一种钢结构方管柱焊接结构及焊接工艺

技术领域

本申请涉及建筑钢结构的技术领域，尤其是涉及一种钢结构方管柱焊接结构及焊接工艺。

背景技术

钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一，钢结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，并采用硅烷化、纯锰磷化、水洗烘干、镀锌等除锈防锈工艺，有些住宅在建造时也会使用到钢结构，多为方管柱。

相关技术中公开号为CN107447861A的中国专利，提出了一种带斜撑的装配式钢结构方管柱梁柱节点连接装置，包括上柱、下柱、梁和斜撑，上柱和下柱由方管柱、柱顶法兰板、柱底法兰板、横向加筋肋I、横向加筋肋II、竖向加筋肋、端板I在工厂焊接而成，梁由H型钢梁、端板II、加筋肋在工厂焊接而成；柱的形式不仅限于方管柱，还可以选择其他箱型柱或圆管柱。该发明的焊接工作全部在工厂内完成，斜撑的设置，可较大幅度地提高节点的刚度和承载力，减少螺栓的用量。

上述中的相关技术存在有以下缺陷：建筑钢结构中通常会遇到钢柱和钢梁连接的问题，虽然通过加入斜撑将钢梁与钢柱之间的连接载荷转移，但是钢梁的承载性能依然受限于斜撑强度以及钢梁端部与钢柱焊接部位的连接稳定性，难以较大限度提高横梁的承载能力。

发明内容

为了改善当前梁柱连接节点容易失稳且梁承载性受限的问题，本申请提供一种钢结构方管柱焊接结构及焊接工艺。

本申请第一方面提供一种钢结构方管柱焊接工艺采用如下的技术方案：

一种钢结构方管柱焊接工艺，包括以下步骤：

S1.钢梁处理，测量钢梁端部沿竖向安装位置的外宽，并将所述钢梁端部切割出安装角；

S2.钢柱开槽，在钢柱待安装所述钢梁的侧壁上开设切槽以形成豁口和呈“U”型的余料，所述豁口与所述钢梁端部插接适配且所述豁口闭口端边线与所述钢柱长边平行，所述余料闭口端的一侧边与所述钢柱保持一体连接；

S3.钢梁安装，沿所述余料与所述钢柱连接部翻折所述余料，并将所述钢梁端部贴合插入所述豁口中；

S4.定位焊接，将所述钢梁端部嵌入所述豁口中的部位沿所述豁口轮廓与所述钢柱进行焊接；

S5.补强焊接，将所述余料翻转至其三面内侧壁均与所述钢梁相贴，将所述余料焊接固定于所述钢梁外周壁上。

更进一步地，步骤S2中所述余料与所述钢梁的连接部位于所述豁口在所述钢柱长度方向上的边缘处。

更进一步地，步骤S2中所述余料设有两个，两个所述余料与所述钢柱的连接部分别位于所述豁口沿所述钢柱长度方向排布的两个边缘处。

更进一步地，步骤S2中所述豁口在所述钢柱侧壁上的进深满足：

；

其中，W为所述钢梁沿竖向安装位置的外宽，α为所述钢梁的安装角的夹角或其补角，L为所述豁口的进深，D为所述钢柱壁厚；

且步骤S5完成后，还将两个所述余料相邻的敞口端进行焊接。

更进一步地，步骤S2中切槽形成所述豁口时，包括：

S21.在所述钢柱侧壁待安装所述钢梁位置的中位线处向所述钢柱中部方向贯穿切割通槽，所述通槽槽长符合所述豁口进深要求，所述通槽与所述钢梁最终态延伸方向平行；

S22.在所述通槽端部向上和向下分别切割出共线且槽长均与所述通槽槽长相等的上端槽和下端槽，所述上端槽与所述钢柱延伸方向平行；

S23.在所述上端槽和所述下端槽相远离的端部分别继续切割出平行于所述通槽的上边槽和下边槽，所述上边槽和所述下边槽远离所述上端槽的一端延伸至所述钢柱待安装所述钢梁一侧的内侧壁处。

更进一步地，步骤S2中切槽形成所述豁口，还使所述豁口边缘形成倒角坡口。

更进一步地，步骤S4中在进行焊接前还对所述钢梁上的所述豁口轮廓以及所述余料边缘进行毛刺打磨。

更进一步地，步骤S3中翻折所述余料前将所述余料与所述豁口的接头部位打磨出圆角。

本申请第二方面提供一种钢结构方管柱焊接结构采用如下的技术方案：

一种钢结构方管柱焊接结构，由上述一种钢结构方管柱焊接工艺加工而成，包括均由方管制成的所述钢柱和所述钢梁，所述钢柱侧壁上贯穿其宽度方向开设有所述豁口，所述钢柱上一体连接有与所述豁口嵌合适配的所述余料，所述余料呈“U”型且其闭口端的一侧边与所述豁口沿所述钢柱长度方向的边缘连接；

