一种抗疲劳箱型焊接结构、焊接方法及泵车输送管支架

摘要

本发明公开了一种抗疲劳箱型焊接结构、焊接方法及泵车输送管支架，包括：底板；上盖板；设置在所述底板和上盖板之间的左侧板和右侧板；在所述左侧板和右侧板上分别设置有用于安装输送管的第一通孔；所述底板、左侧板、右侧板和上盖板围成箱型结构；在所述箱型结构的内部设置有输送管支架。本发明通过在箱型结构的内部设置输送管支架，将输送管保护在支架内部，提高了箱型结构整体的刚度和稳定性，降低了焊接结构服役过程中受到的交变载荷对焊缝的破坏作用，能有效改善箱型结构的受力环境，提高箱型结构角焊缝的抗疲劳开裂性能。

说明书

技术领域

本发明属于混凝土泵车技术领域，具体涉及一种抗疲劳箱型焊接结构、焊接方法及泵车输送管支架。

背景技术

在工程机械、航空航天、船舶制造、轨道交通等领域，不可避免地都会应用到焊接结构，焊接结构的质量直接关系到产品质量的优劣。研究表明，有90％的焊接结构断裂导致的安全事故都是由疲劳失效引起的，因而，保障焊接结构的疲劳性能成为产品设计者着重考虑的问题。

焊接结构件疲劳性能的主要影响因素是应力集中，而应力集中多发生在结构的几何不连续处，这就决定了角焊缝具有较高的应力集中水平。尤其是在角焊缝焊趾处，容易产生疲劳裂纹并扩展，导致结构整体失效。由于工程机械服役过程中工况苛刻，受力情况也比较复杂，致使其存在着严重的疲劳隐患。以泵车布料杆结构为例，其主要采用箱型结构，通过大量的焊缝将上盖板、左右侧板及下底板连接而成，且多为T型接头形成的角焊缝，在实际工作中输送管与泵车布料杆臂架连接处的圆形角焊缝经常会出现疲劳开裂的现象。因此如何实现箱体结构与输送管的可靠连接，保障其抗疲劳性能是相关人员的一项重要工作。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种抗疲劳箱型焊接结构、焊接方法及泵车输送管支架，能有效改善箱型结构的受力环境，提高箱型结构角焊缝的抗疲劳开裂性能。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种抗疲劳箱型焊接结构，包括：底板；上盖板；设置在所述底板和上盖板之间的左侧板和右侧板；在所述左侧板和右侧板上分别设置有用于安装输送管的第一通孔；所述底板、左侧板、右侧板和上盖板围成箱型结构；在所述箱型结构的内部设置有输送管支架。

进一步地，所述底板和所述上盖板相互平行。

进一步地，所述左侧板和所述右侧板相互平行且与所述底板和上盖板垂直。

进一步地，所述输送管支架包括第一筋板和第二筋板，所述第一筋板与所述底板、左侧板、右侧板和上盖板分别垂直，所述第二筋板与所述第一筋板平行并分别位于所述输送管的两侧。

进一步地，所述输送管支架包括第三筋板、第四筋板、第五筋板和第六筋板，所述第三筋板与所述底板、左侧板、右侧板和上盖板分别垂直，所述第四筋板与所述第三筋板平行并分别位于所述输送管的两侧；所述第五筋板和第六筋板位于所述第三筋板和第四筋板之间；所述第五筋板分别与所述第三筋板和第四筋板垂直，所述第六筋板与所述第五筋板平行；所述第五筋板和第六筋板上设置有用于安装输送管的第二通孔。

进一步地，所述输送管支架包括第七筋板、第八筋板和第九筋板，所述第七筋板、第八筋板和第九筋板组成“X”形结构，所述第七筋板、第八筋板和第九筋板分别与所述底板垂直，并分别与所述左侧板成设定的夹角；所述输送管贯穿所述第七筋板、第八筋板和第九筋板的连接处。

第二方面，提供一种抗疲劳箱型焊接结构的焊接方法，包括：将所述底板、左侧板、右侧板和上盖板拼接成箱型结构；将所述第一筋板和第二筋板分别置于所述第一通孔的两侧，并分别与所述底板、左侧板、右侧板和上盖板垂直焊接；将所述输送管穿过所述第一通孔，并与所述左侧板和右侧板焊接。

