畢業(yè)答辯論文—挖掘機上架鏟焊接工藝

1、江蘇省徐州機電工程高等職業(yè)學校畢 業(yè) 設 計姓 名：學號： 110705125系部:機械工程系專業(yè)：焊接技術及自動化設計題目：挖掘機上架鏟焊接工藝扌旨導教師：楊炎川職 稱：進遁2016年 5月江蘇徐州機電工程高等職業(yè)學校畢業(yè)設計任務書系部 機械系 專業(yè)年級 11高職焊接班學生姓名 田繞任務下達日期：2016年3月10 h畢業(yè)設計h期：2015年5月5 h至2016年5月6 h畢業(yè)設計題目：挖掘機上架、推土鏟焊接工藝畢業(yè)設計專題題目：挖掘機上架、推土鏟焊接工藝畢業(yè)設計主要內(nèi)容和要求：1. 挖掘機焊接前預處理方法概述2. 挖掘機結構件焊接工藝規(guī)范概述3. 挖掘機焊接缺陷與質量檢驗概述4. 挖掘機結

2、構件焊接變形分析概述系主任簽字:指導教師簽字:江蘇徐州機電工程高等職業(yè)學校畢業(yè)設計指導教師評閱書扌旨導教0帀評語（基礎理論及基本技能的掌握；獨立解決實際問題的能力；研究內(nèi) 容的理論依據(jù)和技術方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點；工作態(tài)度及工作量；總體評價 及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成績:指導教師簽字:江蘇徐州機電工程高等職業(yè)學校畢業(yè)設計評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎理論及基本技能的學握；綜合運用所學知識解 決實際問題的能力；工作量的大??；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度； 總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成績:評閱教師簽字:江蘇徐州機電工程高等職業(yè)學校

3、畢業(yè)設計答辯及綜合成績答辯情況提出問題回答問題正確諸1答辯委員會評語及建議成績答辯委員會主任簽字：年月口系部領導小組綜合評定成績系部領導小組負責人：年月口摘要挖掘機的車架及工作裝置結構復雜、輪廓尺寸大，它的制造精度和可靠性對 整機的性能發(fā)揮，使用壽命及可靠性影響很大。本課題目的是通過研究大型結構 件的焊接制造技術的幾個主要方面從而找到提高公司結構件制造水平的方法。結 構件的預處理方面，通過對國內(nèi)外各預處理方法的優(yōu)缺點的比較，選擇適合公司 外觀質量方面，針對現(xiàn)狀，搞清癥結，提出提高質量的技術方法；在焊接內(nèi)部質 量方而，焊接缺陷對結構疲勞性能的影描述是工程中常遇到的模糊不確定問題之 一，探討用模糊

4、集理論來處理；焊接變形在施工中極易發(fā)生，而且危害性大，如 何防止和矯正焊接變形總結岀一些行之有效的方法和措施，介紹了數(shù)值模擬技術 在焊接變形預測中的應用；在焊接變位器的使用方而，分析挖掘機結構件的結構 特點，結合國內(nèi)外挖掘機生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)實際狀況，研究變位器械對接構件的適 應性:文章最后探討了挖掘機拼焊工裝的設計方法和基木原則。關鍵詞：挖掘機焊接工藝焊接缺陷前言11概述21.1挖掘機發(fā)展簡介21. 1. 1挖掘機介紹21.1.2挖掘機構成及分類21.1.3國內(nèi)挖掘機發(fā)展概況24國外挖掘機發(fā)展概況31 2挖掘機結構件焊接目前存在的問題31.3解決方法及本課題主要內(nèi)容42焊接前預處理方法52.1預

5、處理分類及比較52.2工程機械結構件預處理特點63結構件焊接工藝規(guī)范73.1焊接材料與方法73.1.1挖掘機工況條件對材料的要求73.1.2焊接材料與方法73. 2焊接方法73. 3焊接過程73. 3. 1焊接順序73.3.2焊縫位置73.3.3焊槍傾角和擺角73.3.4焊接要點84焊接缺陷與質量檢驗94. 1結構件常見的焊接缺陷及焊縫質量要求94.1.1常見焊接缺陷94. 2焊縫檢驗方法94.2.1焊縫無損檢驗94.2.2焊縫缺陷修補105結構件焊接變形分析115. 1焊接變形的主要形式、產(chǎn)生的原因及危害115. 1. 1焊接變形的主要形式115.1.2焊接變形產(chǎn)生原因115.1.3焊接變形