所述豁口闭口端的边线与所述钢柱长度方向平行，所述钢梁端部嵌于所述豁口中且所述钢梁端部与所述豁口闭口端相贴；

所述余料内侧壁贴合在所述钢梁外周壁且所述余料与所述钢梁焊接固定。

更进一步地，所述钢柱上设有两个所述余料，两个所述余料共同封闭所述豁口，两个所述余料呈相对设置且共同包裹在所述钢梁外周，两个所述余料的翼边等长且二者敞口端的同侧焊接固定。

综上所述，本申请的有益技术效果为：

1.在钢柱上切割出豁口并将钢梁端部嵌入豁口中焊接固定后，使得钢柱可以为钢梁端部提供良好且稳定的承载支撑，能显著提高钢梁的承载性能；且切割豁口未脱落的余料翻折后包裹在钢梁外周侧，再经焊接固定，可以避免钢梁端部自豁口中脱落或者发生偏移，可以为钢梁提供长久稳定的增稳效果，能进一步提高钢梁的承载能力；

2.设置两个相同尺寸的余料，使得两个余料的翼板部位翻折后焊接可以使得两个余料形成围合在钢梁周侧的闭合套筒，使得余料对钢梁起到的牵拉、支撑以及防侧偏作用彼此间起到协同、增强效果，能极大提升钢梁稳定性；

3.将通槽、上端槽、下端槽槽长以及上边槽和下边槽的实际槽长均与豁口的进深相等，也即将两个余料的翼板部位均设为四边相等的菱形，使得不论钢梁在钢柱上以任意角度安装，两个余料在翻转后二者同侧的翼板部位均能进行焊接固定以形成对横梁的闭合包裹，可以起到对横梁的良好稳定和承载加强效果，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本申请实施例的焊接方法中切槽后的钢柱结构示意图；

图2是本申请实施例的焊接方法中钢柱钢梁焊接完成后的结构示意图；

图3是本申请实施例的焊接方法中钢梁为倾斜安装时余料的翻折及算量示意图；

图4是本申请实施例的焊接结构的整体结构示意图。

附图标记说明：1、钢梁；11、安装角；2、钢柱；21、豁口；22、通槽；23、上端槽；24、下端槽；25、上边槽；26、下边槽；27、倒角坡口；3、余料。

实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例公开一种钢结构方管柱焊接工艺。参照图1和图2，一种钢结构方管柱焊接工艺包括以下步骤：

S1.钢梁处理，测量钢梁1端部沿竖向安装位置的外宽，并将钢梁1端部切割出安装角11，根据实际焊接需求，安装角11可以是直角状，此时钢梁1与钢柱2垂直；安装角11可以是锐角状，此时钢梁1在钢柱2上可以向上或者向下倾斜安装。

S2.钢柱开槽，在钢柱2待安装钢梁1的侧壁上开设贯穿钢柱2整体宽度的切槽以形成豁口21和呈“U”型的余料3，豁口21与钢梁1端部插接适配且豁口21闭口端边线与钢柱2长边平行，余料3闭口端的一侧边与钢柱2保持一体连接；在具体切割时可以使用角磨机、线切割机或者激光切割机，在本实施例中选用经济性和精准度均较高的线切割方式。

S3.钢梁安装，沿余料3与钢柱2连接部翻折余料3，并将钢梁1端部贴合插入豁口21中，具体是钢梁1端部的安装角11的斜面或直面与豁口21闭口端相贴。

S4.定位焊接，将钢梁1端部嵌入豁口21中的部位沿豁口21轮廓与钢柱2进行焊接，焊接方式主要采用气焊、电弧焊或者激光焊中的其中一种。

S5.补强焊接，将余料3翻转至其三面内侧壁均与钢梁1相贴，将余料3焊接固定于钢梁1外周壁上，焊接方式可以采取上述方式中的其中一种。

这样设置后，在定位焊接完成后，钢梁1已经被牢固固定在钢柱2的豁口21中，此时钢梁1端部的负载主要集中在钢柱2的豁口21处，豁口21处以下的钢柱2部分均可为钢梁1端部提供稳定的支撑效果，因此可以极大提高钢梁1整体的承载性能；并且豁口21处以上的钢柱2部分负载后施加在钢梁1端部，钢梁1可以将钢柱2上部的载荷稳定传递至钢柱2上部，因此即使在钢柱2上开设了豁口21，也不会对钢柱2的承载性能造成较为明显的影响，也就是说，通过本申请的焊接工艺对钢结构方管柱进行焊接后，可以极大提高钢结构方管柱整体的承载性，尤其是横梁的承载能力得到了大幅提升。