第三方面，提供一种抗疲劳箱型焊接结构的焊接方法，包括：将所述底板、左侧板、右侧板和上盖板拼接成箱型结构；将所述第三筋板分别与所述底板、左侧板、右侧板和上盖板垂直焊接；将所述第五筋板和第六筋板分别与所述第三筋板垂直焊接并保持第二通孔的轴线与第一通孔的轴线重合；将第四筋板分别与所述底板、左侧板、右侧板、上盖板垂直焊接；将所述输送管穿过所述第一通孔、第二通孔，并与所述左侧板和右侧板焊接。

第四方面，提供一种抗疲劳箱型焊接结构的焊接方法，包括：将所述底板、左侧板、右侧板和上盖板拼接成箱型结构；将第七筋板分别与所述底板、左侧板、右侧板和上盖板焊接，并保持第七筋板与所述底板、上盖板垂直，同时保持第七筋板与所述左侧板、右侧板成设定角度；将第八筋板分别与所述底板、左侧板、第七筋板和上盖板焊接，并保持第八筋板与所述底板、上盖板垂直，同时保持第八筋板与所述左侧板成设定角度；将第九筋板分别与所述底板、第七筋板、右侧板和上盖板焊接，并保持第九筋板与所述底板、上盖板垂直，同时保持第九筋板与所述右侧板成设定角度；并将所述第七筋板、第八筋板和第九筋板组成“X”形结构；将所述输送管穿过所述第一通孔，并与所述左侧板和右侧板焊接，同时所述输送管贯穿所述第七筋板、第八筋板和第九筋板的连接处。

第五方面，提供一种泵车输送管支架，其特征在于，所述泵车输送管支架包括第一方面所述的抗疲劳箱型焊接结构。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

(1)本发明通过在箱型结构的内部设置输送管支架，将输送管保护在支架内部，提高了箱型结构整体的刚度和稳定性，降低了焊接结构服役过程中受到的交变载荷对焊缝的破坏作用，能有效改善箱型结构的受力环境，提高箱型结构角焊缝的抗疲劳开裂性能，经疲劳仿真分析验证，相对于现有结构，本发明方案的焊接结构疲劳寿命提高了40.9％，具有显著的提升效果；

(2)本发明的思路是改进结构设计，从上游设计改善结构形式以提高其疲劳性能，避免了不合理的结构设计带来的不必要的损失，减少了后续的试验验证，节省了大量的人力、物力和时间成本。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种抗疲劳箱型焊接结构的整体结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种抗疲劳箱型焊接结构的整体结构示意图(箱体结构未画出)；

图3是本发明实施例三提供的一种抗疲劳箱型焊接结构的整体结构示意图(箱体结构未画出)；

图中：41、底板；42、左侧板；43、右侧板；44、上盖板；45、输送管；46、第一筋板；47、第二筋板；51、第三筋板；52、第四筋板；53、第五筋板；54、第六筋板；61、第七筋板；62、第八筋板；63、第九筋板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，一种抗疲劳箱型焊接结构，包括：底板41、上盖板44、设置在底板41和上盖板44之间的左侧板42和右侧板43；在左侧板42和右侧板43上分别设置有用于安装输送管45的第一通孔；底板41、左侧板42、右侧板43和上盖板44围成箱型结构；在箱型结构的内部设置有输送管支架。

本实施例中，底板41和上盖板44相互平行。左侧板42和右侧板43相互平行且与底板41和上盖板44垂直。

输送管支架包括第一筋板46和第二筋板47，第一筋板46与底板41、左侧板42、右侧板43和上盖板44分别垂直，第二筋板47与第一筋板46平行并分别位于输送管45的两侧。

本实施例所述抗疲劳箱型焊接结构的焊接方法，包括：

a.试板准备，根据结构件实际尺寸要求加工得到所需板材，对板材表面将要焊接位置进行处理，去除其表面油污。在工装平台上对底板、左侧板、右侧板和上盖板的相对位置通过点焊进行固定；

b.箱型结构焊接，将点固后的组合结构置于焊接工作台上，对A、B、C、D四条焊缝同时进行焊接，焊脚尺寸选用6mm，不开坡口，且为单侧焊接，形成箱型结构；

c.输送管支架焊接：箱型结构焊接完成后，将第一筋板46置于箱型结构内部距侧板上第一通孔的轴线100mm处，使第一筋板46与箱型结构的底板41和侧板(左侧板42和右侧板43)均垂直；在第一筋板46远离侧板开孔侧进行单面焊接，形成上下左右四条焊缝，焊脚尺寸为5mm；以同样的方式焊接第二筋板47，第一筋板46与第二筋板47构成支撑输送管45的支架结构，输送管45与第一筋板46、第二筋板47之间并不相连。

d.输送管焊接，将输送管45依次穿过箱型结构的右侧板43上的第一通孔、箱型结构内部的输送管支架及左侧板42上的第一通孔，使输送管45伸出左侧板10mm。在箱型结构外部，输送管45与箱型结构的左、右侧板连接圆周处进行焊接，焊脚尺寸10mm，使输送管45与箱型结构连接成为一个整体。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别仅在于输送管支架的结构及焊接方法的不同。