6、的危害115. 2焊接變形控制措施115.2.1反變形法125.2.2背靠背剛性固定法125.2.3制定合理的焊接方法125.2.4焊后矯正措施12結論13致謝15參考文獻14近年來，隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國重型機械制造業(yè)取得了令人矚目的 成就。我國不僅是世界鋼材消耗大國，也是一個世界機械制造業(yè)大國。鋼鐵工業(yè) 的快速發(fā)展，給我國焊接行業(yè)，尤其是重型機械金屈結構行業(yè)焊接技術的可持續(xù) 發(fā)展創(chuàng)造了很大的發(fā)展空間。隨著焊接結構件在挖掘機中所占的比重日益增大， 近年來各先進國家的挖掘機制造工廠對焊接結構的設計合理性均給予了充分重 視，投入了較多的研究力量。但是我國目前的情況是搞產(chǎn)品設計的偏重于傳動設

7、 計，對焊接工藝缺乏了解，而焊接工作者則偏重于工藝，因此，對挖掘機焊接結 構的設計合理性研究幾乎無人問津。挖掘機焊接件的結構形狀及載荷情況都很復 雜，特別是關鍵部位的細節(jié)設計，乂極易被設計人員所忽視，兒十年來發(fā)生的不 少有名的災難性工程破壞事故屮，大量是與結構的細節(jié)部位設計不當有關。所以 本文以這幾個月在公司實習的經(jīng)驗就挖掘機的結構件焊接工藝闡述一些本人的 觀點。1概述1.1挖掘機發(fā)展簡介1.1.1挖掘機介紹挖掘機，乂稱挖掘機械(excavating machinery),是用鏟斗挖掘高于或低 于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土石方機械。挖掘的物料主要 是土壤、煤、泥沙以及經(jīng)過預松

8、后的土壤和巖石。從近幾年工程機械的發(fā)展來看, 挖掘機的發(fā)展相對較快，而挖掘機作為工程建設中最主要的工程機械機型之一， 其正確的選型也就顯得更為重要。1.1.2挖掘機構成及分類常見的挖掘機結構包括，動力裝置，工作裝置，回轉機構，操縱機構，傳動 機構，行走機構和輔助設施等。從外觀上看，挖掘機由工作裝置，上部轉臺，行 走機構三部分組成。根據(jù)其構造和用途可以區(qū)分為：履帶式、輪胎式、步履式、 全液壓、半液壓、全冋轉、非全冋轉、通用型、專用型、較接式、伸縮臂式等多 種類型。工作裝置是直接完成挖掘任務的裝置。它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分 較接而成。1.1.3國內(nèi)挖掘機發(fā)展概況中國的挖掘機生產(chǎn)起步較晚，從19

9、54年撫順挖掘機廠生產(chǎn)第一臺機械式單 斗挖掘機至今，大體上經(jīng)歷了測繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個階段。新中國成立初期，以測繪仿制前蘇聯(lián)20世紀3040年代的w1002等型機械 式單斗挖掘機為主，開始了中國的挖掘機生產(chǎn)歷史。由于當時國家經(jīng)濟建設的需 要，先后建立起十多家挖掘機生產(chǎn)廠。1967年開始，中國自主研制液壓挖掘機。20世紀80年代末，中國挖掘機生產(chǎn)廠已有30多家，生產(chǎn)機型達40余種。 中、小型液壓挖掘機已形成系列，但總的來說，中國挖掘機生產(chǎn)的批量小、分散, 牛產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質量等與國際先進水平相比，有很大的差距。改革開放以來，積極引進、消化、吸收國外先進技術，以促進中國挖掘機行 業(yè)的

10、發(fā)展。通過數(shù)年引進技術的消化、吸收、移植，使國產(chǎn)液壓挖掘機產(chǎn)品性能 指標全面提高到20世紀80年代的國際水平，產(chǎn)量也逐年提高。由于國內(nèi)對液壓 挖掘機需求量的不斷增加且多樣化，在國有大、中型企業(yè)產(chǎn)品結構的調整，牽動 了一些其他機械行業(yè)的制造廠加入液壓挖掘機行業(yè)。114國外挖掘機發(fā)展概況第一臺手動挖掘機問世至今已有130多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅動半 冋轉挖掘機到電力驅動和內(nèi)燃機驅動全冋轉挖掘機，應用機電液一體化技術的全 自動液壓挖掘機的逐步發(fā)展過程。由于液壓技術的應用，20世紀40年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛 式挖掘機，'20世紀50年代初期和中期相繼研制出拖式全冋轉液壓挖掘

