[实用新型]一种钢结构箱型柱电渣焊用内部通水铜块强制冷却装置

说明书

技术领域

本实用新型属于焊接技术领域，涉及钢结构箱型柱电渣焊冷却技术。

背景技术

电渣焊是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热来加热、熔化金属，进而形成焊缝的一种焊接方法。与常规熔化焊（如CO₂气体保护焊等）相比，电渣焊具有生产效率高，经济效率好，无污染，不需要开坡口，焊材的消耗小，且由于渣池的预热作用而不易出现淬硬组织减小了冷裂倾向，电渣焊被广泛运用于厚大构件的焊接领域如建筑钢结构、船舶、压力容器和桥梁等。

在高层建筑的抗弯钢结构框架中，由于箱型柱在两个相互垂直的受力方向上，都具有非常好的工作性能，可以较好地满足钢柱强度及整体结构的稳定性，同时箱型柱因其截面积小、承载力大及抗震性能良好，所以国内高层建筑的钢柱一般均采用箱型柱。由于箱型柱的长度较长，为了提高箱型柱沿长度方向的刚度以控制挠曲变形，一般会在箱型柱内增加若干隔板，但由于箱型柱隔板与腹板的厚度较大且施焊难度较大，为了提高生产效率，一般采用具有大线能量特征的电渣焊进行连接。

但是电渣焊的焊接热输入远远大于CO₂气体保护焊等常规焊接方法，使得电渣焊接头在焊接热循环中高温停留时间和800～500^oC冷却时间(                                                )明显过长，同时也使得接头形成过宽的热影响区(HAZ)，产生晶粒粗大和过热组织的倾向较大，易使得电渣焊接头的冲击韧性较低。特别是在1994年美国Northridge地震和1995年日本发生阪神大地震以后，通过对建筑钢框架结构所做的专项调查发现，脆性断裂主要起源于工字钢（梁）下翼缘和箱形柱电渣焊接头的焊缝和热影响区，经过分析发现这主要是由于在焊后梁翼缘的接头区域韧性较差，在承受地震的冲击载荷以后，由于塑性不足从而导致接头发生脆性断裂现象。

为了提高钢结构箱型柱中电渣焊接头的韧性，陈立功等人在高炉用钢电渣焊过程中采用超声振动方法来改善焊接接头的综合力学性能。Kitani等人采用低碱性和含有一定量的Ti-B元素的焊丝，使焊缝能完全形成针状铁素体组织，从而大大提高了电渣焊接头的韧性。Ricci 和Eagar采用调整电渣焊工艺参数来减小接头的热影响区宽度，从而改善接头的力学性能。但是目前还没有在电渣焊焊接过程中采用强制冷却方式来提高了接头强度和韧性的研究。

在专利文献号为CN101704162，发明名称为圆筒形纵缝V型坡口的电渣焊方法的专利文献中，为了将电渣焊方法用于圆筒形纵缝V型坡口的焊接，设计了将冷却铜滑块放置于V型坡口的开口外侧，冷却铜滑块与焊接熔池直接相接触，使得熔池快速冷却成型。但是其所设计的冷却铜滑块只是为了使V型坡口封闭，以便在使用电渣焊施焊时液态熔渣及金属不会外流，而不是用于改善接头的力学性能，仅是为了成型而用，该装置无法用于箱型柱中已经封闭了的隔板与腹板处电渣焊接头中。同时，该铜滑块随焊接机头保持同步上升，这对于实际生产中的使用很是繁琐，并且在钢结构箱型柱的电渣焊中焊接机头固定不动，只是将焊丝伸入到槽里，所以也无法在箱型柱电渣焊中实现该过程。此外，冷却铜滑块内部的进水口和出水口均与焊缝横向平齐，从而影响到了冷却水的冷却效果，且未能实现冷却水的循环再利用。并且，由于高温熔池与铜块直接接触，必将对铜块有所伤害，影响到冷却铜滑块的使用寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种钢结构箱型柱电渣焊用内部通水铜块强制冷却装置，主要解决焊缝和热影响区在高温时的停留时间过长而产生晶粒粗大和过热组织的倾向较大的问题。此外该装置还能改变电渣焊构件表面的焊接应力方向，将拉应力转变为压应力，将有利于提高试件的抗疲劳强度。

本实用新型的技术方案如下：

一种钢结构箱型柱电渣焊用内部通水铜块强制冷却装置，用于钢结构箱型柱的隔板与腹板处电渣焊接头中，该装置包括：1号集水箱、2号集水箱、水泵、水阀、水压表、水管、铜块和U型管道。