本实用新型涉及钛合金技术领域，具体而言涉及一种海工混凝土耐蚀钛合金网结构及其制备系统。
背景技术：
海洋环境下，海浪与潮汐的作用会对临海和海洋建筑物、构筑物造成不断冲击。传统的钢筋混凝土结构的建筑物、桥墩、护坡等结构的耐蚀性能无法满足高盐高湿度等海洋条件下的建筑物强度和耐腐蚀要求。因此，现有技术提出一种高性能的海工钛筋混凝土支撑装置及其制备工艺，揭示了一种海工钛筋混凝土的支撑装置，例如护墙或者立柱建筑构件，包括混凝土基材以及包裹在基材中的钛合金筋结构。优选的，钛合金筋结构采用钛合金棒材，交织地形成增强支撑，浇筑在混凝土基材中。如此，通过采用钛合金筋材形成混凝土基材的增强结构，替换替换易腐蚀的hrb400与普通钢丝网等系列钢材，以提高整体建筑构件的耐腐蚀性能和稳定性，提高使用寿命。
结合海工混凝土领域的使用和测试来看，上述应用能够在强度等性能相当的前提下提高桥墩等构件的耐腐蚀性能，提高使用寿命。在工艺中，采用钛合金棒材进行增强，形成笼式结构，浇筑到混凝土中，但对于海洋地基、临海建筑和护坡等结构来说，除了核心的框架和梁结构的增强，还包括对海洋建筑地基及减小建筑周边由于海浪冲刷而引起的水土流失的需要，需要利用耐蚀性能和强度等机械性能优异增强结构进行建筑浅层、内层和进行地基加固。
现有技术文献：
专利文献1：cn109184082a高性能的海工钛筋混凝土支撑装置及制备工艺
技术实现要素：
本实用新型旨在针对现有技术中缺乏海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统的问题，提出一种海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备方法与制备系统，实现大规模批量生产的海洋工程用钛合金网生产工艺，提升钛合金网的制备效率与质量、降低生产成本、扩大海洋工程用钛合金应用领域。
根据本实用新型的目的的第一方面提出一种海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统，包括送丝器、接丝板、驱动器以及焊接系统，其中：
所述送丝器设置在钛合金丝材轧制线的末端，用于将钛合金丝材轧制线拉出的钛合金丝材送至接丝板；所述送丝器具有适配于钛合金丝材的送丝通道，所述送丝通道具有入口和出口，所述入口对接钛合金丝材轧制线的末端，所述出口朝向所述接丝板上；
所述驱动器设置在送丝通道的末端，接丝板设置在驱动器上，所述驱动器被设置成用于驱动所述接丝板在驱动器表面的x-y方向运动以及转动；
所述接丝板具有基底以及从基底向上形成的阵列式槽位，所述阵列式槽位沿着基底的高度方向至少包括沿着第一方向的第一层槽位和沿着第二方向的第二层槽位，第一层槽位的深度大于第二层槽位的深度；
所述焊接系统被设置用于在所述钛合金丝材的交叉位置进行点焊。
优选地，所述送丝器具有本体以及通过本体形成的u型槽，u型槽构成所述送丝通道，所述u型槽内设置滚轮，通过滚轮的同向运动来带动钛合金丝材送入接丝板。
优选地，所述驱动器包括驱动器底座以及设置在底座表面的阵列式万向移动台，包括多个可被独立驱动的滚珠，接丝板由所述滚珠支撑和驱动，通过滚珠的转动方向的变化实现接丝板的x-y方向运动以及转动。
优选地，所述驱动器包括可在x-y向运动的底座以及设置在底座下方的旋转台，通过旋转台驱动所述底座旋转以带动设置在驱动器上的接丝板整体转动。
优选地，所述第一层槽位和第二层槽位在每一层上呈等间隔的均匀平行分布。
优选地，所述焊接系统包括龙门架以及支撑在龙门架上的焊枪，所述焊枪通过x-y向移动机构安装到龙门架上以驱动所述焊枪的焊头可在x-y方向移动到对应于不同高度层的钛合金丝材的交叉位置进行点焊。
优选地，所述焊接系统包括多轴机器人以及安装在多轴机器人的机械臂上的焊枪，所述多轴机器人驱动所述焊枪在接丝板的上方移动以将交叉位置进行点焊。
优选地，所述第一方向与第二方向之间的夹角为45°或者90°。
由以上技术方案，本实用新型与现有技术相比的显著优点在于：
1、本实用新型提出一种钛合金的新型应用形式，即在海洋工程的混凝土结构中的钛合金丝网结构，作为预制件的形式制作和使用，以单层尤其是多层叠加的方式，浇筑到混凝土中，对海洋工程中钛合金混凝土结构进行增强，尤其是其中的建筑浅层、内层和进行地基加固，利用耐蚀性能和强度机械性能优异的预制件增强结构，减少海洋建筑地基以及建筑周边由于海浪冲刷而引起的水土流失的问题；
