橋式起重機(jī)焊接工藝及制造工藝(2015年課件)

1、起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)制造基礎(chǔ)知識焊接應(yīng)力與變形第一節(jié) 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 一、焊接應(yīng)力與變形的基本知識 1、彈性變形和塑性變形 變形: 物體在外力或溫度等因素的作用下，其形狀和尺寸發(fā)生變化，這種變化稱為物體的變形。 彈性變形: 當(dāng)使物體產(chǎn)生變形的外力或其他因素去除后變形也隨之消失，物體可恢復(fù)原狀，這樣的變形稱為彈性變形。 塑性變形: 當(dāng)外力或其他因素去除后變形仍然存在，物體不能恢復(fù)原狀，這樣的變形稱為塑性變形。 2、應(yīng)力 物體受外力作用后所導(dǎo)致物體內(nèi)部之間的相互作用力稱為內(nèi)力。 另外，在物理、化學(xué)或物理化學(xué)變化過程中，如溫度、金相組織或化學(xué)成分等變化時(shí)，在物體內(nèi)部也會產(chǎn)生內(nèi)力。 作用在物體單位面積

2、上的內(nèi)力叫做應(yīng)力。 根據(jù)引起內(nèi)力原因的不同，可將應(yīng)力分為工作應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力。 工作應(yīng)力是由外力作用于物體而引起的應(yīng)力； 內(nèi)應(yīng)力是由物體的化學(xué)成分、金相組織及溫度等因素變化，造成物體內(nèi)部的不均勻性變形而引起的應(yīng)力。 3、焊接應(yīng)力與焊接變形 焊接應(yīng)力是焊接過程中及焊接過程結(jié)束后，存在于焊件中的內(nèi)應(yīng)力。 焊接變形是由焊接而引起的焊件尺寸的改變。 三、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因 1、焊件的不均勻受熱 （1）不受約束的桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形 其變形屬于自由變形，因此在桿件加熱過程中不會產(chǎn)生任何內(nèi)應(yīng)力，冷卻后也不會有任何殘余應(yīng)力和殘余變形。 （2）受約束的桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形 如果加熱溫度較高，

3、達(dá)到或超過材料屈服點(diǎn)溫度時(shí)（TTS=600），則桿件中產(chǎn)生壓縮塑性變形，內(nèi)部變形由彈性變形和塑性變形兩部分組成。當(dāng)溫度恢復(fù)到原始溫度時(shí)，彈性變形恢復(fù)，塑性變形不可恢復(fù)，可能出現(xiàn)以下三種情況： 如果桿件能充分自由收縮，那么桿件中只出現(xiàn)殘余變形而無殘余應(yīng)力； 如果桿件受絕對拘束，那么桿件中沒有殘余變形而存在較大的殘余應(yīng)力； 如果桿件收縮不充分，那么桿件中既有殘余應(yīng)力又有殘余變形。 （3）長板條中心加熱（類似于堆焊）引起的應(yīng)力與變形（4）長板條一側(cè)加熱（相當(dāng)于板邊堆焊）引起的應(yīng)力與變形 2、焊縫金屬的收縮 當(dāng)焊縫金屬冷卻、由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時(shí)，其體積要收縮。由于焊縫金屬與母材是緊密聯(lián)系的，因此，焊縫金屬

4、并不能自由收縮。這將引起整個(gè)焊件的變形，同時(shí)在焊縫中引起殘余應(yīng)力。 3、金屬組織的變化 鋼在加熱及冷卻過程中發(fā)生金相組織的變化，這些組織的比體積不一樣，也會造成焊接應(yīng)力與變形。4.焊件的剛性和拘束 焊件自身的剛性及受周圍的拘束程度越大，焊接變形越小，焊接應(yīng)力越大；反之，焊件自身的剛性及受周圍的拘束程度越小，則焊接變形越大，而焊接應(yīng)力越小。 剛性是指焊件抵抗變形的能力。 拘束是指焊件周圍物體對焊接變形的約束。第二節(jié) 焊接殘余應(yīng)力及分布 一、焊接殘余應(yīng)力 是焊件焊完冷卻后殘留在焊件內(nèi)的焊接應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性等使用性能有影響。 二、焊接殘余應(yīng)力的分布 1、縱向殘余

