【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钢结构建筑，特别涉及一种钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法。
技术介绍
1、正交异性钢桥面板具有轻质高强、方便施工等突出优点，广泛应用于我国大跨度桥梁工程。然而正交异性钢桥面板构造复杂、焊缝较多，在桥面车辆的反复荷载作用下，焊缝疲劳问题较为突出，其中，顶板-u肋连接焊缝具有明显的几何不连续性，该区域应力集中较为严重，且加工过程与焊接过程存在难以避免的初始缺陷问题，导致该区域是正交异性钢桥面板最易发生疲劳损伤的部位之一。因此，对正交异性钢桥面板的顶板-u肋连接焊缝进行疲劳开裂加固十分必要。
2、目前，正交异性钢桥面板的顶板-u肋连接焊缝疲劳开裂的加固方式主要包括局部刚度加固法与整体刚度加固法。局部刚度加固法主要通过螺栓连接与粘结剂粘结等方式对焊缝区域增设形状贴合的局部板材，通过增大局部刚度、降低连接处应力幅值的方式来减缓顶板-u肋连接处的疲劳裂纹扩展。例如在顶板-u肋连接焊缝处粘结碳纤维(cfrp)增强复合材料，随着粘贴层数的增加，疲劳修复效率也随之提高，基于此还提出了预应力cfrp加固钢结构的方法，通过对碳纤维材料引入预应力，减小了钢构件中的永久拉应力，降低其平均应力水平进而增加被加固构件的疲劳寿命；也可以在顶板-u肋连接焊缝处粘贴角钢，通过增大局部刚度来提升结构的疲劳性能。
3、整体刚度加固法则需要对钢桥面板顶板铺设高性能混凝土，并通过剪力钉或结构胶与下层既有钢桥面板形成组合桥面板共同受力，来降低焊缝处的疲劳应力幅，即以增大正交异性钢桥面板的整体刚度的形式来对焊缝进行加固。例如在正交异性钢
4、上述的两种加固方法有效降低了正交异性钢桥面板的顶板-u肋连接焊缝处的应力幅值，延长了结构的疲劳寿命。但在其加固处理过程中，也存在一些问题。对于整体刚度加固法，在铺设高性能混凝土的过程中，显著增加了结构的自重，因此，对于不宜引入额外自重的老旧桥梁及超大跨径桥梁的修复加固工程，整体刚度加固法并不适用。此外，为降低铺设的高性能混凝土收缩给结构带来的不利影响，整体刚度加固法涉及巨量混凝土的高温养护，增加了施工成本。相较而言，局部刚度加固法的应用场景更加广泛。局部刚度加固法虽使用材料较少，未引入过多自重，但其通过粘结的方式在结构局部引入额外刚度，加固效果在很大程度上取决于粘结板材与基材之间的长期粘结作用与协同作用，易受到粘结剂性能与施工环境因素的影响。
5、因此，为解决现有正交异性钢桥面板的顶板-u肋连接焊缝疲劳开裂加固方法所存在的问题，需对局部刚度加固法进行优化，使用一种全新的技术以期在焊缝局部引入与基材结合良好的局部刚度。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本专利技术实施例提供一种钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，使用激光增材技术对正交异性钢桥面板的顶板-u肋连接焊缝进行局部增材加固。
2、根据本专利技术实施例的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，包括以下步骤：
3、步骤s1，对正交异性钢桥面板的顶板-u肋连接焊缝进行探伤处理，根据探伤取得的焊缝疲劳裂纹分布区域确定待增材加固区域；
4、步骤s2，对顶板及u肋的所述待增材加固区域进行清理，去除钢板构件表面的保护层和氧化层；
5、步骤s3，采用激光熔覆增材技术，在顶板及u肋表面对应的所述待增材加固区域内沿s型轨迹进行激光增材打印，后逐层打印形成金属增材的熔覆层，从而对顶板-u肋连接焊缝进行增材制造加固；
6、步骤s4，对增材制造加固后的所述熔覆层的加固实体进行冷却，在完全冷却状态下对所述加固实体进行渗透探伤；若检测出存在损伤缺陷的待修补区域，对该待修补区域再次利用激光熔覆增材技术进行打印修补；重复探伤修补过程，直到所述加固实体不再出现可探测的缺陷为止；
7、步骤s5，对增材制造加固后的所述熔覆层加固实体进行冷却，在完全冷却状态下对所述加固实体进行修磨柔化处理，将所述加固实体表面修磨光滑。
8、在可选或优选的实施例中，所述待增材加固区域位于顶板及u肋所形成的钝角区，而非直接对疲劳裂纹进行原位增材加固修复。
9、在可选或优选的实施例中，所述待增材加固范围沿探伤取得的焊缝疲劳裂纹分布区域的长度区间进行分布，所述待增材加固区域的厚度设定为u肋厚度的1.5倍或大于该数值，所述待增材加固区域的宽度设定为u肋厚度的20倍或大于该数值。
10、在可选或优选的实施例中，所述待增材加固区域的长度则根据疲劳裂纹所在位置进行设定：对位于板材中部的疲劳裂纹，待增材加固区域的长度应能完全包含焊缝疲劳的长度，且相对于焊缝疲劳长度方向的两个边界各向外延伸至少5厘米；对位于板件边缘位置无法满足最低延伸需求的疲劳裂纹，应适当增加增材加固层的厚度，增加的厚度不应少于u肋厚度的四分之一。
11、在可选或优选的实施例中，步骤s1中的探伤处理采用超声波焊缝探伤技术，探伤过程中探头始终对着顶板-u肋连接焊缝，沿顶板-u肋连接焊缝作锯齿形移动，并以10～15°的角度略微摆动探头，以发现各种形状及方位的缺陷，从而确定焊缝疲劳裂纹分布区域。