2、本实用新型提出一种海洋工程的混凝土结构中的钛合金丝网结构的制备系统，通过在钛合金拉丝生产线的末端增加送丝通道，可实现对丝材的送丝操作，并对应地送到不同层级的接丝板中，接丝板可以按照混凝土预制件的需要进行尺寸选择，并结合驱动方向的旋转自动在接丝板上形成交叉网状结构，增强在使用过程中整个网状结构的强度、抗拉和耐疲劳性能。尤其优选的是，旋转的角度可调节。
3、本实用新型提出的海洋工程的混凝土结构中的钛合金丝网结构的制备系统，从实现过程来看其流程短、成本低、效率高，可实现连续化工业生产，降低钛合金的使用成本，扩大其应用场景和领域。尤其是，通过本实用新型制备的钛合金丝网结构还可以与传统的钛合金棒材进行混合使用，在预制件中平铺数层钛合金丝网结构进行基底和建筑物主体增强，并穿插以钛合金棒材进行根部强度支撑增强，总体上提高海工混凝土建筑物、构筑物的强度、耐腐蚀性、抗疲劳性能。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：
图1是本实用新型示例性实施例的送丝器与驱动器的结构示意图。
图2是本实用新型示例性实施例的送丝器、接丝板的结构示意图，其中丝材分段、逐个地送入到接丝板的槽位。
图3是本实用新型示例性实施例的接丝板进行丝材铺设的过程示意图。
图4是本实用新型示例性实施例的接丝板上完成两层丝材铺设后的接丝板的示意图。
图5是本实用新型示例性实施例的通过龙门架支撑的焊枪进行点焊的示意图。
图6是本实用新型示例性实施例的钛丝的金相组织图。
具体实施方式
为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。
根据本实用新型示例性实施例的海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统，旨在实现大规模批量生产的海洋工程用钛合金网生产工艺，提升钛合金网的制备效率与质量、降低生产成本、扩大海洋工程用钛合金应用领域，在海洋混凝土领域的护坡、基底和主体结构的增强，利用耐蚀性能和强度机械性能优异的预制件增强结构，减少海洋建筑地基以及建筑周边由于海浪冲刷而引起的水土流失的问题。
结合图1—图5所示的海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统，包括送丝器10、接丝板20、驱动器30以及焊接系统40。
送丝器10被设置成装配到钛合金拉丝产线的末端，用于将钛合金丝材轧制线拉出的钛合金丝材送至接丝板。丝材的直径优选在2-7mm之间，利于后期的交织交叉和点焊。
结合图1、2，送丝器10具有本体11以及通过本体形成的u型槽，u型槽构成送丝通道，适配于钛合金丝材的尺寸进行送丝动作。u型槽内设置滚轮13，通过滚轮13的同向运动来驱动钛合金丝材的送丝操作。
驱动器30设置在送丝通道的末端，接丝板20设置在驱动器30的上表面上。在本实用新型的各个方面的实施例中，驱动器30被设置成用于驱动接丝板20在驱动器表面的x-y方向运动以及转动。
接丝板20具有基底以及从基底向上形成的阵列式槽位，阵列式槽位沿着基底的高度方向至少包括沿着第一方向的第一层槽位21和沿着第二方向的第二层槽位22，驱动器30被设置成按照逐条、逐层铺设的方式控制移动和/转动接丝板20以在接丝板20上形成至少两层交叉的网状结构的钛合金丝材。
图1-5中，以附图标记100表示钛合金丝材，从轧制线拉出的丝材的长度可根据接丝板的尺寸设计进行预先定长切断。接丝板的尺寸设计可由预制的建筑构件来确定，例如1m*1m、1m*2m或者更多的尺寸适配。
焊接系统40被设置用于在钛合金丝材的交叉位置进行点焊，从而将整个钛丝网结构形成整体，通过翻转或者其他转移方式将其整体从接丝板中脱离。
优选地，制备系统还包括转移机构，例如叉车或者平板式移动小车，被设置用于将接丝板转移至焊接系统的下方。
优选地，送丝通道具有入口和出口，入口对接钛合金丝材轧制线的末端，出口朝向接丝板上的阵列式槽位。
结合图1-3所示，驱动器30包括驱动器底座31以及设置在底座表面的阵列式万向移动台，包括多个可被独立驱动的滚珠33，接丝板20由滚珠33支撑和驱动，通过滚珠的转动方向的变化实现接丝板的x-y方向运动以及转动。在该实施例中，所述滚珠可被设置通过电驱动转动的方式来驱动接丝板的运动和转动。