11、機和履 帶式全液壓挖掘機。20世紀60年代起，液壓挖掘機進入推廣和蓬勃發(fā)展階段， 各國挖掘機制造廠和品種增加很快產(chǎn)量猛增。：19681970年間，液壓挖掘機產(chǎn)量已占挖掘機總產(chǎn)量的83%,目前已接近100%。工業(yè)發(fā)達國家的挖掘機牛產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日木等是斗 容量3. 5-40 m3單斗液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國，從20世紀80年代開始生產(chǎn)特大 型挖掘機。從20世紀后期開始，國際上挖掘機的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功 能化、專用化和自動化的方向發(fā)展。1.2挖掘機結構件焊接目前存在的問題1、結構件的預處理水平低，主要是鋼板下料件拼焊前的預處理除油除銹能 力差，使得焊接易出現(xiàn)夾渣、氣孔等缺

12、陷，嚴重影響焊縫質量。同時，結構件表 面清潔度不夠，油漆附著力差，使得整機油漆由銹蝕而至脫落，造成惡劣影響。2、焊縫表面質量差。焊接件的外觀質量不僅對整機的外觀質量起著至關重 要的作用，而且影響焊縫質量從而影響結構件可靠性能，直觀反映一個企業(yè)的工 藝水平和質量管理水平，影響企業(yè)形象。3、焊接內(nèi)部缺陷評定困難。制造過程中各種因素常使焊接結構（焊縫）產(chǎn)生 各種缺陷（裂紋、未焊透、未熔合、夾渣和氣孔等），這些缺陷嚴重影響結構件的 疲勞壽命。如何在整個焊接過程中最終完全發(fā)現(xiàn)并止確評定尚待解決技術和檢驗 設備上的問題。4、焊接變形不能得到有效的控制。挖掘機下架履帶盒變形及動臂不能跑坐 標加工等現(xiàn)象均說明

13、焊接變形的復雜性。這既影響裝配精度，又影響整機使用性 能。對此，如何以理論分析結合有限元計算，正確估算焊接變形用以指導實踐上 還需研究。5、焊接生產(chǎn)率低下，難以滿足大批量生產(chǎn)挖掘機的需要。研究選用合適的、 專用的焊接變位機械，使得工件能迅速變位將焊縫至最佳位置，從而避免立焊、 仰焊，提高焊接質量，使焊接生產(chǎn)效率達到一個先進水平。6、結構件毛坯精度低，冷作生產(chǎn)率低下難以滿足大批生產(chǎn)的需要。這既有 料上的因素，也有工裝上的因素。主要是工裝設計的合理性、系列化、裝夾的自 動化上還須上一個臺階。1.3解決方法及本課題主要內(nèi)容1、針對鋼板料及結構件預處理水平低給工廠帶來的困擾，認真研究挖掘機 結構件的特

14、點及國內(nèi)外各種預處理的優(yōu)缺點，為工廠技術改造決策提供充分的技 術分析依據(jù)。2、針對挖掘機結構件焊接工藝不規(guī)范，以至于工廠生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質量 不高等現(xiàn)狀，研究制定出適合企業(yè)的挖掘機結構件焊接工藝規(guī)范流程，為工廠的 進一步改善提供依據(jù)。3、針對焊接缺陷評定困難，考慮焊接過程形成的各種焊接缺陷的大小，在 結構件厚度上的位置和缺陷間的相互影響因素對結構的疲勞壽命的影響，研究推 導出缺陷對結構疲勞強度危害的量化指標，從而制定出焊接缺陷的評定標準，并 用正確的方法和手段控制焊接全過程的質量，防止焊接缺陷的漏檢、檢不出，形 成結構件斷裂的隱患，以至于影響到結構件的可靠性。4、針對焊接生產(chǎn)率低下，可以分析挖

15、掘機結構件的結構特點，結合國內(nèi)外 挖掘機各專業(yè)廠家的牛產(chǎn)實際狀況，取長補短，研究變位機械對構件的適應性、 使用的先進性、系列化、專業(yè)化、模塊化，用于指導工廠的變位機械選裝，全面 提高工廠的工藝裝備水平。5、針對挖掘機結構件的主要變形問題，探討了焊接變形產(chǎn)牛的機理，對如 何防止和矯正焊接變形總結岀一些行之有效的方法和措施，并介紹了數(shù)值模擬技 術在焊接變形預測屮的應用，用于指導工藝規(guī)程設計及生產(chǎn)實踐。2焊接前預處理方法2. 1預處理分類及比較預處理分為兩大類：1、化學處理（酸洗法 如圖2-1；圖2-2所示）圖2-1 酸洗法圖2-2酸洗法2、機械處理（前處理、后處理、中處理）酸洗法（化學處理）的優(yōu)點

