的熱變形。
另外，本發明的橋墩的角接頭施工方法是通過將鄰接的厚鋼板中的一厚鋼 板的端面焊接於另一厚鋼板的端緣側面上而構成橋墩的角接頭施工方法，其 特徵在於，具有在所述一厚鋼板的端面形成坡口的第一工序，對該^t口的 根部進行雷射焊接施工的第二工序，實施該第二工序後，對所述坡口的擴開 部進行電弧焊接施工而填充焊接金屬的第三工序。
因此，要使焊接厚鋼板而構成橋墩的角接頭成為完全焊透的接頭時，僅是 電弧焊接，焊接金屬的使用量會因坡口的擴開部增大而增加，由於焊接金屬 的熱收縮有時在厚鋼板內產生大的殘餘應力，或由於輸入熱量變大而使厚鋼 板熱變形，然而，通過在一厚鋼板的端面形成坡口 (第一工序)，對該坡口的 根部進行雷射焊接施工(第二工序)，其後，對擴開部進行電弧焊接施工而填 充焊接金屬(第三工序)，能夠將焊接金屬的使用量抑制在需要的最小限度， 從而能夠抑制殘餘應力的發生和厚鋼板的熱變形，不增大坡口的擴開部或不 加大輸入熱量，就能夠容易地實現使厚鋼板焊接而構成的橋墩的角接頭成為完全焊透的接頭。由此，能夠實現焊接作業的省力及焊接材料的減少，而且 能夠實現具有高耐震性能的橋墩。


圖1是表示適用本發明的角接頭結構的鋼製橋墩的圖;
圖2是沿圖1的A-A線的橋墩的剖面圖； 圖3是表示橋墩的製造工序的圖； 圖4是V型坡口的放大圖； 圖5是焊接部的放大圖； 圖6是k型坡口的放大圖。
具體實施例方式
下面，基於附圖對本發明的實施方式進行說明。
圖l表示適用本發明的角接頭結構的鋼製橋墩，圖2表示沿圖1的A-A 線的橋墩的剖面圖，以下，基於這些附圖進行說明。
如圖1所示，鋼製的橋墩I例如為支承高架道路等的橋墩時，由臂部2 和腿部4構成，利用焊接將多個厚鋼板10的端緣相互連接，由此形成封閉截 面結構的結構物。
在此，厚鋼板10例如為相同的規定板厚tl (例如25mm ~ 60mm )的平板。
如圖2所示，在腿部4，鄰接的厚鋼板10a~ 10d橫跨角接頭的全長利用 雷射焊接及電弧焊接在端緣相互之間焊接，而形成有焊接金屬焊縫40。由此， 在腿部4形成矩形截面的封閉截面結構。
參照圖3，圖示有將厚鋼板IO相互焊接形成的橋墩1的製造工序，以下， 基於圖3對橋墩的角接頭施工方法進行詳細說明。另外，在此，作為代表以 厚鋼板1 Oa、 1 Ob為例進行說明。
首先，在厚鋼板10a的端面20形成有用於電弧焊接的V型坡口 22 (第 一工序)。
如圖4放大所示，即、V型坡口 22的端面20上的板厚方向的中央部被 倒角以作為4艮部24而殘留。
詳細地說，如後所述，為了在該根部24進行雷射焊接工序，將根部24
6的板厚方向的尺寸L設定為例如在板厚方向可實施雷射焊接的最大值，即、 與雷射焊接的能力相對應的尺寸。
但是，在角接頭上僅僅採用電弧焊接的情況下，如上所迷，已知可以將
形成未焊接的根部24的板厚方向的尺寸L設定為例如厚鋼板10的板厚tl的 1/4 (tl/4)的以下，換言之就是已知在將形成未焊接的根部24的板厚方向的 尺寸L設定為例如比厚鋼板10的板厚tl的1/4 (tl/4)大的情況下，在角接 頭部分不能確保充分的剛性及強度的可能性會增大。
但是，如本申請那樣，在對根部24進行雷射焊接施工的情況下，沒有理 由將該尺寸L抑制在板厚tl的1/4以下，反之，只要是在雷射焊接的能力範 圍內，也可以將該尺寸L設定為比板厚tl的1/4大。
因此，更詳細說，根部24的板厚方向的尺寸L在雷射焊接的能力範圍之 內可以設為例如比厚鋼板10的板厚tl的1/4還大的尺寸。
而且，^吏厚鋼板10a的根部24與厚鋼板10b的端緣側面30抵接，首先 在根部24進行雷射焊接施工。具體地說，根部24在與厚鋼板10b的另 一端 緣側面30抵接的狀態下，通過雷射焊接機50從橋墩1的外側，即擴開部26 側向才艮部24照射例如YAG雷射或C02雷射等雷射光束R。由此，根部24被 焊接於厚鋼板iob的端緣側面30上。
厚鋼板10a的根部24通過雷射焊接被焊接於厚鋼板10b的端緣側面30 上後，在V型坡口 22的擴開部26、 28內插入金屬焊條42，在利用電弧放電 而熔化的焊接金屬將周邊的厚鋼板10a、 10b熔化，同時，以數個焊道施工水 平的作業實施電弧焊接(第三工序)。
由此，如圖5中放大焊接部所示，V型坡口 22的根部24通過雷射焊接 被焊接於厚鋼板10b上，並且，擴開部26、 28通過電弧焊接被焊接於厚鋼板 10b上，且焊接金屬分別填充在擴開部26、 28內後，從而形成金屬焊縫40。