5、應(yīng)力x的分布 作用方向平行于焊縫軸線的殘余應(yīng)力稱為縱向殘余應(yīng)力。 2、橫向殘余應(yīng)力y的分布 垂直于焊縫軸線的殘余應(yīng)力稱為橫向殘余應(yīng)力。 （1）焊縫及其附近塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向殘余應(yīng)力y 圖1-8a （2）橫向收縮所引起的橫向殘余應(yīng)力y 總之，橫向殘余應(yīng)力的兩個(gè)組成部y、y同時(shí)存在，焊件中的橫向殘余應(yīng)力y是由y、y合成的，但它的大小要受s的限制。 三、焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的影響 1、對焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響 焊接殘余應(yīng)力的存在將明顯降低脆性材料結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度。 2、對構(gòu)件加工尺寸精度的影響 3、對受壓桿件穩(wěn)定性的影響 4、對疲勞強(qiáng)度的影響 四、減小焊接殘余應(yīng)力的措施 1、設(shè)計(jì)措施 1）盡

6、量減少結(jié)構(gòu)上焊縫的數(shù)量和焊縫尺寸 2）避免焊縫過分集中 3）采用剛度較小的接頭形式 2、工藝措施 （1）采用合理的裝配焊接順序和方向 在一個(gè)平面上的焊縫，焊接時(shí)應(yīng)保證焊縫的縱向和橫向收縮均能比較自由，如圖1-20所示的拼板焊接，合理的焊接順序應(yīng)是圖1-20中的110，即先焊相互錯開的短焊縫，后焊直通長焊縫。收縮量最大的焊縫應(yīng)先焊。因?yàn)橄群傅暮缚p收縮時(shí)受阻較小，因而殘余應(yīng)力就比較小。如圖1-21所示的帶蓋板的雙工字梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)先焊蓋板上的對接焊縫1，后焊蓋板與工字梁之間的角焊縫2，原因是對接焊縫的收縮量比角焊縫的收縮量大。工作時(shí)受力最大的焊縫應(yīng)先焊。如圖1-22所示的大型工字梁，應(yīng)先焊受力最大的翼

7、板對接焊縫1，再焊腹板對接焊縫2，最后焊預(yù)先留出來的一段角焊縫3。 焊接平面交叉焊縫時(shí)，在焊縫的交叉點(diǎn)易產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力。對接焊縫與角焊縫交叉的結(jié)構(gòu)。 （2）預(yù)熱法 （3）冷焊法 冷焊法是通過減少焊件受熱來減小焊接部位與結(jié)構(gòu)上其他部位間的溫度差。 （4）降低焊縫的拘束度 （5）加熱“減應(yīng)區(qū)”法 焊接時(shí)加熱那些阻礙焊接區(qū)自由伸縮的部位，使之與焊接區(qū)同時(shí)膨脹和同時(shí)收縮，起到減小焊接殘余應(yīng)力的作用。 五、消除焊接殘余應(yīng)力的方法 1、熱處理法 包括整體高溫回火和局部回火 （1）整體熱處理 是將整個(gè)構(gòu)件緩慢加熱到一定的溫度（低碳鋼為650），并在該溫度下保溫一定的時(shí)間（一般按每毫米板厚保溫24mi

8、n，但總時(shí)間不少于30min），然后空冷或隨爐冷卻。 （2）局部熱處理 2、機(jī)械拉伸法 在壓力容器制造的最后階段，通常要進(jìn)行水壓試驗(yàn)，和起重機(jī)的靜載試驗(yàn)，其目的之一也是利用加載來消除部分殘余應(yīng)力。 4、錘擊焊縫 錘擊焊縫，可使焊縫金屬產(chǎn)生延伸變形，能抵消一部分壓縮塑性變形，起到減小焊接殘余應(yīng)力的作用。 5、振動法 第三節(jié) 焊接變形 一、焊接變形的基本形式 焊接變形在焊接結(jié)構(gòu)中的分布是很復(fù)雜的。按變形對整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)的影響程度可將焊接變形分成局部變形和整體變形；五種基本變形形式：收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形。插1表2-1 二、矯正焊接變形的方法 1、手工矯正法 手工矯正法就是利用

