專利名稱：一種分體式螺旋地樁及其焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺旋地樁，具體涉及一種分體式螺旋地樁及其焊接方法。
背景技術(shù)：
工程建設(shè)中地樁的應(yīng)用范圍較大，其廣泛應(yīng)用于太陽能光伏、風(fēng)能等建筑類行業(yè)當(dāng)中。地樁是建筑和鋼架結(jié)構(gòu)行業(yè)普遍采用的用于連接地面的連接主體結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的螺旋地樁都采用一體化結(jié)構(gòu)，樁體為管狀結(jié)構(gòu)，樁體外圍連接有螺旋葉片，樁體前端為尖形結(jié)構(gòu)。整個螺旋地樁只能適用于單一特性的土壤，遇到到其他特性土壤時，此類螺旋地樁就失去了使用價值，一方面限制了地樁的使用范圍，另一方面當(dāng)采用現(xiàn)有的螺旋地樁對硬度很高的凍土地質(zhì)進行施工時，需要螺旋地樁整體采用超硬材料，存在成本高和浪費資源的問題。如中國專利申請?zhí)枴?01110194483. X”公開了一種旋轉(zhuǎn)鉆進預(yù)制復(fù)合樁及其施工方法，包括樁體和樁尖，所述樁尖為錐形，所述樁體外表面上設(shè)置有與其水平橫斷面成銳角的葉片，所述葉片至少為一片，所述葉片為螺旋狀、扇葉形或犁刀形，其在樁體外表面沿其軸向連續(xù)或斷續(xù)分布，所述樁體外表面上間隔設(shè)置螺旋板，所述螺旋板連續(xù)或斷續(xù)設(shè)置在樁體外表面360度范圍內(nèi)，樁體通過法蘭盤或焊縫連接與樁尖連接。但是該螺旋地樁采用常規(guī)的焊接方法，對硬度很高的凍土地質(zhì)進行施工時，需要整體采用超硬材料(如12CrlMoV)，存在成本高和浪費資源的問題。為了解決上述問題，發(fā)明人首次提出將材質(zhì)為Q235碳鋼的樁體和材質(zhì)為12Cr IMoV鋼的樁尖進行焊接，以達到降低成本的目的。但是，由于常規(guī)的焊接接頭的坡口形式一般為V型或U型坡口，需要對樁體和樁尖都進行坡口加工，存在加工和對接麻煩、有效焊接面積小、焊縫強度差及焊接工作效率低的缺點。同時，12CrIMoV鋼屬于珠光體耐熱鋼，由于含碳量及合金元素較多，焊縫及熱影響區(qū)容易出現(xiàn)淬硬組織，使塑性、韌性降低，焊接性變差，當(dāng)焊件剛度及接頭應(yīng)力較大時，容易產(chǎn)生裂紋。由于12CrlMoV鋼與Q235B碳鋼的化學(xué)成分差異很大，因此它們的焊接屬于異種鋼焊接，要在熔焊的條件下獲得可靠的焊接接頭，存在許多問題1、由于兩者的熱導(dǎo)率和比熱容的差異，使兩者的熔化不同步，熔池形成和金屬結(jié)合不良，導(dǎo)致焊縫結(jié)晶條件變壞，焊縫性能和成形不良。2、兩者線膨脹系數(shù)不同，造成它們在形成焊接連接之后的冷卻過程中，焊縫兩側(cè)的收縮量不同，導(dǎo)致焊接接頭出現(xiàn)復(fù)雜的高應(yīng)力狀態(tài)，進而加速裂紋的產(chǎn)生。3、存在焊縫稀釋和形成過渡層的問題。綜上可以看出，采用傳統(tǒng)的焊接接頭的結(jié)構(gòu)和焊接工藝對這兩種異種鋼進行焊接并不能實現(xiàn)這兩種異種鋼之間的有效焊接，因此需要對焊接接頭的結(jié)構(gòu)和焊接工藝進行改進。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一個目的是為了提供一種分體式螺旋地樁，該螺旋地樁由Q235B碳鋼樁體和12CrlMoV耐熱鋼鉆地尖頭焊接成整體結(jié)構(gòu)，焊接時接頭之間的對接簡單可靠，提高工作效率，增加有效焊接面積，提高焊接后的焊縫強度，能夠?qū)崿F(xiàn)這兩種異種鋼之間的有效焊接，降低加工及生產(chǎn)成本。本發(fā)明的第二個目的是為了提供一種分體式螺旋地樁的焊接方法，該焊接方法能夠防止焊縫處裂紋的產(chǎn)生；減少了碳的擴散；減輕了晶間腐蝕，實現(xiàn)了 Q235B碳鋼樁體和12CrlMoV耐熱鋼鉆地尖頭之間的有效焊接。