非接触式U 肋内焊科研支撑体系探析

0 引言

目前国内钢桥面板U 肋截面尺寸较小，常规焊机无法进入其内部施焊。非接触式U 肋内焊技术即通过专用焊接设备，利用电磁驱动原理，将焊枪送进U 肋内部，进行U 肋内侧角焊缝的施焊工作，完成内焊工作后，再进行外侧焊缝的焊接。非接触式U肋焊接包括行走可靠性设计、可调节式焊枪锁紧机构、装配式焊枪，狭小封闭空间焊接系统、限位纠偏、远距离送丝、焊缝补偿等技术。

通过非接触式U 肋内焊技术，将U 肋与桥面板之间的连接焊缝由单侧角焊缝改变为双侧角焊缝形式，彻底改变了焊缝对U肋腹板的偏心状态，大幅延长焊缝的寿命。解决了非常规小型U肋无法焊接的问题，降低了工艺成本，提高综合经济效益，为国内U 肋内焊提供新的思路。

1 非接触式U 肋内焊设备简介

1.1 非接触式U 肋内焊设备的组成

非接触式U 肋内焊自动焊接设备将控制系统与焊接机构分离，使焊接机构小型化，包括限位机构、焊接机构、电磁驱动系统等部分，见图1、图2。

图1 非接触式U 肋内焊自动焊接设备

图2 非接触式U 肋内焊自动焊接设备截面

1.2 非接触式U 肋内焊的工作原理

首先将U 肋板单元在工作胎架上精确定位，在U 肋内部采用角钢或圆钢作为焊接机构导轨，对焊接机构进行限位，调节限位轨道使其与U 肋中心线对齐；然后通过龙门焊接行走机构驱动外部电磁铁移动，带动内部电磁铁同步移动，在行进过程中焊枪对U 肋内部角焊缝进行焊接，每台焊接机构带一把焊枪，行进一个行程后完成单侧焊缝的内部焊接，再调整焊枪方向，延相反方向再次行进，即可完成一个U 肋内部角焊缝焊接。

目前国内钢桥每块U 肋板单元最多有6 根U 肋，为提高工作效率，可同时布置6 组内焊设备。实现一个行程内，同时完成一块U 肋板单元6 根U 肋和6 条内部角焊缝的焊接工作。在整个焊接过程中，实现焊道轨迹的精确定位和良好的焊缝成形。

2 非接触式U 肋内焊技术优化的研究

随着正交异性板结构在钢结构桥梁的建设中广泛应用，行业内对各类疲劳开裂问题逐渐进行了深入研究，其中U 肋与桥面板的焊接疲劳问题广受关注，基于非接触U 肋内焊技术可以保证焊缝质量，有效提升正交异性桥面板抗疲劳性能。

2.1 U 肋内焊行进机构

不同于导轮式自动焊接小车进焊接方式，焊枪通过轻体外壳与内部电磁铁连接，利用与U 肋曲线线性相匹配的限位轨道实现精确定位，由龙门焊接平台通过外部电磁铁驱动，内部电磁铁从动的方式，控制焊枪在U 肋内部行进。这样既可以提供充分的驱动力，又保证了焊枪行进速度的均匀性，从而保障了焊接过程中焊缝成型的一致性；同时焊枪在横桥向通过焊缝跟踪系统的控制，可相对位移，实现焊缝自动跟踪补偿，避免焊道焊偏。这种结构设计保证了U 肋内部焊接工作的可靠性，见图3。

图3 非接触式U 肋内焊行进机构

2.2 电磁铁驱动技术

焊接机构整体采用轻体外壳，内部设置电磁铁。焊接机构下部设置与限位导轨匹配的滚轮，上部亦设置小轮以控制焊接机构与U 肋内壁的间隙在1mm 左右，避免焊接机构与U 肋内壁吸附在一起，造成焊接机构运动阻力过大。外部采用电磁驱动机构，其下部设置滚轮，以控制电磁驱动机构与U 肋间隙在1mm左右，避免磁力过大而将U 肋吸起。电磁驱动结构通过电磁力驱动焊接机构在限位导轨上移动，可实现焊枪对U 肋进行内焊作业要求。

2.3 焊缝补偿技术

目前U 肋焊接自动跟踪方式分为机械式、感应式、电弧式和激光跟踪四种，非接触式U 肋内焊设备采用机械式焊缝跟踪技术，焊枪端头的探针，检测应焊接位置和实际探测位置的偏差，并跟着横向微调，保证焊接位置的准确性和焊缝跟踪的可靠性，且成本较低，工艺简单。

3 非接触式U 肋内焊需解决的问题探析

非接触式U 肋内焊具有可适应操作空间狭小，行进稳定，焊缝质量高的特点。在非接触式U 肋内焊技术基础上有以下几点问题需研究探讨：

3.1 焊缝检测功能

U 肋内部空间狭小，完成内部焊接后采用常规检测技术无法准确的检测内部焊缝，国内过去一直缺乏有效的检测方式。基于U 肋内焊工艺，焊接机构需集成焊缝检测功能，在焊枪部位增加超声波探头，通过行进机构即可扫描整条焊缝的内部裂纹，可解决目前U 肋内部熔透焊的检测问题。

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