而且切割豁口21产生的余料3还可以翻折后包裹在钢梁1外周侧，并进行焊接固定，此时余料3上的腹板部位和两个翼板部位分别与钢梁1相邻的三个侧壁固定，一方面，可以提高钢梁1在钢柱2上的稳定性，避免钢梁1端部自豁口21中脱落或者发生偏移；另一方面，余料3的腹板部位与钢柱2仍为一体式连接，在经弯折后，可以为钢梁1提供良好的承托或者牵拉作用，而且余料3自钢柱2上脱落的概率极低，使得余料3也能为钢梁1提供长久稳定的增稳效果，从而进一步提高了钢梁1的承载能力；再者，余料3为钢柱2上切割余留而出，实现了对废料的充分利用，有助于尽可能降低钢结构方管柱的安装成本。

但，此处需要明确说明的是，由于余料3被切割后还需进行弯折，壁厚过大的方管钢柱2在翻折时难度较大，会急剧增加加工耗时以及加工成本，因此本申请的焊接工艺适用范围为壁厚在10mm及以下的方管。

更进一步的，为充分利用U型的余料3对横梁承载性能的提高效果。

参照图1和图2，步骤S2中余料3与钢梁1的连接部位于豁口21在钢柱2长度方向上的边缘处，具体的，步骤S2中余料3设有两个，两个余料3与钢柱2的连接部分别位于豁口21沿钢柱2长度方向排布的两个边缘处，也即两个余料3沿钢柱2的长度方向呈相对设置。

这样位于上方的余料3在被焊接固定在钢梁1上部的三个相邻侧壁上后，可以对钢梁1起到牵拉效果，可以在一定程度上提高钢梁1的承载能力以及抗侧向剪切能力；位于下方的余料3在被焊接固定在钢梁1下部的三个相邻侧壁上后，则可以对钢梁1起到托举效果，并且上方和下方的余料3都可以进一步促进钢梁1与钢柱2的连接牢固程度，进而提高钢柱2和钢梁1的整体结构稳定性，从而也能确保横梁长久稳定的负载。

更具体的，在另一可行的实施例中，参照图3，还进一步设置为：步骤S2中豁口21在钢柱2侧壁上的进深满足：

；

其中，W为钢梁1沿竖向安装位置的外宽，α为钢梁1的安装角11的夹角或其补角，L为豁口21的进深，D为钢柱2壁厚；且步骤S5完成后，还将两个余料3相邻的敞口端进行焊接。另外还需明确的是，豁口21的进深不得超过钢柱2宽度的三分之二，以防钢柱2结构破坏过多而失稳。

且参照图1，步骤S2中切槽形成豁口21时，包括：

S21.在钢柱2侧壁待安装钢梁1位置的中位线处向钢柱2中部方向贯穿切割通槽22，通槽22槽长符合豁口21进深要求，通槽22与钢梁1最终态延伸方向平行；

S22.在通槽22端部向上和向下分别切割出共线且槽长均与通槽22槽长相等的上端槽23和下端槽24，上端槽23与钢柱2延伸方向平行；

S23.在上端槽23和下端槽24相远离的端部分别继续切割出平行于通槽22的上边槽25和下边槽26，上边槽25和下边槽26远离上端槽23的一端延伸至钢柱2待安装钢梁1一侧的内侧壁处。

这样设置后，通槽22、上端槽23、下端槽24槽长以及上边槽25和下边槽26的实际槽长均与豁口21的进深相等，也就是说两个余料3的翼板部位均是四边相等的菱形，其菱形边长与豁口21的进深相等，而豁口21的进深极小值与钢梁1竖向外宽有关。当钢梁1的安装角11的夹角为直角时，豁口21的进深为钢梁1竖向外宽的一半，也即两个余料3翻转至与钢梁1相贴后，两个余料3的敞口端刚好对齐紧贴，此时将两个余料3的翼板部位进行焊接可以使得两个余料3形成围合在钢梁1周侧的闭合套筒。此时，闭合状的两个余料3将上部余料3和下部余料3对钢梁1的加固效果进行整合，相较于原有的独立牵拉、支撑以及防侧偏作用，两个闭合的余料3对钢梁1稳定性的提升更佳巨大，并且使得余料3对钢梁1起到的牵拉、支撑以及防侧偏作用彼此间起到协同、增强效果，从而这样的设置又能极大提升横梁的承载性能。