9、錘子、大錘等工具錘擊焊件的變形處。 2、機(jī)械矯正法 機(jī)械矯正法就是利用機(jī)器或工具來矯正焊接變形。 3、火焰加熱矯正法 火焰加熱矯正法就是利用火焰對焊件進(jìn)行局部加熱，使焊件產(chǎn)生新的變形去抵消焊接變形。舉 例：起重工字梁由板1、2、3組焊而成，板1、2、3均為-8×500×4000的鋼板，要將它們組焊成截面為下圖所示的工字梁，焊接次序是，先將板2和板3 組焊后，再與1組焊。請問：組焊完畢后，該工字梁截面和縱向可能發(fā)生什么樣的變形？采用什么措施可減少焊接變形？可能存在的焊接缺陷有哪些？（4）請畫出起重工字梁中間截面的應(yīng)力分布典型金屬結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)橋架的制作工藝 第一節(jié) 制造前的準(zhǔn)

10、備 一、進(jìn)廠原材料復(fù)檢 1.入庫前應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量證明書檢查 2.實(shí)物檢查 （外觀、尺寸、標(biāo)志的檢查） 3.理化性能測試 （化學(xué)成分、機(jī)械性能、工藝性能、金相分析） 二、主梁、支腿等重要部件所用的材料的要求： 1.A1A6級起重機(jī)，當(dāng)板厚大于20mm時(shí)，鋼材牌號應(yīng)不低于Q235-B；對A7A8級起重機(jī)，鋼材牌號應(yīng)不低于Q235-C。 2.環(huán)境溫度低于-20，應(yīng)選用Q235-D或16Mn，且要求在-20時(shí)的沖擊功不小于27J。3.嚴(yán)禁在低溫下使用沸騰鋼。這是因?yàn)?沸騰鋼脫氧不完全，氧能使鋼變脆； 內(nèi)部雜質(zhì)較高，成份偏析較大，因而沖擊值較低； 冷脆傾向和時(shí)效敏感性較大； 焊接性較差。 三、鋼材預(yù)處理 熱

11、軋鋼材表面通常有一層氧化皮，呈灰黑色，覆蓋于鋼材表面，應(yīng)進(jìn)行除銹噴丸等預(yù)處理，并進(jìn)行防銹處理。通常采用的防銹底漆有703環(huán)氧脂鐵紅和無機(jī)硅酸鋅底漆等。 銹是一種有氧化物和水分子的物質(zhì)。銹和氧化物的危害有減弱結(jié)構(gòu)件的承載能力，降低結(jié)構(gòu)的涂漆質(zhì)量，影響乙塊火焰切割和焊接質(zhì)量等。第二節(jié) 主梁的拼接與組裝一、橋架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求1.橋式起重機(jī)橋架常見的結(jié)構(gòu)形式2.箱形橋式起重機(jī)的橋架結(jié)構(gòu)如圖8-14所示，它是由主梁（或桁架）、欄桿（或輔助桁架）、端梁、走臺（或水平桁架）、軌道及操縱室等組成.3.主梁的主要技術(shù)要求橋架最主要的受力元件是主梁。主梁的制造是橋架金屬結(jié)構(gòu)制造的關(guān)鍵, 主要控制：（1）上拱度