為實現(xiàn)上述第一個目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種分體式螺旋地樁，包括分體設(shè)置的管狀樁體和圓錐形鉆地尖頭，所述樁體外圍套設(shè)有呈螺旋帶狀體的螺旋葉片；其特征在于所述鉆地尖頭包括尖端部和圓臺形尾部；所述圓臺形尾部包括與樁體內(nèi)壁面配合的插接部和直徑大于所述插接部的斜面部；所述鉆地尖頭的插接部穿插于樁體的套接孔中，使鉆地尖頭的斜面部與樁體的開口端面之間形成環(huán)形焊接坡口，所述環(huán)形焊接坡口的軸向截面為直角三角形或直角梯形；所述樁體與鉆地尖頭在環(huán)形焊接坡口處焊接成整體結(jié)構(gòu)。所述樁體為采用Q235B碳鋼材質(zhì)的樁體，Q235B碳鋼的化學(xué)成分(％) C 0. 12 O. 20，Si S O. 30，Mn 0. 30 O. 70，S :彡 O. 045，P :彡 O. 045，Cr :允許殘余含量彡 O. 030，N1:允許殘余含量< O. 030, Cu :允許殘余含量< O. 030。所述鉆地尖頭為采用12CrlMoV耐候鋼材質(zhì)的鉆地尖頭，12CrlMoV耐候鋼的化學(xué)成分(％) C 0. 07 O. 15，Si 0. 18 O. 37，Mn 0. 41 O. 70，Cr 0. 90 1. 20 , Mo O. 25 O. 35 , V 0. 15 O. 30。實現(xiàn)本發(fā)明的一種實施方式是所述環(huán)形焊接坡口的截面面積大于等于Smm2。實現(xiàn)本發(fā)明的一種實施方式是所述樁體末端設(shè)有用于與外部主體結(jié)構(gòu)固定的法蘭結(jié)構(gòu)或緊定螺栓結(jié)構(gòu)。
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實現(xiàn)本發(fā)明的一種實施方式是所述樁體后端部設(shè)有弧形加強板和貫穿加強板和樁體的通孔。實現(xiàn)本發(fā)明的一種實施方式是所述尖端部包括前端的破口式尖錐和兩側(cè)的切割刃。實現(xiàn)本發(fā)明的一種實施方式是所述尖端部上還設(shè)有圓形排水孔。實現(xiàn)本發(fā)明的一種實施方式是所述螺旋葉片為連續(xù)螺旋葉片或分段螺旋葉片。為實現(xiàn)上述第二個目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種分體式螺旋地樁的焊接方法，其特征在于按以下步驟進行
1)接頭對接將鉆地尖頭的插接部穿插于樁體的套接孔中，使鉆地尖頭的斜面部與樁體的開口端面之間形成環(huán)形焊接坡口，所述環(huán)形焊接坡口的軸向截面為直角三角形或直角梯形；其中，所述樁體為采用Q235B碳鋼材質(zhì)的樁體，所述鉆地尖頭為采用12CrIMoV耐候鋼材質(zhì)的鉆地尖頭；
2)焊前清理樁體與鉆地尖頭對焊部分的表面的油污和不潔物清除；
3)預(yù)熱將樁體與鉆地尖頭的對焊接部位預(yù)熱至150 180°C;預(yù)熱是珠光體耐熱鋼焊接的重要措施，預(yù)熱可以減慢焊縫及熱影響區(qū)的冷卻速度，有利于避免產(chǎn)生淬硬組織，有助于焊接區(qū)的氫的逸出，防止產(chǎn)生焊接裂紋。由于12CrlMoV鋼的碳含量及合金元素的含量較高，所以選擇預(yù)熱溫度150 180°C ； 4)焊接將樁體與鉆地尖頭處于水平轉(zhuǎn)動位進行焊接，選擇鎳基焊絲ERNiCrMo-3，采用手工鎢極氬弧焊(TIG)打底，手工電弧焊(SMAW)填充、蓋面；層間溫度控制在180 2000C ;在整個焊接過程中，應(yīng)保持層間溫度不低于預(yù)熱溫度；
4-1)手工鎢極氬弧焊(TIG)打底采用質(zhì)量百分含量分別為80%的Ar和20%的He作為保護氣，控制氣體流量為8 L/Min ;電源極性為直流正接，電流為100A，電壓為12V ；4-2)手工電弧焊填充電源極性為直流正接，電流為120A，電壓為15V ；
4-3)手工電弧焊蓋面電源極性為直流正接，電流為120A，電壓為15V ；
