門座式起重機(jī)箱形大拉桿焊接變形與控制分析

1、門座式起重機(jī)箱形大拉桿焊接變形與控制分析及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用李兆乾 李重武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司 武漢 430084摘要 通過對門座式起重機(jī)箱形大拉桿焊接變形的分析，采用了合理的組裝順序和焊接工藝，有效的控制了箱形大拉桿的焊接變形。關(guān)鍵詞 箱形大拉桿 焊接變形 工藝措施 控制方法中圖分類號：U653.921文獻(xiàn)標(biāo)志碼：13Analysis and Control of Welding Deformation for the Big Box Tention Bar of Portal Crane LI Zhao-qian Li ZhongWuhan Marine Machinery Co.，LTD

2、. Wuhan 430084Abstract Through analyzing welding deformation of portal crane box big tention bar, adopted a reasonable assembly order and welding technology , Effectively controled welding deformation. Key words Box big tention bar Welding deformation Process measures Control method 門座式起重機(jī)（簡稱門機(jī)）是我國重

3、工業(yè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)中必不可少的工藝裝備。作為減輕裝卸工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人操作條件，提高裝卸作業(yè)生產(chǎn)能力的大型起重和裝卸運(yùn)輸設(shè)備，門機(jī)被廣泛應(yīng)用于露天料場、車站、建筑工地、水電站、船廠和港口等場所。MQ3042門機(jī)是本單位自主為XXX軍工廠設(shè)計(jì)的門座式起重機(jī)。該門機(jī)中大拉桿的結(jié)構(gòu)形式為箱形梁結(jié)構(gòu)。由于箱形大拉桿總長大，截面積小，在制作過程中，焊接后往往出現(xiàn)不同程度的旁彎和扭曲變形。如何正確的選擇制作工藝來控制箱形大拉桿的焊接變形一直是制作上的一大難題。在MQ3042實(shí)際制作過程中，對箱形大拉桿的備料精確度、組裝工藝和焊接工藝進(jìn)行了嚴(yán)格控制，最后大大減小了箱形大拉桿的焊接變形，對后續(xù)工序提供了有力保障

4、，給整臺(tái)門機(jī)制作提供了優(yōu)質(zhì)的制作工藝，得到了用戶和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)肯定和好評。下面對門機(jī)箱形大拉桿的焊接變形及其控制分析作一些介紹。1 影響箱形大拉桿焊接變形的主要因素箱形大拉桿的總長為29.708m，截面為0.5 m×0.9m，見圖1所示。1.1焊接收縮變形箱形大拉桿焊接收縮變形有兩種情況：平行箱形大拉桿縱向軸線方向的收縮，即縱向收縮；垂直于箱形大拉桿縱向軸線方向的收縮，即橫向收縮。1) 縱向收縮變形縱向收縮變形可通過下式進(jìn)行估算1： （1）式中：單層焊的縱向收縮量焊縫截面積構(gòu)件截面積構(gòu)件長度；系數(shù)，其值與焊接方法和材料有關(guān)，見表1。多層焊的縱向收縮：將上式中的按一層焊縫金屬的截面積計(jì)算，

5、并將計(jì)算得的縱向收縮量再乘以系數(shù)1即可。 式中：與材料的屈服強(qiáng)度相應(yīng)的應(yīng)變，；層數(shù)；材料的屈服強(qiáng)度；E材料的彈性模量。MQ3042門座式起重機(jī)中箱形大拉桿構(gòu)件的焊縫以“T”型接頭為主。箱形大拉桿縱向焊接收縮變形量，由上述收縮量公式計(jì)算得的收縮量再乘以系數(shù)1.151.40?？v向收縮量試驗(yàn)數(shù)值（每米收縮量）見表2。表1 值與焊接方法和材料的關(guān)系焊接方法氣體保護(hù)焊埋弧焊手工電弧焊材料低碳鋼（Q235-A/B或Q345-A/B）0.0430.0710.0760.0480.057表2 縱向收縮量（mm）（618）接頭截面型式焊接方法縱向收縮接頭截面型式焊接方法縱向收縮CO2氣體保護(hù)焊2.1CO2氣體保護(hù)

6、焊3.24.2CO2氣體保護(hù)焊2.5CO2氣體保護(hù)焊1.6雙面間斷焊CO2氣體保護(hù)焊2.9注：母材材質(zhì)均為：Q345-A（與MQ3042所用的板材材質(zhì)一樣）表3 橫向收縮量（mm）（618）接頭截面型式焊接方法橫向收縮接頭截面型式焊接方法橫向收縮CO2氣體保護(hù)焊0.5CO2氣體保護(hù)焊0.1CO2氣體保護(hù)焊0.4CO2氣體保護(hù)焊0.3雙面間斷焊CO2氣體保護(hù)焊0.3注：母材材質(zhì)均為：Q345-A（與MQ3042所用的板材材質(zhì)一樣）2) 橫向收縮變形試驗(yàn)證明：橫向收縮變形比縱向收縮變形小得多。箱形大拉桿橫向焊接收縮變形量，試驗(yàn)數(shù)值（每米收縮量）見表3。1.2焊接方向?qū)澢冃蔚挠绊懺谙湫未罄瓧U的上

