一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及栓釘剪力鍵，尤其涉及一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵。本發(fā)明提供了一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，包括栓釘，所述栓釘包括釘帽和與所述釘帽連接的釘身，所述釘身的根部連接有與母材焊接的底盤(pán)，所述底盤(pán)的直徑大于所述釘身的直徑。本發(fā)明的有益效果是：將斷裂區(qū)域轉(zhuǎn)移到釘身與底盤(pán)之間，使斷裂區(qū)域與焊接區(qū)域相分離，可避免栓釘斷裂性質(zhì)受焊接工序的脆化影響，有利于提高焊接質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及栓釘剪力鍵，尤其涉及一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼結(jié)構(gòu)中部分梁、柱、板需要與混凝土截面拼接，需大量使用焊接栓釘作為鋼截面和混凝土截面的連接鍵，使得鋼混截面能互相拼接共同工作。橋梁由于跨度大，需要其截面有較大的抗彎剛度，鋼-混組合結(jié)構(gòu)由于受力分擔(dān)合理及剛度分配合理而廣泛采用，鋼混組合界面中焊接大量栓釘，將大體積混凝土截面與鋼截面拼接于一體。另外許多組合橋梁通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)橋梁與混凝土剛構(gòu)橋搭接組合而成，在鋼橋與混凝土橋的節(jié)點(diǎn)處，需要使用大量焊接栓釘協(xié)調(diào)變形和傳遞荷載。
[0003]焊接栓釘主要受剪力和掀起力，其工作能力決定了鋼截面與混凝土截面的組合效果。另外，目前栓釘與鋼截面的連接方式通常為焊接，焊接方式、焊接工藝與焊接質(zhì)量均很大程度影響栓釘?shù)目辜艄ぷ餍屎蜆O限破壞模式。栓釘焊接技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家的一種基本的熱加工方法，栓釘焊接大約有80%以上是通過(guò)螺柱焊機(jī)完成的，而我國(guó)1986年才在成都試制成功第一臺(tái)螺柱焊機(jī)。至于栓釘焊接技術(shù)的應(yīng)用，還是從上世紀(jì)的九十年代才逐步展開(kāi)的，到現(xiàn)在也只有20來(lái)年的歷史，因此栓釘焊接在我國(guó)還是一種剛剛興起的行業(yè)，不論焊接設(shè)備，還是焊接工藝都與國(guó)外有不少差距。
[0004]栓釘適用高層鋼骨結(jié)構(gòu)建筑、工業(yè)廠房建筑、公路、鐵路、橋梁、塔架、汽車(chē)、能源、交通設(shè)施建筑、機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、電站、管道支架、起重機(jī)械及其它各類(lèi)鋼結(jié)構(gòu)等工程。所有工程上使用的栓釘均應(yīng)該符合GB/T 10433-2002《電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘》的規(guī)定，其抗拉強(qiáng)度> 400kPa，屈服強(qiáng)度> 240kPa，并應(yīng)該拿取栓釘廠家出具的質(zhì)量檢驗(yàn)單等質(zhì)量證明書(shū)。
[0005]栓釘焊接方法由于其具有快速、可靠、簡(jiǎn)化工序、降低本錢(qián)等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而引起了世界各國(guó)的普遍重視，經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)和完善，特別是二次世界大戰(zhàn)后得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用到橋梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽車(chē)、電站、電控柜等行業(yè)。
[0006]目前，栓釘材料受焊接高溫影響，韌性將下降。特別在電弧焊過(guò)程中根部過(guò)熱而融化，材料厚度、晶粒度和化學(xué)成分將受到影響，使得材料延性特征下降。
[0007]栓釘焊接后焊縫及熱影響區(qū)域容易產(chǎn)生各種缺陷。在外部荷載作用下，缺陷區(qū)域?qū)⑻崆爱a(chǎn)生脆性斷裂，裂紋逐漸擴(kuò)展，當(dāng)外荷載增長(zhǎng)到某一臨界值，裂紋區(qū)域內(nèi)力處于高應(yīng)力狀態(tài)，而裂縫擴(kuò)展速度加快，使得栓釘破壞模式呈現(xiàn)脆性特征。
[0008]在采用焊條電弧焊時(shí)，栓釘本身受外荷載作用，將荷載傳遞至焊縫，再由焊縫將外荷載傳遞至母材。由于焊腳尺寸較小，且布置上屬于突變位置，焊料本身內(nèi)力處于高水平階段。這對(duì)焊料本身材料特性及焊接工藝提出較高的要求，如果焊料韌性不夠或焊接工藝無(wú)法滿足要求，斷裂點(diǎn)將發(fā)生在焊腳上，使得栓釘受剪破壞呈脆性破壞且栓釘沒(méi)有發(fā)揮足夠的材料潛能即退出工作。
