钢结构正面角焊缝焊趾区疲劳裂纹的修复方法技术

本发明专利技术公开一种钢结构正面角焊缝焊趾区疲劳裂纹的修复方法，其中，在第一钢构件通过焊接竖立固定于第二钢构件的表面的情况下，当第一钢构件的端壁与第二钢构件的表面交界处的正面角焊缝焊趾区存在疲劳裂纹时，在第二钢构件的表面上、通过在疲劳裂纹的远离正面角焊缝金属的一侧沿着疲劳裂纹延伸的方向对第二钢构件的表面施加锤击处理，使得第二钢构件的表面产生塑性变形以沿着疲劳裂纹形成裂纹接触面从而使疲劳裂纹在第二钢构件的表面上的开口闭合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钢结构疲劳裂纹的修复方法，尤其涉及一种钢结构正面角焊缝疲劳裂纹的修复方法。
技术介绍
如果一个钢结构，以钢结构桥梁为例，受到了循环荷载的作用，由于金属疲劳，在它的表面会产生裂纹，如果对之放任不管的话，疲劳裂纹就会进一步发展，使得钢结构桥梁不能满足极限承载能力的要求。因此，在钢结构桥梁的维护和管理中，应对疲劳裂纹的方法，如疲劳裂纹的预防，早期检测，修补加固等措施是非常必要的。在中国，从20世纪80年代开始，随着经济的高速发展，道路系统发展迅速，在此期间，修建了许多钢结构桥梁。这些桥梁建成使用已经过去了 30多年了，各种老化现象十分严重，此外，随着近年来交通负荷的加重以及使用频率的增加，有些钢结构桥梁在焊缝部位已经出现疲劳裂纹。图3表示的是在外表面角焊缝的一个疲劳裂纹，它显示的是在焊缝区焊趾部位疲劳裂纹的产生状况。在图中，5为角焊缝，图中角撑板6被垂直焊在钢板14上。由于焊接时发热引起的拉伸残余应力的积累以及焊缝2在7处焊趾端的形状突变引起的应力集中，所以疲劳裂纹更容易在图中3部位产生。图3 (a)为疲劳裂纹3未发生时的状况，图3 (b)为疲劳裂纹3在形状突变处7的焊趾端开始出现的情况(以下称Nt(J，图3(c)为疲劳裂纹3继续发展，开始从焊缝焊趾区分离(以下称Nb)，图3 (d)(以下称N1(l)为疲劳裂纹3在7处焊趾区继续发展，并从焊缝焊趾区分离，在钢板14上延伸大约10mm的情况。从N1(l中我们不难发现裂缝3的发展是很迅速的。当我们能够判断出这样的裂纹在短时间内会继续发展，并根据裂纹的发展状况以及钢结构桥梁的重要程度知道它很危险的话，作为对它的修复加固，我们可以在裂纹发生区域安排一块拼接板，使用高强度螺栓进行连接，这是一个持久的对裂纹进行修复和加固的措施。当我们判断出疲劳裂纹不会发展到很危险的地步，我们可以在疲劳裂纹发展的端部钻一个小孔，来释放此处的集中应力，这种措施可以暂时阻止疲劳裂纹的发展。专利文献1(JP，2008-520443，A)中描述的疲劳裂纹预防方法同样适用于焊缝焊趾区疲劳裂纹的预防。如图4(a)所示，我们通过超声冲击装置15对焊缝2的焊趾区进行锤击，使此区域产生塑性变形如图4(b)所示，产生超声波处理表面16。在焊接过程中，产生的热量会使钢构件中拉伸残余应力积累，随着超声波处理表面16的形成，拉伸残余应力得到释放，并在超声波处理表面16附近产生压缩残余应力，同时，焊趾部位及附近的形状变得圆滑，应力集中的影响被削弱。通过这些处理，疲劳强度加强，疲劳裂纹就不容易产生。上述提到的进行裂纹修复和加固的常规方法，S卩，通过安排拼接板，使用高强度螺栓进行连接，一方面要耗费大量的人力物力，花费很大，而且在实工过程中，需要中断交通，不适宜应用在全部的已经产生疲劳裂纹的大桥中。通过在裂纹端部钻去孔洞的方法，是一个行之有效的阻止小的疲劳裂纹进一步发展的方法。尽管修复效果很好，由于合适的疲劳强度评估方法没有建立，所以在实际情况中，通常作为急救措施被使用。尽管小孔的孔径取决于钢板的厚度，但是通常情况下，不会小于20mm，所以在一些情况下，如焊缝焊趾区的疲劳裂纹，没有足够的钻孔空间来进行钻孔。因为这个原因，只能等到裂纹发展到脱离焊趾区，在平板部位延伸开来时，再使用此方法。也就是说，这种方法不应用于裂纹发展的初始阶段。专利文献1中描述的疲劳裂纹预防方法适用于疲劳裂纹没有产生的阶段，即使它被用在裂纹发展的初始阶段，一般来说是没有效果的。因此，提供一种能够解决上述问题的成为业内急需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于:提供一种，本专利技术在裂纹发展的初始阶段也同样适用，所以能简单廉价的修复疲劳裂纹或阻止疲劳裂纹的发展。本专利技术提供的疲劳裂纹修复方法能够延缓疲劳裂纹的发展，使得钢结构的疲劳寿命得到延长。钢材表面的疲劳裂纹一般情况下从它产生的部位，沿着横向和深度方向呈半椭圆形发展，而且很快就会到达钢材的底面。