在另外的实施例中，驱动器30还可以通过旋转台式结构实现x-y向移动和转动，例如在一些例子中其包括可在x-y向运动的底座以及设置在底座下方的旋转台，通过旋转台驱动底座旋转以带动设置在驱动器上的接丝板整体转动。可在x-y向运动的底座则可在底座上设置x向直线运动机构和y向直线运动机构实现，例如直线电机或者丝杆直线模组。
优选地，第一层槽位21和第二层槽位22在每一层上呈等间隔的均匀平行分布。
前述实施例中，第一方向与第二方向之间的夹角为45°或者90°，从而形成45°交叉或者垂直交叉的钛合金丝网结构，增强整体稳固性和均匀性。在另外的实施例中，前述两个方向的夹角还可以被设计成其他合适的角度。
优选地，第一层槽位21的深度大于第二层槽位22的深度。由此，第一层槽位位于底部，在接丝过程中，首先接收到的钛合金丝材直接落入底部排列，第二层槽位位于上面，如此在两层之间无需调节，直接形成交织结构。
优选地，焊接系统40包括龙门架41以及支撑在龙门架上的焊枪45，焊枪通过x-y向移动机构安装到龙门架上，从而驱动焊枪的焊头可在x-y方向移动到对应于不同高度层的钛合金丝材的交叉位置进行点焊。
优选地，x-y向移动机构包括横跨地设置在龙门架的一对横梁上的第一移动机构，第一移动机构由两个相对垂直的直线运动模组构成，即第一直线运动模组42和第二直线运动模组43。
第一直线运动模组42的包括第一运动部42a和第一固定部42b，第一固定部42b集成在横梁上，第一运动部42a被支撑在横梁上并且可沿着横梁滑动。
第二直线运动模块43具有第二运动部43a和第二固定部43b，第二固定部43b横置地固定连接到两个第一运动部42a上并可随时第一运动部同步运动，第二运动部43a被设置成沿着第二固定部滑动，焊枪45固定到第二运动部43a上。
如此，通过两个直线运动模组，即直线电机实现对点焊位置的移动和定位。每个直线电机的运动部被设置成在该直线电机被加载激励时做直线运动。
在另外的实施例中，焊接系统40可给予多轴机器人实现，在可选的例子中，其包括多轴机器人以及安装在多轴机器人的机械臂上的焊枪，多轴机器人驱动焊枪在接丝板的上方移动以将交叉位置进行点焊。
结合上述实施例的钛合金丝网结构的制备系统，根据其制备海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1、制备钛合金棒材并轧制拉丝处理，轧成预设的钛合金丝材；
步骤2、通过送丝器的送丝通道向接丝板的底部的第一层槽位连续输送钛合金丝材，其中送丝器的送丝通道对准第一层槽位使得钛合金丝材落入对应的第一层槽位的底部，其中驱动器采用逐条铺设的方式控制接丝板的移动，以逐条铺满第一层槽位；
步骤3、在第一层槽位铺满后，驱动器控制转动接丝板使得送丝器的送丝通道对准第二层槽位，使得钛合金丝材落入对应的第二层槽位，与第一层槽位内的钛合金丝材形成不同高度的交叉结构；
步骤4、移动接丝板至焊接工位，在钛合金丝材的交叉位置进行点焊固定；
步骤5、在驱动器上重新布设接丝板，重复步骤2-4。
如此，在焊接的同时，可进行另一个接丝板送入到接丝位置，提高效率。
在另外的实施例中，上述接丝板上还可以设置多层槽位，例如三层，形成对中间层的包覆式交叉。
在接丝过程中，可通过视觉识别系统进行初始的槽位与接丝通道的对准，并在后续的接丝过程中，根据槽位之间的间隔距离，通过精确控制驱动器的运动行程来实现精确的定位接丝。
在另外的实施例中，上述初始的槽位与接丝通道的对准还可以通过光电传感器来实现。
优选地，在焊接过程中，接丝板的焊接初始位置的确定与对准采用与接丝过程中相同的方案实现。
优选地，步骤4中，采用下述方式中的一种来移动接丝板：
1)延长设置驱动器，使得驱动器在长度方向至少大于2-3倍接丝板的长度，通过驱动器将接丝结束后的接丝板驱动其沿着长度方向移动到点焊工位；以及
2)通过平板式移动小车将接丝结束后的接丝板移送至点焊工位。
优选地，钛合金丝材为钛铁硼合金丝材，直径在2-7mm之间，使用功率为2-3kw的激光器，通过龙门架或者多轴机器人的驱动实现对对上下两层钛合金丝材的交叉点进行点焊连接。
下面结合具体的实例来具体描述上述过程的示例性实现。
1)将1560kg原材料按照ti-2fe-0.1b的合金比例配比混合均匀后，等分为12块，压制成电极块。将电极以6块为一组进行焊接后，使用var自耗电极熔炼的方法，将两组电极分别进行熔炼。将两组熔炼后的一次铸锭去除两端杂质后再次焊接，进行二次熔炼，得到成品铸锭。
将成品铸锭经车削加工去除表面氧化皮后，成品铸锭最终尺寸为φ420x560mm；对头部、中部、尾部的样品车削碎屑进行成分检测，铸锭成分见表一；