5)焊后熱處理焊接結(jié)束后，立即采用保溫材料對焊縫和靠近焊縫區(qū)進行覆蓋保溫，使接頭緩慢冷卻。隨后，再將焊件整體加熱至760°C，恒溫30分鐘后，冷卻至室溫。焊后進行消除應(yīng)力熱處理，可以消除或減少影響區(qū)出現(xiàn)的淬硬組織，增加塑性和韌性，有效地減少焊接殘余應(yīng)力，同時有利于擴散氫的逸出，從而減少冷裂紋傾向。本發(fā)明的有益效果在于1、本發(fā)明對焊接接頭的結(jié)構(gòu)進行了改進，將鉆地尖頭設(shè)有圓臺形尾部；將鉆地尖頭的插接部穿插于樁體的套接孔中，可以使得鉆地尖頭的斜面部與樁體的開口端面之間形成環(huán)形焊接坡口，接頭之間的對接簡單可靠，提高工作效率；由于所述環(huán)形焊接坡口的軸向截面為直角三角形或直角梯形，與傳統(tǒng)的坡口形式相比，能夠增加有效焊接面積，提高焊接后的焊縫強度，能夠?qū)崿F(xiàn)這兩種異種鋼之間的有效焊接。同時，本發(fā)明只需要對鉆地尖頭部分進行坡口加工，從而降低加工及生產(chǎn)成本。2、本發(fā)明對焊接工藝進行了改進，首先，本發(fā)明將樁體與鉆地尖頭的對焊接部位預(yù)熱至150 180°C，可以減慢焊縫及熱影響區(qū)的冷卻速度，有利于避免產(chǎn)生淬硬組織，有助于焊接區(qū)的氫的逸出，防止產(chǎn)生焊接裂紋。其次，本發(fā)明選擇鎳基焊絲ERNiCrMo-3，采用手工鎢極氬弧焊(TIG)打底，手工電弧焊(SMAW)填充、蓋面，采用氬-氦混合氣體GTAW打底焊，即產(chǎn)品焊縫使用80%Ar+20ffie，利用Ar氣電弧穩(wěn)定柔和，He氣電弧發(fā)熱量大而集中，增加熔深的特點，消除該異種鋼產(chǎn)品焊縫焊接中的層間未熔合缺陷的產(chǎn)生。最后本發(fā)明進行了焊后熱處理，可以消除或減少影響區(qū)出現(xiàn)的淬硬組織，增加塑性和韌性，有效地減少焊接殘余應(yīng)力，同時有利于擴散氫的逸出，從而減少冷裂紋傾向。綜上所述，本發(fā)明通過對焊接接頭的結(jié)構(gòu)和焊接工藝進行改進，能夠防止焊縫處裂紋的產(chǎn)生；減少了碳的擴散；減輕了晶間腐蝕，實現(xiàn)了 Q235B碳鋼樁體和12CrlMoV耐熱鋼鉆地尖頭之間的有效焊接，接頭的斷裂強度高達735 MPa，焊縫接頭區(qū)域的力學(xué)性能優(yōu)于母材；金相組織觀察顯示，接頭組織致密，晶粒細?。唤宇^斷口 SEM觀察表明，斷裂區(qū)韌窩大而深，呈韌性斷裂特征，接頭中未見有夾雜、氣孔和微裂紋等缺陷。同時，本發(fā)明還具有焊接時接頭之間的對接簡單可靠，提高了工作效率，增加了有效焊接面積，提高了焊接后的焊縫強度，降低了加工及生產(chǎn)成本的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明一種分體式螺旋地樁的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的樁體和鉆地尖頭采用焊接連接方式時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2中焊接處A的局部放大圖。
具體實施例方式具體實施例
下面，結(jié)合附圖以及具體實施方式
，對本發(fā)明做進一步描述
參照圖1-圖3，本實施例所述的分體式螺旋地樁，包括分體設(shè)置的管狀樁體2和圓錐形鉆地尖頭1，所述樁體2的管體201的外表面套設(shè)有呈螺旋帶狀體的螺旋葉片202 ;所述鉆地尖頭I包括尖端部102和圓臺形尾部101 ;所述圓臺形尾部101包括與樁體2內(nèi)壁面配合的插接部IOla和直徑大于所述插接部的斜面部IOlb ;所述鉆地尖頭的插接部IOla穿插于樁體2的套接孔中，使鉆地尖頭I的斜面部IOlb與樁體2的開口端面203之間形成環(huán)形焊接坡口 3，所述環(huán)形焊接坡口 3的軸向截面為直角三角形或直角梯形；所述樁體與鉆地尖頭在環(huán)形焊接坡口處焊接成整體結(jié)構(gòu)。本實施例中