16、：1不會使基體變形；2、每個角落的銹都能清除干凈，3、效率高。酸洗法的缺點：1、除油不充分時，酸洗法不能完全除銹；2、酸洗后處理不當，會發(fā)生第二次更嚴重的銹蝕;3、污染環(huán)境；4、一次投資大。機械處理的優(yōu)、缺點一般來說與酸洗法正好相反。通常不贊成用酸洗法，因 為它的缺點十分明顯。三種機械預處理所采用的設備：1、前處理：一般采用鋼板預處理成套設備，以買國外設備為主。2、中處理：一般采用國產(chǎn)的拋丸室。3、后處理：介質為玻璃微珠。拋丸室與中處理相同，但只適用于小型結構 件。2. 2工程機械結構件預處理特點1、工程機械產(chǎn)品批量小，品種復雜，規(guī)格多，生產(chǎn)不平衡。不宜采用高效 率而投資大的預處理方法；2、工

17、程機械工作環(huán)境差，因此，對預處理的質量要求高，人工打磨無法滿 足其質量要求。由此對工程機械而言，采用噴丸法是最合適的。2.3預處理表面清潔度的標準我國采用國標gb8923-88 “涂裝前鋼材表面銹蝕等級標準”。這標準相當于 國際標準ts08501-l:1988涂裝油漆和有關產(chǎn)品前鋼材預處理，-表面清潔度的 目視評定一第一部分：未涂裝過的鋼材和全面清除原有涂層后的鋼材的銹蝕等 級、除銹等級對工程機械來說，實際上很少按這些標準辦事，甚至在大多數(shù)企 業(yè)內(nèi)，連標準屮的照片也沒有，更談不上質量檢查。工程機械結構件的除銹等級, 可定為sal級。其特征為：表面應無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的 氧化皮

18、、鐵銹和油漆涂層等附著物。3結構件焊接工藝規(guī)范3. 1焊接材料與方法3.1.1挖掘機工況條件對材料的要求挖掘機的工況條件十分惡劣，除載荷復雜外（交變載荷、沖擊載荷），還需 經(jīng)受嚴寒地區(qū)冬季（一 40°c左右）作業(yè)的考驗，低溫作業(yè)和載荷的沖擊性是挖 掘機工況條件的主要特點。焊接結構的鋼材與焊材除應滿足必要的強度和剛度要 求外，還應滿足低溫沖擊韌度的要求。3.1.2焊接材料與方法焊接方法：熔化極氣體保護焊焊接材料1、q550 鋼 2、d0mex650mc 鋼 3、20mn2 鋼 4、weld0x1100 鋼 5> weldox900 6、 s890g1ql 鋼 6、weld0x96

19、0 鋼 7、weld0x700 鋼及 d0mex700mc 等。3. 2焊接方法接前預熱：采用氧一乙煥燃燒方式（或專用火焰加熱器）進行加熱，預熱溫 度用測溫計測量，預熱區(qū)域在焊縫左右150mm區(qū)域內(nèi)。預熱進行加熱和測量溫度, 如不能在反面預熱，也可在正面。同鋼種焊接的預熱溫度和層間溫度取決于最大 厚度的鋼板。不同鋼種焊接的預熱溫度和層間溫度由需耍最高預熱和層間溫度的 鋼板決定。3. 3焊接過程3. 3. 1焊接順序一般焊接，應從約束端向自由端焊接，由焊件的屮心或焊縫的屮心向外側焊 接。 對于長焊縫宜采用分段退焊法或與多人對稱焊接法同時運用；對接接頭、 t形接頭和十字接頭坡口焊接，宜采用雙面坡口

20、對稱順序焊接。3. 3. 2焊縫位置應確保焊縫處于水平或船形位置吋進行焊接，同吋考慮熔池垂力影響。不正 確的焊接位置極易產(chǎn)牛焊接缺陷，盡量釆用水平位置焊接。3.3.3焊槍傾角和擺角焊槍傾角應控制在70° -80°之間，多層多道焊接時應對焊槍擺角進行控 制，保證焊絲直對焊接面，特別是進行坡口面位置焊接吋，保證焊絲盡可能直對 焊接坡口面。3. 3. 4焊接要點開始焊接時應距焊縫端部10-20mm區(qū)域進行引弧，不斷弧返回端部后，再進 行正常方向焊接。焊縫的起弧和收弧位置要進行重點的檢查，對于焊縫中斷接頭 處應采用超聲波或射線的方式進行檢查。4焊接缺陷與質重檢驗4. 1結構件常見的