2)将铸锭在电炉加热至850℃后，保温0.5-1小时，经2小时升温至1020℃，保温2小时。随后进行铸锭开坯锻造，开坯变形至280mm。回炉在1020℃下保温两小时后，进行二火锻造，锻为150mm边长方棒，完成开坯锻造；
3)将150mm边长方棒回炉加热至950℃下保温1.5小时后，锻为φ125mm圆棒，完成锻造；
4)将φ125mm圆棒利用感应炉加热至600℃，保温1分钟后，继续加热至820℃，保温一分钟后开始轧制。经过6-7道次轧制后，轧为φ6mm棒材，其金相组织如图6所示；
5)将此丝材根据gb/t228.1-2010中各项指标要求，加工成为为平行段直径φ3mm的棒状拉伸，得到丝材，其力学性能测试如表2所示；
6)将丝材按照图2及图3的方法铺至陶瓷接丝板或者高温合金接丝板中，陶瓷基板网孔间距为0.1m，基板长×宽尺寸为1m*1m；
7)将陶瓷接板与钢筋整体移动至龙门架下，利用3kw激光器，通过移动龙门横梁位置，对上下两层棒材进行点焊连接。
表1.铸锭实际成分
表2.丝材力学性能
由此可见，通过本实用新型拉伸得到的钛合金丝材在屈服强度、拉伸强度、延展率和断面收缩率上均具有比较好的性能要求，满足传统钢混凝土的强度要求。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
1.一种海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统，其特征在于，包括送丝器、接丝板、驱动器以及焊接系统，其中：
所述送丝器设置在钛合金丝材轧制线的末端，用于将钛合金丝材轧制线拉出的钛合金丝材送至接丝板；所述送丝器具有适配于钛合金丝材的送丝通道，所述送丝通道具有入口和出口，所述入口对接钛合金丝材轧制线的末端，所述出口朝向所述接丝板上；
所述驱动器设置在送丝通道的末端，接丝板设置在驱动器上，所述驱动器被设置成用于驱动所述接丝板在驱动器表面的x-y方向运动以及转动；
所述接丝板具有基底以及从基底向上形成的阵列式槽位，所述阵列式槽位沿着基底的高度方向至少包括沿着第一方向的第一层槽位和沿着第二方向的第二层槽位，第一层槽位的深度大于第二层槽位的深度；
所述焊接系统被设置用于在所述钛合金丝材的交叉位置进行点焊。
2.根据权利要求1所述的海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统，其特征在于，所述送丝器具有本体以及通过本体形成的u型槽，u型槽构成所述送丝通道，所述u型槽内设置滚轮，通过滚轮的同向运动来带动钛合金丝材送入接丝板。
3.根据权利要求1所述的海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统，其特征在于，所述驱动器包括驱动器底座以及设置在底座表面的阵列式万向移动台，包括多个可被独立驱动的滚珠，接丝板由所述滚珠支撑和驱动，通过滚珠的转动方向的变化实现接丝板的x-y方向运动以及转动。
4.根据权利要求1所述的海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统，其特征在于，所述驱动器包括可在x-y向运动的底座以及设置在底座下方的旋转台，通过旋转台驱动所述底座旋转以带动设置在驱动器上的接丝板整体转动。
5.根据权利要求1所述的海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统，其特征在于，所述第一层槽位和第二层槽位在每一层上呈等间隔的均匀平行分布。
6.根据权利要求1所述的海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统，其特征在于，所述焊接系统包括龙门架以及支撑在龙门架上的焊枪，所述焊枪通过x-y向移动机构安装到龙门架上以驱动所述焊枪的焊头可在x-y方向移动到对应于不同高度层的钛合金丝材的交叉位置进行点焊。
7.根据权利要求1所述的海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统，其特征在于，所述焊接系统包括多轴机器人以及安装在多轴机器人的机械臂上的焊枪，所述多轴机器人驱动所述焊枪在接丝板的上方移动以将交叉位置进行点焊。
8.根据权利要求1所述的海工混凝土耐蚀钛合金网结构的制备系统，其特征在于，所述第一方向与第二方向之间的夹角为45°或者90°。
技术总结