所述樁體2為采用Q235B碳鋼材質(zhì)的樁體，Q235B碳鋼的化學(xué)成分(％):C 0. 12 O. 20，S1:彡 O. 30，Mn 0. 30 O. 70，S :彡 O. 045，P :彡 O. 045，Cr :允許殘余含量彡 O. 030，N1:允許殘余含量< O. 030, Cu :允許殘余含量< O. 030。所述鉆地尖頭I為采用12CrIMoV耐候鋼材質(zhì)的鉆地尖頭，12CrIMoV耐候鋼的化學(xué)成分(％) C 0. 07 O. 15，Si 0. 18 O. 37，Mn 0. 41 O. 70，Cr 0. 90 1. 20 , Mo O. 25 O. 35 , V 0. 15 O. 30。所述環(huán)形焊接坡口 3的截面面積大于等于Smm2。所述樁體2末端設(shè)有用于與外部主體結(jié)構(gòu)固定的法蘭結(jié)構(gòu)或緊定螺栓結(jié)構(gòu)204。所述樁體后端部設(shè)有弧形加強板和貫穿加強板和樁體的通孔。所述尖端部包括前端的破口式尖錐和兩側(cè)的切割刃。所述尖端部102上還設(shè)有圓形排水孔102a。 所述螺旋葉片為連續(xù)螺旋葉片或分段螺旋葉片。一種分體式螺旋地樁的焊接方法，按以下步驟進行
1)接頭對接將鉆地尖頭的插接部穿插于樁體的套接孔中，使鉆地尖頭的斜面部與樁體的開口端面之間形成環(huán)形焊接坡口，所述環(huán)形焊接坡口的軸向截面為直角三角形或直角梯形；其中，所述樁體為采用Q235B碳鋼材質(zhì)的樁體，所述鉆地尖頭為采用12CrIMoV耐候鋼材質(zhì)的鉆地尖頭；
2)焊前清理樁體與鉆地尖頭對焊部分的表面的油污和不潔物清除；
3)預(yù)熱將樁體與鉆地尖頭的對焊接部位預(yù)熱至150 180°C;預(yù)熱是珠光體耐熱鋼焊接的重要措施，預(yù)熱可以減慢焊縫及熱影響區(qū)的冷卻速度，有利于避免產(chǎn)生淬硬組織，有助于焊接區(qū)的氫的逸出，防止產(chǎn)生焊接裂紋。由于12CrlMoV鋼的碳含量及合金元素的含量較高，所以選擇預(yù)熱溫度150 180°C ；
4)焊接將樁體與鉆地尖頭處于水平轉(zhuǎn)動位進行焊接，選擇鎳基焊絲ERNiCrMo-3，采用手工鎢極氬弧焊(TIG)打底，手工電弧焊(SMAW)填充、蓋面；層間溫度控制在180 2000C ;在整個焊接過程中，應(yīng)保持層間溫度不低于預(yù)熱溫度；
4-1)手工鎢極氬弧焊(TIG)打底采用質(zhì)量百分含量分別為80%的Ar和20%的He作為保護氣，控制氣體流量為8 L/Min ;電源極性為直流正接，電流為100A，電壓為12V ；4-2)手工電弧焊填充電源極性為直流正接，電流為120A，電壓為15V ；4-3)手工電弧焊蓋面電源極性為直流正接，電流為120A，電壓為15V ；
5)焊后熱處理焊接結(jié)束后，立即采用保溫材料對焊縫和靠近焊縫區(qū)進行覆蓋保溫，使接頭緩慢冷卻.隨后，再將焊件整體加熱至760°C，恒溫30分鐘后，冷卻至室溫。焊后進行消除應(yīng)力熱處理，可以消除或減少影響區(qū)出現(xiàn)的淬硬組織，增加塑性和韌性，有效地減少焊接殘余應(yīng)力，同時有利于擴散氫的逸出，從而減少冷裂紋傾向。依照上述焊接工藝進行試件焊接，試件經(jīng)外觀檢查、磁粉探傷和X射線探傷合格后，在試件上截取力學(xué)性能試樣、金相檢驗試樣進行檢驗。檢驗結(jié)果見表I和表2。表I接頭力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種分體式螺旋地樁，包括分體設(shè)置的管狀樁體和圓錐形鉆地尖頭，所述樁體外圍套設(shè)有呈螺旋帶狀體的螺旋葉片；其特征是所述鉆地尖頭包括尖端部和圓臺形尾部；所述圓臺形尾部包括與樁體內(nèi)壁面配合的插接部和直徑大于所述插接部的斜面部；所述鉆地尖頭的插接部穿插于樁體的套接孔中，使鉆地尖頭的斜面部與樁體的開口端面之間形成環(huán)形焊接坡口，所述環(huán)形焊接坡口的軸向截面為直角三角形或直角梯形；所述樁體與鉆地尖頭在環(huán)形焊接坡口處焊接成整體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式螺旋地樁，其特征是所述樁體為采用Q235B碳鋼材質(zhì)的樁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