12、： （0.91.4）S/1000。 （2）水平旁彎（向走臺側(cè)）：f=S/2000 （規(guī)定向走臺側(cè)旁彎的原因是在制造橋架時(shí)，走臺側(cè)焊后有拉伸殘余應(yīng)力，當(dāng)運(yùn)輸及使用過程中殘余應(yīng)力釋放后，導(dǎo)致兩主梁向內(nèi)旁彎；而且主梁在水平慣性載荷作用下，按剛度條件允許有一定側(cè)向彎曲，兩者疊加會造成過大的彎曲變形。當(dāng)兩梁向內(nèi)旁彎時(shí)，可能導(dǎo)致車輪與軌道咬合，使起重機(jī)不能正常工作。） （3）腹板波浪變形規(guī)定，受壓區(qū) 0.7，受拉區(qū) 1 .2。 （4）上蓋板水平度B/250，腹板垂直度H/200，B為蓋板寬度，H為梁高。 二、主梁工藝分析 由于主梁內(nèi)部有大量加筋板，加筋板的焊縫分布上下不均： （1）橫向大筋板與下蓋板不焊接

13、， （2）小加筋全部連續(xù)角焊縫都在水平中心線以上， 事實(shí)：中心線以上焊縫數(shù)量多于中心線以下，這樣極易造成主梁下?lián)稀?要求：分析并保證如何使下?lián)献钚。⑶夷茴A(yù)制上撓和造成一定旁彎（在焊接走臺件之前）則是制定工藝的依據(jù)。 三、主梁制造工藝要點(diǎn) 1.蓋板和腹板對接焊工藝 為避免應(yīng)力集中，翼板與腹板的拼接接頭不應(yīng)在同一截面上，錯開距離不得小于200mm；同時(shí)接頭不應(yīng)安排在梁的中心附近，一般應(yīng)距中心2m以上。 2.筋板的制造 筋板是一個(gè)長方形，長筋板中間一般也有減輕孔。由于筋板尺寸影響到裝配質(zhì)量，要求其寬度差只能小于1mm左右，長度尺寸允許有稍大一些的誤差。筋板的四個(gè)角應(yīng)保證90°，尤其是筋板

14、與上蓋板接觸處的兩個(gè)角更應(yīng)嚴(yán)格保證直角。 3.腹板上拱度的制備 主梁成拱最常用的方法是腹板下料成拱法。腹板的拱形可采用二次拋物線形或正弦曲線形。腹板上拱值規(guī)定為0.91.4S/1000，考慮氣割、焊接電流、焊接速度、操作者技術(shù)程度等因素影響，多取1.4S/1000。腹板下料有兩種方法： （1）腹板拱度曲線直接號料法 （2）樣板號料法 4.蓋板、腹板對接焊縫焊接 （1）開坡口 蓋板、腹板對接焊縫要求焊透，采取開坡口的方法，以增加熔深。板厚>6mm時(shí)就要開坡口。 （2）板件拼接間隙和定位焊 板件拼接間隙過大，焊接時(shí)易產(chǎn)生燒穿、焊縫成形不佳的缺陷，同時(shí)焊接變形也較大。一般埋弧1mm，手工2mm

15、。 定位焊的技術(shù)要求 蓋板、腹板定位焊前要檢查一下板邊的直線度和預(yù)拱值，可用拉粉線或鋼絲線測量。 定位焊焊肉要比正式焊縫小，焊縫質(zhì)量同正式焊縫，不得存在夾渣、裂紋、未焊透等缺陷，定位焊的間距，在根據(jù)拼接鋼板定型的條件憑經(jīng)驗(yàn)確定，通常長為2040mm焊縫，間距在70150mm范圍內(nèi)。 （3）引弧板和引出板 由于埋弧焊和氣體保護(hù)焊的焊接速度快，引弧時(shí)焊件來不及達(dá)到局部的熱平衡，使引弧端的熔深較淺。 （4）對接焊縫的焊接 主梁的蓋板、腹板的對接焊縫要求焊透以保證為等強(qiáng)度連接。焊接方法可用手工焊、埋弧焊和氣體保護(hù)焊等。焊接方式可分為雙面焊和單面焊雙面成形。 （5）焊縫的余高 焊縫余高不得超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)