[0009]由于栓釘工作過(guò)程中，釘身承受荷載將傳遞至栓釘根部，使得根部區(qū)域內(nèi)力最先達(dá)到最大值，在外荷載到達(dá)一定臨界值時(shí)栓釘在根部區(qū)域剪斷。當(dāng)焊接過(guò)程對(duì)母材和栓釘根部有損傷時(shí)，即金屬在焊接過(guò)程中韌性變差使得栓釘易脆斷，或者焊條材料延伸率不足，栓釘在剪斷過(guò)程由于斷裂區(qū)域正好與缺陷區(qū)域重疊，如圖1所示，栓釘200與母材100焊接，斷裂區(qū)域101與焊接區(qū)域102相重合，導(dǎo)致斷裂性質(zhì)受焊接工序的脆化影響，導(dǎo)致栓釘根部區(qū)域的缺陷將在斷裂過(guò)程中被反映出來(lái)，焊接質(zhì)量較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種栓釘斷裂點(diǎn)與焊接區(qū)域的分離而使得栓釘斷裂性質(zhì)未受焊接工序脆化影響的有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵。
[0011]本發(fā)明提供了一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，包括栓釘，所述栓釘包括釘帽和與所述釘帽連接的釘身，所述釘身的根部連接有與母材焊接的底盤(pán)，所述底盤(pán)的直徑大于所述釘身的直徑。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述栓釘剪力鍵還包括母材，所述底盤(pán)與所述母材焊接。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述底盤(pán)的底面設(shè)有凹槽。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述凹槽為圓環(huán)凹槽。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述底盤(pán)的底面設(shè)有引弧凸點(diǎn)。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述底盤(pán)的直徑等所述釘帽的直徑。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述引弧凸點(diǎn)位于所述底盤(pán)的圓心。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述栓釘剪力鍵還包括外套瓷環(huán)，所述外套瓷環(huán)套設(shè)在所述釘身、底盤(pán)上。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述外套瓷環(huán)包括套筒部和擴(kuò)口部，所述套筒部套設(shè)在所述釘身上，所述擴(kuò)口部套設(shè)在所述底盤(pán)上。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述套筒部、擴(kuò)口部之間設(shè)有臺(tái)階部，所述臺(tái)階部與所述底盤(pán)的頂面相貼合。
[0021 ] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述擴(kuò)口部的底部設(shè)有缺口。
[0022]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述釘帽的厚度為k，所述底盤(pán)的厚度為b，k、b的單位為 mm, b=k-3mm。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)上述方案，將斷裂區(qū)域轉(zhuǎn)移到釘身與底盤(pán)之間，使斷裂區(qū)域與焊接區(qū)域相分離，可避免栓釘斷裂性質(zhì)受焊接工序的脆化影響，有利于提高焊接質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中檢釘?shù)搅︽I的焊接不意圖；
圖2是本發(fā)明一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵的焊接示意圖；
圖3是本發(fā)明一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖3的局部放大圖A ；
圖5是本發(fā)明一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵的仰視圖； 圖6是本發(fā)明一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵安裝了外套瓷環(huán)的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵的外套瓷環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]圖2至圖7中的附圖標(biāo)號(hào)為:母材100;斷裂區(qū)域101 ;焊接區(qū)域102 ;栓釘I ;釘帽11 ;圓盤(pán)凹槽111 ;釘身12 ;底盤(pán)13 ;凹槽131 ;引弧凸點(diǎn)132 ;外套瓷環(huán)2 ;套筒部21 ;臺(tái)階部22 ;擴(kuò)口部23 ;缺口 24。