式螺旋地樁，其特征是所述鉆地尖頭為采用12CrlMoV耐候鋼材質(zhì)的鉆地尖頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式螺旋地樁，其特征是所述環(huán)形焊接坡口的截面面積大于等于Smm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式螺旋地樁，其特征是所述樁體末端設(shè)有用于與外部主體結(jié)構(gòu)固定的法蘭結(jié)構(gòu)或緊定螺栓結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式螺旋地樁，其特征是所述樁體后端部設(shè)有弧形加強板以及貫穿加強板和樁體的通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式螺旋地樁，其特征是所述尖端部包括前端的破口式尖錐和兩側(cè)的切割刃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式螺旋地樁，其特征是所述尖端部上還設(shè)有圓形排水孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式螺旋地樁，其特征是所述螺旋葉片為連續(xù)螺旋葉片或分段螺旋葉片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的一種分體式螺旋地樁的焊接方法，其特征在于按以下步驟進行 1)接頭對接將鉆地尖頭的插接部穿插于樁體的套接孔中，使鉆地尖頭的斜面部與樁體的開口端面之間形成環(huán)形焊接坡口，所述環(huán)形焊接坡口的軸向截面為直角三角形或直角梯形；其中，所述樁體為采用Q235B碳鋼材質(zhì)的樁體，所述鉆地尖頭為采用12CrIMoV耐候鋼材質(zhì)的鉆地尖頭； 2)焊前清理樁體與鉆地尖頭對焊部分的表面的油污和不潔物清除； 3)預(yù)熱將樁體與鉆地尖頭的對焊接部位預(yù)熱至150 180°C； 4)焊接將樁體與鉆地尖頭處于水平轉(zhuǎn)動位進行焊接，選擇鎳基焊絲ERNiCrMo-3，采用手工鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊填充、蓋面；層間溫度控制在180 200°C ； 4-1)手工鎢極氬弧焊打底采用質(zhì)量百分含量分別為80%的Ar和20%的He作為保護氣，控制氣體流量為8 L/Min ;電源極性為直流正接，電流為100A，電壓為12V ； 4-2)手工電弧焊填充電源極性為直流正接，電流為120A，電壓為15V ； 4-3)手工電弧焊蓋面電源極性為直流正接，電流為120A，電壓為15V ； 5)焊后熱處理焊接結(jié)束后，立即采用保溫材料對焊縫和靠近焊縫區(qū)進行覆蓋保溫，使接頭緩慢冷卻；隨后，再將焊件整體加熱至760°C，恒溫30分鐘后，冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分體式螺旋地樁及其焊接方法，包括分體設(shè)置的樁體和鉆地尖頭，鉆地尖頭包括尖端部和圓臺形尾部；鉆地尖頭的插接部穿插于樁體的套接孔中，使鉆地尖頭的斜面部與樁體的開口端面之間形成環(huán)形焊接坡口；樁體與鉆地尖頭在環(huán)形焊接坡口處焊接成整體結(jié)構(gòu)。分體式螺旋地樁的焊接方法，按以下步驟進行1)接頭對接；2)焊前清理；3)預(yù)熱；4)焊接選擇鎳基焊絲ERNiCrMo-3，采用手工鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊填充、蓋面；5)焊后熱處理。本發(fā)明實現(xiàn)了Q235B樁體與12Cr1MoV鉆地尖頭的有效焊接，接頭之間的對接簡單可靠，提高工作效率，增加有效焊接面積，提高焊縫強度，降低加工及生產(chǎn)成本。
文檔編號E02D5/72GK103061333SQ20131000507
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者吳克耀 申請人:廣東保威新能源有限公司