16、定的03mm，余高越大，應(yīng)力集中系數(shù)越高，余高為零時(shí)，應(yīng)力集中消失。 由余高帶來的應(yīng)力集中，對起重機(jī)這樣動載結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度是十分不利的， 余高越小越好，起重機(jī)結(jié)構(gòu)的焊縫余高應(yīng)小于2mm，重要的結(jié)構(gòu)應(yīng)削平余高。 5.對接焊縫變形的控制 （1）對接焊縫角變形的矯正 蓋板、腹板拼接時(shí)應(yīng)先拼接寬度，然后再拼接長度。 蓋板、腹板接長時(shí)，為防止對接板件角變形，可在待焊接口下面加墊形成反變形，然后焊接。采用這種方法焊后可以使板件平直。 如果焊后出現(xiàn)角變形，可采取在焊縫處加墊用重砣壓制等方法矯正。 （2）焊接方向 焊接方向?qū)附幼冃斡杏绊?。直線型板件拼長對接時(shí)，翻個(gè)清根焊接第二面的方向要和焊第一面的方向相反。

17、有拱度的板件如主梁的腹板，為不改變預(yù)定的腹板下料拱度曲線，也應(yīng)采取上述的焊接方向。 四、 形梁的組裝與焊接 形梁由上翼板、腹板和筋板組成。 （1）上翼板與筋板的定位組裝 以上翼板為基準(zhǔn)，裝配時(shí)，采用在上翼板上的劃線定位的方式裝配筋板，用90°角尺檢驗(yàn)垂直度后進(jìn)行點(diǎn)固。 （2）筋板與上蓋板的焊接 為減小梁的下?lián)献冃?，裝好筋板后應(yīng)進(jìn)行筋板與上翼板焊縫的焊接。為防止變形，如果翼板未預(yù)制旁彎，焊接方向應(yīng)由內(nèi)側(cè)向外側(cè)見圖（a），以滿足一定旁彎的要求； 如翼板預(yù)制有旁彎，則方向采用圖8-19（b）所示方向。 （3）組裝腹板 1）首先要求在上翼板和腹板上分別劃出跨度中心線； 2）然后用吊車將腹板吊

18、起與翼板、筋板組裝，使腹板的跨度中心線對準(zhǔn)上翼板的跨度中心圖線； 3）在跨中點(diǎn)定位焊； 4）腹板上邊用安全卡1將腹板臨時(shí)緊固到大筋板上； 5）可在翼板底下打楔子使上翼板與腹板靠緊； 6）通過平臺孔安放溝槽限位板3，斜拉壓桿2，并注意壓桿要放在筋板處。當(dāng)壓下壓桿時(shí)，壓桿產(chǎn)生的水平力使下部腹板靠緊筋板。為了使上部腹板與筋板靠緊，可用專用夾具式腹板裝配胎夾緊。 7）由跨中組裝后定位焊至腹板一端，然后用墊塊墊好，再裝配定位焊另一端腹板。 （4） 形梁內(nèi)壁焊縫的焊接次序 焊接形梁內(nèi)壁焊縫時(shí)，針對焊接次序?qū)澢冃蔚挠绊?，考慮要使形梁外彎，應(yīng)先焊接形梁內(nèi)腹板焊縫，后焊接外腹板焊縫。 對偏軌箱形主梁要求主梁

19、是直線形的，則焊接形梁內(nèi)壁焊縫時(shí)應(yīng)考慮焊接主腹板內(nèi)壁長焊縫會產(chǎn)生較大的外彎，所以應(yīng)先焊接副腹板焊縫，后焊接主腹板焊縫。 五、主梁整體組裝焊接 1. 形梁組裝定位焊下蓋板前的準(zhǔn)備 （1）在制定主梁的工藝規(guī)程時(shí)，除要給出腹板下料的預(yù)制拱（翹）度數(shù)值外，還要給出形梁組裝下蓋板后的拱（翹）度值，以及單根主梁焊成后（未焊走臺和軌道壓板）的拱（翹）度值。 （2）定位焊下蓋板之前，應(yīng)首先將形梁立起,檢查形梁的上拱度和水平彎曲，然后檢查下蓋板的水平彎曲，應(yīng)使下蓋板與形梁的水平彎曲方向一致。 （3）如果發(fā)現(xiàn)某項(xiàng)指標(biāo)超差，應(yīng)采取適應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整。 2.定位裝配下蓋板 （1）裝配時(shí)先在下翼板上劃出腹板的位置線，將形