如图2所示，输送管支架包括第三筋板51、第四筋板52、第五筋板53和第六筋板54，第三筋板51与底板41、左侧板42、右侧板43和上盖板44分别垂直，第四筋板52与第三筋板51平行并分别位于输送管45的两侧；第五筋板53和第六筋板54位于第三筋板51和第四筋板52之间；第五筋板53分别与第三筋板51和第四筋板52垂直，第六筋板54与第五筋板53平行；第五筋板53和第六筋板54上设置有用于安装输送管45的第二通孔。

本实施例所述抗疲劳箱型焊接结构的焊接方法，包括：

步骤a、步骤b与实施例一相同，此处省略；

c.输送管支架焊接：箱型结构焊接完成后，首先，焊接第三筋板51，焊接方式参考实施例一中第一筋板46的焊接方法，其次，进行第五筋板53及第六筋板54的焊接，在与第三筋板51的连接处(E和F)进行单面角焊缝焊接，焊脚尺寸5mm。再次，进行第四筋板52的焊接，焊接方式及焊脚尺寸同第三筋板51。焊接第四筋板52时，可以根据第五筋板53和第六筋板54的实际位置，将第四筋板52切割成三份分别焊接。

d.输送管焊接，将输送管45依次穿过箱型结构的右侧板43上的第一通孔、箱型结构内部的输送管支架上的第二通孔及左侧板42上的第一通孔，使输送管45伸出左侧板10mm。在箱型结构外部，输送管45与箱型结构的左、右侧板连接圆周处进行焊接，焊脚尺寸10mm，使输送管45与箱型结构连接成为一个整体。

实施例三：

本实施例与实施例一、实施例二的区别仅在于输送管支架的结构及焊接方法的不同。

如图3所示，输送管支架包括第七筋板61、第八筋板62和第九筋板63，第七筋板61、第八筋板62和第九筋板63组成“X”形结构，第七筋板61、第八筋板62和第九筋板63分别与底板41垂直，并分别与左侧板42成设定的夹角；输送管45贯穿第七筋板61、第八筋板62和第九筋板63的连接处。

本实施例所述抗疲劳箱型焊接结构的焊接方法，包括：

步骤a、步骤b与实施例一、实施例二相同，此处省略；

c.输送管支架焊接：箱型结构焊接完成后，首先，进行第七筋板61的焊接，第七筋板61与箱型结构的底板41垂直，且与左侧板42、右侧板43成45°夹角，在G和H处施焊，填平第七筋板61与左侧板42、右侧板43之间的空隙；其次，焊接第八筋板62，第八筋板62与底板41垂直且与左侧板42成45°夹角，在第八筋板62与左侧板42连接处I，进行填平焊接处理，再与第七筋板61连接处J，进行单面角焊缝焊接，焊脚尺寸5mm；同样地，在第九筋板63的K和L处施焊，形成输送管支架结构。

d.输送管焊接，将输送管45依次穿过箱型结构的右侧板43上的第一通孔、箱型结构内部的输送管支架(贯穿第七筋板61、第八筋板62和第九筋板63的连接处)及左侧板42上的第一通孔，使输送管45伸出左侧板10mm。在箱型结构外部，输送管45与箱型结构的左、右侧板连接圆周处进行焊接，焊脚尺寸10mm，使输送管45与箱型结构连接成为一个整体。

为了验证本申请三种改进结构的疲劳性能提升效果，对现有技术中的结构及本发明提供的三种方案进行疲劳仿真分析，对比这三种方案的疲劳寿命。本发明方案的焊接结构疲劳寿命至少提高了40.9％，具有显著的提升效果。

实施例四：

基于实施例一～实施例三，本实施例提供一种泵车输送管支架，所述泵车输送管支架包括实施例一～实施例三任一项所述的抗疲劳箱型焊接结构。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。