上述提到的钻孔方法虽然阻止了裂纹往横向发展，却不能阻止其向深度方向发展。基于这一点，本专利技术将同时阻止裂纹往横向以及深度方向发展，这样就阻止了撕裂表面的膨胀。根据本专利技术，提供一种，其中，在第一钢构件通过焊接竖立固定于第二钢构件的表面的情况下，当第一钢构件的端壁与第二钢构件的表面交界处的正面角焊缝焊趾区存在疲劳裂纹时，在第二钢构件的表面上、通过在疲劳裂纹的远离正面角焊缝金属的一侧沿着疲劳裂纹延伸的方向对第二钢构件的表面施加锤击处理，使得第二钢构件的表面产生塑性变形以沿着疲劳裂纹形成裂纹接触面从而使疲劳裂纹在第二钢构件的表面上的开口闭合。优选地，可以进一步包括在疲劳裂纹的正上方沿着疲劳裂纹延伸的方向对第二钢构件的表面施加锤击处理。优选地，可以进一步包括在对第二钢构件的表面施加锤击处理时采用引导装置使得锤击处理的轨迹沿着疲劳裂纹延伸的方向等距地邻近疲劳裂纹。接下来将描述每一种上述问题的解决方法，必要时描述操作效果。本专利技术的钢结构疲劳裂纹修复方法把修复平板以及曲面板钢材料上产生的疲劳裂纹作为主要目标，在此方法中，有一个在疲劳裂纹附近进行锤击的过程，此过程中，通过在裂纹两边(至少一边)沿着裂纹平行方向进行锤击，在钢材料表面产生塑性变形，使疲劳裂纹的开口闭合，并产生一个裂纹接触面。如果在产生疲劳裂纹的钢材料上施加外力，疲劳裂纹四周就会有拉应力产生，此拉应力会使疲劳裂纹的内侧表面向两边分离，裂纹宽度就会扩展，裂纹就会朝着深度方向发展。根据本专利技术前面的论述，通过本专利技术的裂纹修复方法，疲劳裂纹开口关闭，会在裂纹内表面形成裂纹接触面，在裂纹接触面会产生很大的残余压应力。因此，残余压应力会抵消有外力产生的拉应力，这样疲劳裂纹就不容易开裂，阻止或延迟了疲劳裂纹的发展，延长了钢结构的疲劳寿命。如果只是在疲劳裂纹正上方实施锤击，由于在使疲劳裂纹内侧表面关闭的方向上很难产生塑性变形，裂纹接触面就很难有效形成。本专利中，由于实施了疲劳裂纹附近锤击过程，使得疲劳裂纹内侧表面关闭的方向上产生塑性变形，裂纹接触面有效形成。由于本专利技术只是通过在钢结构表面进行锤击的方法，而且很适合在裂纹发展的初级阶段，也不用考虑疲劳裂纹产生区域的钢结构发展状况。所以，本专利技术简单价廉的进行了疲劳裂纹修复。本专利技术的钢结构疲劳裂纹修复方法把修复平板以及曲面板钢材料上产生的疲劳裂缝作为主要目标，如果需要的话，作为前面提到的疲劳裂纹附近捶打过程的后续处理，通过捶打疲劳裂纹的正上方，在钢材料表面产生塑性变形，这样就能增加疲劳裂纹的接触面积或接触压力。通过疲劳裂纹附近捶打过程，形成裂纹接触面，通过疲劳裂纹正上方捶打过程，裂纹接触面的接触面积和接触压力增大。这样在疲劳裂纹附近产生很大的压缩残余应力，抵抗拉应力的效果就会更好。通常我们会假设，经过裂纹正上方的捶打过程，裂纹接触面的接触面积和接触压力都会增加，但是我们也应考虑到，只有接触压力增加，接触面积不变，或者只有接触面积增加，接触压力不变，或者接触面积和解除压力部分减小。由于抵抗拉应力的效果由接触面积与接触压力的乘积决定，所以作为疲劳裂纹附近锤击的后续过程，疲劳裂纹正上方锤击必然有一定的作用。当本专利技术的钢结构疲劳裂纹修复方法把钢材料焊缝焊趾区的疲劳裂纹作为修复对象时，有一个疲劳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢结构正面角焊缝焊趾区疲劳裂纹的修复方法，其特征在于，在第一钢构件通过焊接竖立固定于第二钢构件的表面的情况下，当所述第一钢构件的端壁与所述第二钢构件的表面交界处的正面角焊缝焊趾区存在疲劳裂纹时，在所述第二钢构件的表面上、通过在所述疲劳裂纹的远离正面角焊缝金属的一侧沿着疲劳裂纹延伸的方向对所述第二钢构件的表面施加锤击处理，使得所述第二钢构件的表面产生塑性变形以沿着所述疲劳裂纹形成裂纹接触面从而使所述疲劳裂纹在所述第二钢构件的表面上的开口闭合。

【技术特征摘要】
1.一种钢结构正面角焊缝焊趾区疲劳裂纹的修复方法，其特征在于，在第一钢构件通过焊接竖立固定于第二钢构件的表面的情况下，当所述第一钢构件的端壁与所述第二钢构件的表面交界处的正面角焊缝焊趾区存在疲劳裂纹时，在所述第二钢构件的表面上、通过在所述疲劳裂纹的远离正面角焊缝金属的一侧沿着疲劳裂纹延伸的方向对所述第二钢构件的表面施加锤击处理，使得所述第二钢构件的表面产生塑性变形以沿着所述疲劳裂纹形成裂纹接触面从而使所述疲...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫传凯，翟传明，刘云飞，
申请(专利权)人：中电投工程研究检测评定中心，
类型：发明
国别省市：