[0027]如圖2至圖7所示，一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，包括栓釘1，所述栓釘I包括釘帽11和與所述釘帽11連接的釘身12，所述釘帽11上設(shè)有圓盤(pán)凹槽111，所述釘身12的根部連接有與母材100焊接的底盤(pán)13，所述底盤(pán)13為圓盤(pán)狀，所述底盤(pán)13的直徑大于所述釘身12的直徑。
[0028]如圖2至圖7所示，所述底盤(pán)13的直徑等所述釘帽11的直徑。
[0029]如圖2至圖7所示，所述釘身12與所述釘帽11的交匯處倒圓角，所述釘身12與所述底盤(pán)13的交匯處倒圓角。
[0030]如圖2至圖7所示，所述釘帽11的厚度為k，所述底盤(pán)13的厚度為b，k、b的單位為 mm, b=k-3mm。
[0031]如圖2至圖7所示，所述釘帽11、釘身12主要與混凝土截面接觸，承擔(dān)大部分混凝土截面?zhèn)鬟f的剪力和拉力。此部分按普通圓柱頭焊接栓釘設(shè)計(jì)，參照GB/T 10433-2002《電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘》。
[0032]如圖2至圖7所示,所述栓釘剪力鍵還包括母材100,所述底盤(pán)13與所述母材100焊接。
[0033]如圖2至圖7所示，所述底盤(pán)13與栓釘I的釘身12的底部熱軋為一體，再通過(guò)電弧焊將底盤(pán)13焊接于母材100上。
[0034]如圖2至圖7所示，栓釘I的底盤(pán)13主要用處在于:首先栓釘I的釘身12承受結(jié)構(gòu)剪力與拉力，再將荷載傳遞到底盤(pán)13，底盤(pán)13將所有荷載轉(zhuǎn)移至母材100。由于底盤(pán)13與釘身12直徑尺寸的差距，底盤(pán)13與釘身12的接觸區(qū)域表現(xiàn)出幾何突變，荷載在此處需要往底盤(pán)13傳遞，使得此處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，內(nèi)力值達(dá)到一個(gè)較大范圍。底盤(pán)13與母材100的接觸面積較大，底盤(pán)13下端荷載值與上端近似，則栓釘I的底盤(pán)13下端區(qū)域內(nèi)力小于上端與栓釘I接觸面內(nèi)力。于是在荷載增大至一定界限值時(shí)，栓釘I與底盤(pán)13接觸面首先發(fā)生斷裂。
[0035]由于無(wú)論采用栓釘電弧焊或者焊料電弧焊，焊接區(qū)域主要在栓釘I的底盤(pán)13下側(cè)與外圍區(qū)域，對(duì)底盤(pán)13上端栓釘I接觸面無(wú)造成影響，所以焊接質(zhì)量與焊接對(duì)金屬脆化作用對(duì)栓釘I破壞模式影響甚小。本發(fā)明能人為控制栓釘I的斷裂口產(chǎn)生于底盤(pán)13與釘身12的交匯處，此處金屬將不受焊接工藝影響，于是栓釘I受外荷載而斷裂的屬性將保持金屬的韌性，破壞模式為延性斷裂。總而言之，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)栓釘斷裂區(qū)域101與焊接區(qū)域102的分離而使得栓釘I的斷裂性質(zhì)未受焊接工序的影響。[0036]如圖2至圖7所示，所述底盤(pán)13由于與母材100接觸面積較大，無(wú)論采取焊條電弧焊或者檢釘電弧焊等，都能保證在聞溫溶解時(shí)有充足熱流質(zhì)填充于底盤(pán)13周?chē)蛘叩撞?，使得栓釘I與母材100間有更多固定接觸，提升了栓釘I的焊接效果，更增強(qiáng)了栓釘I的抗拉及抗剪承載力。
[0037]如圖2至圖7所示，所述底盤(pán)13的底面設(shè)有凹槽131。
[0038]如圖2至圖7所示，所述凹槽131的作用在于:促使底盤(pán)13外圍及中心的金屬在焊接高溫中融化，使得底盤(pán)13外圍與中心與母材100良好接觸，避免底盤(pán)13局部與母材100脫離造成接觸不良。
[0039]如圖2至圖7所示，所述凹槽131優(yōu)選為圓環(huán)凹槽，所述圓環(huán)凹槽的內(nèi)徑等于所述釘身12直徑的一半，所述圓環(huán)凹槽的外徑等于所述釘身12的直徑。
[0040]如圖2至圖7所示，所述凹槽131的深度為所述底盤(pán)13的厚度的四分之一。
[0041]如圖2至圖7所示，所述底盤(pán)13的底面設(shè)有引弧凸點(diǎn)132。
[0042]如圖2至圖7所示，所述引弧凸點(diǎn)132的主要作用在于:焊接過(guò)程中拉弧后，在引弧凸點(diǎn)132產(chǎn)生高溫融化栓釘I的底盤(pán)13金屬。
[0043]如圖2至圖7所示，所述引弧凸點(diǎn)132位于所述底盤(pán)13的圓心。