21、焊接缺陷及焊縫質量要求4.1.1常見焊接缺陷咬邊、 氣孔、未焊透、夾渣、 焊接裂紋、 燒穿、 弧坑、未焊滿、下塌等。如圖4所不:密集氣孔zz2zz3z：根部未焊透中間未焊透披面未熔合層間未熔合縱向裂紋熱裂紋）橫向裂紋夾渣夾渣彳令裂紋s熱影響區(qū):裂紋）圖4 （焊接缺陷）4. 2焊縫檢驗方法4. 2. 1焊縫無損檢驗焊縫的無損檢測，可采用以下幾種方法：目視檢查、磁粉探傷、著色滲透檢 測、超聲探傷、射線探傷等。如圖4-1圖4-2所不圖4-1（射線探傷氣孔缺陷）圖4-2 （i測探傷氣孔缺陷）4. 2. 2焊縫缺陷修補1重要焊縫：應采取刨、磨、鉆等冷加工方法清除有缺陷的部分;2補焊：采用與正常焊接時一致

22、的焊絲；3返修：返修部位應連續(xù)焊成；5結構件焊接變形分析5.1焊接變形的主要形式、產(chǎn)生的原因及危害5. 1. 1焊接變形的主要形式挖掘機結構件的焊縫主耍設計形式為角焊縫，焊接變形主要為角變形、收縮 變形和扭曲變形。如圖5所不:圖5 （焊接扭曲變形）5.1.2焊接變形產(chǎn)生原因從宏觀上來講，在焊接材料及焊接方法一定的情況下，挖掘機結構件產(chǎn)生 焊接變形的主要原因是：a. 結構型式設計不當，焊接吋容易發(fā)生變形；b. 焊接接頭的型式、焊縫布置不合理；c. 控制焊接變形的工藝方法應用不當。結構件焊接變形的根本原因是所產(chǎn)生的焊接殘余應力的不均勻性，造成應 力不均勻的原因主要是焊接過程中在構件區(qū)域內(nèi)存在不均勻

23、的溫度場。因此，控 制焊接變形就必須控制焊接應力。5.1.3焊接變形的危害挖掘機結構件的焊接變形，會影響生產(chǎn)工藝流程的正常進行，使結構件的 外形尺寸和尺寸精度嚴重超差，焊后矯正焊接變形，使生產(chǎn)成木增加，還會增 加機加工、裝配等后續(xù)工序的難度，并且焊接變形還會降低結構的承載能力，會 造成產(chǎn)品質量不穩(wěn)定等諸多不良后果。5. 2焊接變形控制措施控制焊接變形方法很多，但通過以下控制焊接變形方法的應用或幾種方法綜合應用可以有效地控制結構件的焊接變形。5. 2. 1反變形法以動臂為例進行說明，根據(jù)生產(chǎn)中已經(jīng)發(fā)生的變形規(guī)律，預先把焊件人為 地加工產(chǎn)生一個變形，使這個變形與焊后發(fā)生的變形方向相反而數(shù)值相等，這

24、種 方法稱為反變形法。挖掘機結構件中的動臂和斗桿均屬于細長形結構件，焊接變 形主要是焊縫縱向收縮引起的。通過對焊接生產(chǎn)中焊接變形的變形量人小的計算 以及牛產(chǎn)過程中現(xiàn)場驗證，確定合適的反變形量，使焊接后的變形量正好與反 變形量抵消，才能達到產(chǎn)品的設計要求。5. 2. 2背靠背剛性固定法焊接前將易變形的工件加以固定來限制和減小焊接變形的方法稱為剛性固 定法5. 2. 3制定合理的焊接方法焊接件的焊接順序會給結構件焊接變形帶來較大的影響，所以要針對不同 的結構形式制定合理的焊接順序5. 2. 4焊后矯正措施構件發(fā)生彎曲和扭曲變形的程度超過設計要求時，必須進行矯正。變形矯正 的方法有:機械矯正法、火焰矯正法等。1、機械矯正法機械矯正法是利用機械力的作用，以矯正焊接變形，常采用壓力機、2、火焰矯正法火焰矯正法是利用金屬受火焰局部加熱后的收縮所引起的新的變形來矯正 焊接變形的方法。結論文章總結了工程實際屮的焊接變形的規(guī)律，為工藝規(guī)程的制定和焊接變形的 控制提供了依據(jù)。解決了上架、推土鏟等結構件的焊接變形問題，節(jié)省了大量的 生產(chǎn)成本。根據(jù)挖掘機結構件的特點和制造精度，研究了兒種具有先進性、適應 性變位器械，研究了工裝設計的