下面，對這樣製造的本發明的橋墩角接頭結構及角接頭施工方法的作用 及效果進行說明。另外，作為其中的代表以厚鋼板10a、 10b為例進行說明。
假如要想在橋墩1的角接頭中僅僅通過電弧焊接實現完全焊透的接頭， 則需要增大擴開部26、 28或者為了焊接到根部24而增強電弧放電。由此， 使焊接金屬的使用量增加，由於焊接金屬的熱收縮導致在厚鋼板10a、 10b內 產生大的殘餘應力，或者由於輸入熱量變大而4吏厚鋼板10a、 10b熱變形。
但是，如上所述，在通過雷射焊接將厚鋼板10a的根部24焊接於厚鋼板
710b上時，不需要增大擴開部26、 28,相反，就根部24的板厚方向的尺寸而 言，由於被設定為比厚鋼板10的板厚tl的1/4、例如與雷射焊接相對應的尺 寸，因此，儘可能延長根部24的板厚方向的尺寸，另一方面，能夠縮小電弧 焊接的施工範圍即擴開部26、 28，能夠將焊接作業減少到上如上所述的數個 焊道施工水平，而且，能夠將焊接金屬的使用量抑制在需要的最小限度從而 縮減焊接金屬的熱收縮量，可以抑制在厚鋼板10a、 10b內的殘餘應力的發生。 另外，電弧焊接的施工只僅僅在擴開部26、 28的範圍內即可，不需要實施電 弧焊接直到根部24，因此，即使電弧放電不那麼強，也可以完成電弧焊接， 從而能夠減少輸入熱量，並抑制厚鋼板10a、 10b的熱變形。
即、通過雷射焊接將厚鋼板10a的根部24焊接於厚鋼板10b上，其後， 通過電弧焊接對擴開部26、 28進行焊接，由此，不增大擴開部26、 28,或者， 不增大輸入熱量就可以容易地實現完全焊透的角接頭，且能夠確保角接頭的 剛性及強度。
由此，能夠實現焊接作業的省力化及焊接材料的減少，謀求成本減少， 同時實現具有高抗震性能的橋墩。另外，由於將形成於厚鋼板10a端面20上 的坡口設定為V型坡口 22,因此，例如在厚鋼板10a的板厚為厚鋼板的情況 下，能夠將坡口部分成坡口部26、 28,能夠分別儘可能減小坡口部26、 28， 從而能夠良好地抑制由於電弧焊接在厚鋼板10a、 10b內產生的殘餘應力及厚 鋼板10a、 10b的熱變形。
另外，在此，雖然在厚鋼板10a的端面20上形成V型坡口 ，但例如在厚 鋼板10a的板厚比較薄的情況下，如圖6放大所示，也可以在該端面20上形 成向橋墩l的外側擴開的k型坡口 (或者J型坡口)22'。
這樣，只要將坡口設定為向橋墩l的外側擴開的k型坡口 22',就可以抑 制由於電弧焊接在厚鋼板10a、 10b內產生的殘餘應力或厚鋼板10a、 10b的 熱變形，同時，可以僅從橋墩1的外側完成焊接作業，使焊接作業進一步省 力化。
以上，對本發明的實施方式進行了說明，但是，實施方式並不限於上述 內容，在不脫離發明的宗旨的範圍內可以進行各種變形。
例如，在上述實施方式中，是以將本發明的橋墩角接頭結構適用於腿部4 的角接頭的情況為例進行了說明，當然本發明也可以適用於臂部2的角接頭等。
權利要求
1、一種橋墩的角接頭結構，通過將鄰接的厚鋼板中的一厚鋼板的端面焊接於另一厚鋼板的端緣側面上而構成，其特徵在於，在所述一厚鋼板的端面形成有坡口，對該坡口的根部進行雷射焊接施工，且對擴開部進行電弧焊接施工而填充焊接金屬。
2、 如權利要求1所述的橋墩的角接頭結構，其特徵在於， 所述坡口為V型坡口。
3、 如權利要求1所述的橋墩的角接頭結構，其特徵在於， 所述坡口為向橋墩的外側擴開的k型或者J型坡口。
4、 如權利要求1 ~3中任一項所述的橋墩的角接頭結構，其特徵在於， 所述根部的所述厚鋼板的板厚方向的尺寸設定為比該厚鋼板的板厚的1/4大。
5、 一種橋墩的角接頭施工方法，該橋墩的角接頭通過將鄰接的厚鋼板中 的一厚鋼板的端面焊接於另一厚鋼板的端緣側面上而構成，其特徵在於，具 有在所述一厚鋼板的端面形成坡口的第 一 工序， 對該坡口的根部進行雷射焊接施工的第二工序，實施該第二工序後，對所述坡口的擴開部進行電弧焊接施工而填充焊接 金屬的第三工序。
全文摘要
本發明涉及一種橋墩的角接頭結構，在構成該橋墩的角接頭結構的鄰接的厚鋼板(10a、10b)中的一厚鋼板(10a)的端面(20)形成有坡口(22)，對該坡口的根部(24)進行雷射焊接施工，且對擴開部(26、28)進行電弧焊接施工而填充焊接金屬。
文檔編號B23K9/235GK101506437SQ200680055760
公開日2009年8月12日 申請日期2006年7月31日 優先權日2006年7月31日
發明者中西保正, 山岡弘人, 川口勳, 豬瀬幸太郎 申請人:株式會社Ihi