[0044]如圖2至圖7所示，所述栓釘剪力鍵還包括外套瓷環(huán)2，所述外套瓷環(huán)2套設(shè)在所述釘身12、底盤(pán)13上。
[0045]如圖2至圖7所示，在栓釘I的根部設(shè)置外套瓷環(huán)2，主要利用陶瓷耐高溫特性，在焊接時(shí)，底盤(pán)13的金屬熔解后，在外套瓷環(huán)2的限制作用下能保持其熱流質(zhì)集中于底盤(pán)13周?chē)覅R合成較為圓潤(rùn)的熔池。由于栓釘I的底盤(pán)13被擴(kuò)大，為了更好形成均勻規(guī)則的焊腳，外套瓷環(huán)2可根據(jù)擴(kuò)大的底盤(pán)13做出調(diào)整。
[0046]如圖2至圖7所示，所述外套瓷環(huán)2包括套筒部21和擴(kuò)口部23，所述套筒部21套設(shè)在所述釘身12上，所述擴(kuò)口部23套設(shè)在所述底盤(pán)13上。
[0047]如圖2至圖7所示，所述套筒部21、擴(kuò)口部23之間設(shè)有臺(tái)階部22，所述臺(tái)階部22與所述底盤(pán)13的頂面相貼合。
[0048]如圖2至圖7所示，所述擴(kuò)口部23的底部設(shè)有缺口 24，所述缺口 24為三角形缺□。
[0049]本發(fā)明提供的一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵的優(yōu)點(diǎn)如下:
(1)釘身12下熱軋底盤(pán)13將栓釘I的斷裂區(qū)域101人為轉(zhuǎn)移至延性破壞區(qū)域。底盤(pán)13上端與釘身12接觸區(qū)域有幾何突變，使得局部應(yīng)力集中而提前斷裂，由此實(shí)現(xiàn)人為轉(zhuǎn)移破壞區(qū)域。底盤(pán)13上端區(qū)域低碳鋼金屬有合格延伸率保證，且與焊接區(qū)域102分離，焊接對(duì)金屬的脆化作用不會(huì)影響到斷裂區(qū)域；
(2)釘身12下熱軋底盤(pán)13可以改良焊接效果。底盤(pán)12截面面積比釘身12大，與母材100接觸面積增大，無(wú)論使用焊條電弧焊或者栓釘電弧焊，熔池均與母材100有更多的接觸面積，使得焊接效果提高。另外擴(kuò)大底盤(pán)13也有利于固定栓釘I位置，使栓釘I焊接時(shí)更易保持筆直，從而使焊接工藝更加方便，焊接效果得到更多保證。
[0050]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，其特征在于:包括栓釘，所述栓釘包括釘帽和與所述釘帽連接的釘身，所述釘身的根部連接有與母材焊接的底盤(pán)，所述底盤(pán)的直徑大于所述釘身的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，其特征在于:所述栓釘剪力鍵還包括母材，所述底盤(pán)與所述母材焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，其特征在于:所述底盤(pán)的底面設(shè)有凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，其特征在于:所述凹槽為圓環(huán)凹槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，其特征在于:所述底盤(pán)的底面設(shè)有引弧凸點(diǎn)，所述底盤(pán)的直徑等所述釘帽的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，其特征在于:所述引弧凸點(diǎn)位于所述底盤(pán)的圓心。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，其特征在于:所述栓釘剪力鍵還包括外套瓷環(huán)，所述外套瓷環(huán)套設(shè)在所述釘身、底盤(pán)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，其特征在于:所述外套瓷環(huán)包括套筒部和擴(kuò)口部，所述套筒部套設(shè)在所述釘身上，所述擴(kuò)口部套設(shè)在所述底盤(pán)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，其特征在于:所述套筒部、擴(kuò)口部之間設(shè)有臺(tái)階部，所述臺(tái)階部與所述底盤(pán)的頂面相貼合。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的有效提高焊接質(zhì)量兼延性破壞特征的栓釘剪力鍵，其特征在于:所述擴(kuò)口部的底部設(shè)有缺口。
【文檔編號(hào)】F16B15/00GK103982506SQ201410206162
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】隋莉莉, 邱桐, 邢鋒, 周英武, 韓寧旭 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)