12、在可选或优选的实施例中，步骤s2中的清理操作包括：首先用丙酮清除顶板及u肋表面的杂质，并用钢丝刷去除钢板构件表面的保护层和氧化膜。
13、在可选或优选的实施例中，步骤s3中，进行增材制造加固时采用多轴机械臂来调整焊枪头位置。
14、在可选或优选的实施例中，步骤s3中，激光熔覆技术所采用的增材材料为与钢板基材结合的金属粉材，采用的工艺参数为：激光功率为2200w，光斑形状为长方形，光斑尺寸为5×2.2，焊道间搭接率为60％，扫描线速度为1.2m/min。
15、在可选或优选的实施例中，步骤s3中，在增材制造加固的过程中，采用多层增材制造工艺，每层增材制造加固层的厚度为0.8～1.0mm。
16、在可选或优选的实施例中，步骤s3中，激光熔覆增材技术采用的保护气体为氩气或氦气。
17、基于上述技术方案，本专利技术实施例至少具有以下有益效果：上述技术方案中，通过激光熔覆增材技术逐层堆积形成金属增材的熔覆层，可以对顶板-u肋连接焊缝进行加固，改变了力的传递路径，使焊缝区域的局部刚度得到提高，大幅降低了该区域在承受疲劳荷载条件下的应力幅，延长了结构的疲劳使用寿命。且通过激光熔覆增材技术打印出的增材加固实体与原金属板材结构之间呈现冶金结合，确保了顶板-u肋连接焊缝处具有良好的受力性能与长期承载能力。相较于传统的粘结剂粘结的方式，本专利技术所引入的额外局部刚度能够长期有效的发挥作用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于：所述待增材加固区域位于顶板及U肋所形成的钝角区，而非直接对疲劳裂纹进行原位增材加固修复。
3.根据权利要求2所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于：所述待增材加固范围沿探伤取得的焊缝疲劳裂纹分布区域的长度区间进行分布，所述待增材加固区域的厚度设定为U肋厚度的1.5倍或大于该数值，所述待增材加固区域的宽度设定为U肋厚度的20倍或大于该数值。
4.根据权利要求3所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于，所述待增材加固区域的长度则根据疲劳裂纹所在位置进行设定：
5.根据权利要求1所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于：步骤S1中的探伤处理采用超声波焊缝探伤技术，探伤过程中探头始终对着顶板-U肋连接焊缝，沿顶板-U肋连接焊缝作锯齿形移动，并以10～15°的角度略微摆动探头，以发现各种形状及方位的缺陷，从而确定焊缝疲劳裂纹分布区域。
6.根据权利要求
7.根据权利要求1所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于：步骤S3中，进行增材制造加固时采用多轴机械臂来调整焊枪头位置。
8.根据权利要求1所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于，步骤S3中，激光熔覆增材技术所采用的增材材料为与钢板基材结合的金属粉材，采用的工艺参数为：激光功率为2200W，光斑形状为长方形，光斑尺寸为5×2.2，焊道间搭接率为60％，扫描线速度为1.2m/min。
9.根据权利要求1所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于：步骤S3中，在增材制造加固的过程中，采用多层增材制造工艺，每层增材制造加固层的厚度为0.8～1.0mm。
10.根据权利要求1所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于：步骤S3中，激光熔覆增材技术采用的保护气体为氩气或氦气。
...【技术特征摘要】
1.一种钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于：所述待增材加固区域位于顶板及u肋所形成的钝角区，而非直接对疲劳裂纹进行原位增材加固修复。
3.根据权利要求2所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于：所述待增材加固范围沿探伤取得的焊缝疲劳裂纹分布区域的长度区间进行分布，所述待增材加固区域的厚度设定为u肋厚度的1.5倍或大于该数值，所述待增材加固区域的宽度设定为u肋厚度的20倍或大于该数值。
4.根据权利要求3所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于，所述待增材加固区域的长度则根据疲劳裂纹所在位置进行设定：
5.根据权利要求1所述的钢桥焊缝疲劳开裂的激光增材加固方法，其特征在于：步骤s1中的探伤处理采用超声波焊缝探伤技术，探伤过程中探头始终对着顶板-u肋连接焊缝，沿顶板-u肋连接焊缝作锯齿形移动，并以10～15°的角度略微摆动探头，以发现各种形状及方位的缺陷，从而确定焊缝疲劳裂纹分布区域。...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。