20、梁吊裝在下翼板上， （2）兩端用雙頭螺桿將其壓緊固定（見圖8-22）。 （3）然后用水平儀和線錘檢驗(yàn)梁中部和兩端的水平和垂直度及拱度，如有傾斜或扭曲時(shí)，用雙頭螺桿單邊拉緊。 （4）下蓋板與腹板的間隙<1mm，從中間向兩端同時(shí)點(diǎn)焊。 3.焊接主梁的四條縱向角焊縫 當(dāng)拱度不夠時(shí)，應(yīng)先焊下翼板左右兩條縱縫；拱度過大時(shí)，應(yīng)先焊上翼板左右兩條縱縫。 當(dāng)采用焊條電弧時(shí)，應(yīng)采用對稱的焊接方法，即把箱形梁平放在支架上，由四名焊工同時(shí)從兩側(cè)的中間分別向梁的兩端對稱焊接，焊完后翻面，以同樣的方式焊接另外一邊的兩條縱縫。 采用自動焊焊接四條縱縫時(shí)，可采用如下圖所示的焊接方式。 圖（a）所示為“船形”位置單機(jī)頭

21、焊，主梁不動，靠焊接小車移動完成焊接工作。 平焊位置可采用雙機(jī)頭焊見圖(b)、(c)，其中圖(b)所示為靠移動工件完成焊接，圖(c)所示為通過機(jī)頭移動來完成焊接操作。 六、主梁的矯正 箱形主梁裝焊完畢后進(jìn)行檢查，每根箱形梁在制造時(shí)均應(yīng)達(dá)到技術(shù)條件的要求，如果變形超過了規(guī)定值，應(yīng)進(jìn)行矯正。矯正時(shí)，應(yīng)根據(jù)變形情況選擇好加熱的部位與加熱方式，一般采用火焰矯正法。第三節(jié) 橋架組裝 一、橋架組裝焊接的工藝要求 1.作業(yè)場地的選擇 只要主梁有溫度差存在，就會有拱（翹）度的變化或水平彎曲（旁彎）的變化，箱形梁構(gòu)成的橋架應(yīng)選擇在廠房內(nèi)組裝焊接。橋架的檢測應(yīng)在早、晚或夜間進(jìn)行為好。 2.墊架位置選擇 由于自重對

22、主梁拱度有影響，主梁墊架位置應(yīng)選擇在主梁的跨端或接近于跨端的位置。起重量較小的橋架在最后測量調(diào)整時(shí)應(yīng)盡量墊到端梁處。 3.橋架組裝基準(zhǔn) 為使橋架安裝車輪后能正常運(yùn)行，四組彎板應(yīng)在同一平面內(nèi)。組裝時(shí)應(yīng)使它們在同一水平面內(nèi)，以這一水平面為組裝調(diào)整橋架各部的基準(zhǔn)?？纱┻^端梁上蓋板的吊裝孔立T形標(biāo)尺，用水平儀測量調(diào)整。 4.為減小橋架整體焊接變形，在橋架組裝前應(yīng)焊完所有部件本身的焊縫，不要等到整體組裝后再補(bǔ)焊。 二、橋架組裝焊接的工藝要點(diǎn) 1.主、端梁組裝焊接 （1）兩根主梁擺放在墊架上。在主梁的上蓋板中心線處找出兩主梁的跨度中心和跨端基準(zhǔn)點(diǎn)，按技術(shù)要求調(diào)整各部件尺寸。 （2）端梁與主梁焊接時(shí)將使端梁兩端向內(nèi)彎而使橋架跨度縮短，故橋架組裝時(shí)應(yīng)預(yù)先使