同理，当钢梁1的安装角11的夹角为锐角或钝角时，钢梁1为倾斜状安装在钢柱2上，此时即使两个余料3翻转至相对设置，两个余料3的敞口端也能刚好对齐紧贴，如图3所示，虚线部位为余料3切割后的初始位置，实线部位为余料3翻转后的位置。也就是说不论钢梁1在钢柱2上以任意角度安装，两个余料3在翻转后二者同侧的翼板部位均能进行焊接固定以形成对横梁的闭合包裹，可以起到对横梁的良好稳定和承载加强效果，具有良好的应用前景。

而豁口21的进深极大值的设置则是考虑到余料3在横梁外部包裹时，由于余料3自身存在壁厚（对应于钢柱2壁厚），因此余料3的翼板部位在包裹横梁时，必然会造成翼板在横梁竖直面上的长度缩短，尤其是方管制成的钢梁1还具有圆角，因此为确保两个余料3翻转后能够对钢梁1进行有效合围，当钢柱2的壁厚较大时，需要对余料3的翼板的实际长度进行补偿，对应的即是对豁口21的进深进行补偿；在具体操作时，钢柱2的壁厚越大，豁口21进深越接近上述范围的极大值；反之，钢柱2的壁厚越小，豁口21进深越接近上述范围的极小值。

同时，为确保在进行定位焊接和补强焊接时的焊接质量，一方面，步骤S2中切槽形成豁口21，还使豁口21边缘形成倒角坡口27，参照图2，坡口可以在切槽时斜向切割形成，也可以待切槽完成后进行打磨或者铣切形成；另一方面，步骤S4中在进行焊接前还对钢梁1上的豁口21轮廓以及余料3边缘进行毛刺打磨。

并且，为降低余料3在钢柱2上发生撕裂的风险，在步骤S3中翻折余料3前将余料3与豁口21的接头部位打磨出圆角，从而可以降低余料3与钢柱2连接的边角部应力过度集中的情况发生，尽可能确保余料3在钢柱2上的连接稳定性。

本申请实施例一种钢结构方管柱焊接结构及焊接工艺的实施原理为：

在钢柱2上切割出豁口21并将钢梁1端部嵌入豁口21中焊接固定后，使得钢柱2可以为钢梁1端部提供良好且稳定的承载支撑，能显著提高钢梁1的承载性能；并且切割豁口21产生的余料3还可以翻折后包裹在钢梁1外周侧，再经焊接固定，此时余料3上的腹板部位和两个翼板部位分别与钢梁1相邻的三个侧壁固定，一方面，可以提高钢梁1在钢柱2上的稳定性，避免钢梁1端部自豁口21中脱落或者发生偏移；另一方面，余料3的腹板部位与钢柱2仍为一体式连接，在经弯折后，可以为钢梁1提供良好的承托或者牵拉作用，而且余料3自钢柱2上脱落的概率极低，使得余料3也能为钢梁1提供长久稳定的增稳效果，从而进一步提高了钢梁1的承载能力；再者，余料3为钢柱2上切割余留而出，实现了对废料的充分利用，有助于尽可能降低钢结构方管柱的安装成本。

本申请实施例还公开一种钢结构方管柱焊接结构。参照图4，一种钢结构方管柱焊接结构包括均由方管制成的钢柱2和钢梁1，钢柱2侧壁上贯穿其宽度方向开设有豁口21，钢柱2上一体连接有与豁口21嵌合适配的余料3，余料3呈“U”型且其闭口端的一侧边与豁口21沿钢柱2长度方向的边缘连接。

豁口21闭口端的边线与钢柱2长度方向平行，钢梁1端部嵌于豁口21中且钢梁1端部与豁口21闭口端相贴；同时，余料3内侧壁贴合在钢梁1外周壁且余料3与钢梁1焊接固定。

具体的，钢柱2上设有两个余料3，两个余料3共同封闭豁口21，两个余料3呈相对设置且共同包裹在钢梁1外周，两个余料3的翼边等长且二者敞口端的同侧焊接固定。

除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。