[发明专利]一种有效提高焊接质量兼延性破坏特征的栓钉剪力键

说明书

技术领域

本发明涉及栓钉剪力键，尤其涉及一种有效提高焊接质量兼延性破坏特征的栓钉剪力键。

背景技术

钢结构中部分梁、柱、板需要与混凝土截面拼接，需大量使用焊接栓钉作为钢截面和混凝土截面的连接键，使得钢混截面能互相拼接共同工作。桥梁由于跨度大，需要其截面有较大的抗弯刚度，钢-混组合结构由于受力分担合理及刚度分配合理而广泛采用，钢混组合界面中焊接大量栓钉，将大体积混凝土截面与钢截面拼接于一体。另外许多组合桥梁通过钢结构桥梁与混凝土刚构桥搭接组合而成，在钢桥与混凝土桥的节点处，需要使用大量焊接栓钉协调变形和传递荷载。

焊接栓钉主要受剪力和掀起力，其工作能力决定了钢截面与混凝土截面的组合效果。另外，目前栓钉与钢截面的连接方式通常为焊接，焊接方式、焊接工艺与焊接质量均很大程度影响栓钉的抗剪工作效率和极限破坏模式。栓钉焊接技术发展到今天，已经成为发达国家的一种基本的热加工方法，栓钉焊接大约有80%以上是通过螺柱焊机完成的，而我国1986年才在成都试制成功第一台螺柱焊机。至于栓钉焊接技术的应用，还是从上世纪的九十年代才逐步展开的，到现在也只有20来年的历史，因此栓钉焊接在我国还是一种刚刚兴起的行业，不论焊接设备，还是焊接工艺都与国外有不少差距。

栓钉适用高层钢骨结构建筑、工业厂房建筑、公路、铁路、桥梁、塔架、汽车、能源、交通设施建筑、机场、车站、电站、管道支架、起重机械及其它各类钢结构等工程。所有工程上使用的栓钉均应该符合GB/T 10433-2002 《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》的规定，其抗拉强度≥400kPa，屈服强度≥240kPa，并应该拿取栓钉厂家出具的质量检验单等质量证明书。

栓钉焊接方法由于其具有快速、可靠、简化工序、降低本钱等一系列优点，因而引起了世界各国的普遍重视，经过不断地改进和完善，特别是二次世界大战后得到了迅速发展，现已广泛应用到桥梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽车、电站、电控柜等行业。

目前，栓钉材料受焊接高温影响，韧性将下降。特别在电弧焊过程中根部过热而融化，材料厚度、晶粒度和化学成分将受到影响，使得材料延性特征下降。

栓钉焊接后焊缝及热影响区域容易产生各种缺陷。在外部荷载作用下，缺陷区域将提前产生脆性断裂，裂纹逐渐扩展，当外荷载增长到某一临界值，裂纹区域内力处于高应力状态，而裂缝扩展速度加快，使得栓钉破坏模式呈现脆性特征。

在采用焊条电弧焊时，栓钉本身受外荷载作用，将荷载传递至焊缝，再由焊缝将外荷载传递至母材。由于焊脚尺寸较小，且布置上属于突变位置，焊料本身内力处于高水平阶段。这对焊料本身材料特性及焊接工艺提出较高的要求，如果焊料韧性不够或焊接工艺无法满足要求，断裂点将发生在焊脚上，使得栓钉受剪破坏呈脆性破坏且栓钉没有发挥足够的材料潜能即退出工作。

由于栓钉工作过程中，钉身承受荷载将传递至栓钉根部，使得根部区域内力最先达到最大值，在外荷载到达一定临界值时栓钉在根部区域剪断。当焊接过程对母材和栓钉根部有损伤时，即金属在焊接过程中韧性变差使得栓钉易脆断，或者焊条材料延伸率不足，栓钉在剪断过程由于断裂区域正好与缺陷区域重叠，如图1所示，栓钉200与母材100焊接，断裂区域101与焊接区域102相重合，导致断裂性质受焊接工序的脆化影响，导致栓钉根部区域的缺陷将在断裂过程中被反映出来，焊接质量较差。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种栓钉断裂点与焊接区域的分离而使得栓钉断裂性质未受焊接工序脆化影响的有效提高焊接质量兼延性破坏特征的栓钉剪力键。

本发明提供了一种有效提高焊接质量兼延性破坏特征的栓钉剪力键，包括栓钉，所述栓钉包括钉帽和与所述钉帽连接的钉身，所述钉身的根部连接有与母材焊接的底盘，所述底盘的直径大于所述钉身的直径。

作为本发明的进一步改进，所述栓钉剪力键还包括母材，所述底盘与所述母材焊接。

作为本发明的进一步改进，所述底盘的底面设有凹槽。

作为本发明的进一步改进，所述凹槽为圆环凹槽。

作为本发明的进一步改进，所述底盘的底面设有引弧凸点。

作为本发明的进一步改进，所述底盘的直径等所述钉帽的直径。

作为本发明的进一步改进，所述引弧凸点位于所述底盘的圆心。

作为本发明的进一步改进，所述栓钉剪力键还包括外套瓷环，所述外套瓷环套设在所述钉身、底盘上。

作为本发明的进一步改进，所述外套瓷环包括套筒部和扩口部，所述套筒部套设在所述钉身上，所述扩口部套设在所述底盘上。