7、翼板或腹板上焊接橫向焊縫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沿焊縫方向的彎曲變形。當(dāng)從板的一邊開始焊接焊縫，熱影響區(qū)先從這邊開始冷卻收縮，而板的另一邊由前邊焊縫集結(jié)力的作用已變成受拉區(qū)。即該板件在受拉應(yīng)力狀態(tài)下焊接。受拉區(qū)施焊時(shí)的焊接變形較小，在圖2中所示體現(xiàn)為1。焊接變形可分解成兩個(gè)部分：一部分是沿截面上的均勻收縮，使板材縮短；另一部分形成彎曲變形和，使板材向焊接方向彎曲。1.3 原始?xì)堄鄳?yīng)力對焊接變形的影響焊接變形形成過程是，焊接時(shí)金屬的熱膨脹受阻而形成壓應(yīng)力，當(dāng)壓應(yīng)力超過彈性范圍時(shí)進(jìn)入高溫塑性狀態(tài)，冷卻時(shí)金屬收縮產(chǎn)生變形?？梢姡附幼冃闻c工件在施焊時(shí)的原始應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。舉例來說，對于兩根同時(shí)制作的箱形大拉桿，在兩

8、根大拉桿中間墊以墊塊，兩端用螺栓拉緊器對大拉桿加壓形成彎矩，如圖3（a）所示，則箱形大拉桿上部產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力，下部產(chǎn)生彎曲壓應(yīng)力。在大拉桿受拉區(qū)焊接， 螺旋拉緊器的外力削弱了熱膨脹的受阻程度，塑性區(qū)壓縮變形減小，冷卻后殘余變形自然也小。相反，在受壓焊接，所加外力加強(qiáng)了金屬熱膨脹受阻程度，焊接塑性區(qū)壓縮變形加大，冷卻后殘余變形也大，如圖3（b）所示。即熱膨脹階段，在受拉區(qū)應(yīng)力互相抵消一部分，減小了達(dá)到屈服極限的區(qū)域，焊接變形減小，相反受壓區(qū)應(yīng)力加大，增加了達(dá)到屈服極限的區(qū)域，焊接變形增大。2 箱形大拉桿焊接變形的控制方法通過對箱形大拉桿影響焊接變形因素的分析可知：焊接收縮變形量的差異、施焊時(shí)的焊

9、接方向與焊接工藝指定方向不一致及原始?xì)堄鄳?yīng)力的作用，將導(dǎo)致箱形大拉桿焊接后產(chǎn)生旁彎和扭曲變形。為了盡可能的減小箱形大拉桿的焊接變形，下面主要在裝配順序和焊接工藝方面采取一系列措施來控制。2.1在下料前，要求對板材進(jìn)行噴丸除銹及鋼板矯正處理，達(dá)到消除板材波浪變形和減少其內(nèi)應(yīng)力。2.2 備料1) 尺寸精度為了提高金屬結(jié)構(gòu)件的精度，放樣劃線前須對變形鋼板、型材進(jìn)行矯正，合格后方可進(jìn)行劃線作業(yè)。隔板尺寸精確度是保證箱形大拉桿組裝質(zhì)量的關(guān)鍵，隔板的垂直度直接影響箱形大拉桿組裝的旁彎和扭曲度，所以在組裝前需對隔板的垂直度等制作公差予以復(fù)核，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2) 腹板和翼板下料時(shí)預(yù)制反變形為了使箱形大拉桿

10、預(yù)制成反焊接彎曲變形，在下料時(shí)要給出腹板和翼板預(yù)制的反變形量，反變形量數(shù)值要與變形經(jīng)驗(yàn)值（焊接變形總量與L/3000的和，L-工件長度）相符，見圖4所示。2.3 組裝1) 筋板與上翼板、腹板結(jié)合的角度精度，直接影響腹板和翼板組裝的傾斜度。如果筋板控制不嚴(yán)，會(huì)形成筋板里出外進(jìn)的現(xiàn)象，見圖5（a）所示。裝配點(diǎn)焊腹板形成的形梁隨筋板而變形，因此要求筋板與上翼板結(jié)合角度，及與腹板結(jié)合的兩邊90°角度公差，在制造過程中要嚴(yán)加控制。采用剪切方法控制見圖5（b）所示其中H/1000，最好采用機(jī)加工或數(shù)控切割法保證。如果采用剪切方法存在角度誤差，則應(yīng)在筋板與上翼板組裝時(shí)，對出現(xiàn)的傾斜可調(diào)整筋板與上翼

11、板的間隙。然后將間隙利用鐵絲等墊好或垂打筋板邊緣局部突起來改變角度，使其達(dá)到組裝筋板的兩邊與上翼板垂直后，方可點(diǎn)焊定位。2) 組裝步驟（見圖6所示）a、在上翼板上彈出腹板與其接合線的臘線，并彈出隔板與翼板的接合線。b、將隔板與翼板組裝好。c、再將腹板與翼板組裝好。d、檢查隔板的裝配質(zhì)量。e、焊接隔板與腹板及翼板的連接焊縫。f、覆蓋下翼板，組裝形成3。2.4 焊接1) 焊接要點(diǎn)(焊接順序和方向見圖7所示)a、采用對稱法對兩條主角焊縫同時(shí)焊接，焊槍傾斜翼板側(cè)，即與翼板成30°左右，焊接第一道；再焊槍傾向腹板側(cè)，即與腹板成30°左右，焊接第二道，依次類推，達(dá)到要求焊高為止。b、先

12、焊對接焊縫內(nèi)側(cè)，再焊筋板，最后焊對接焊縫外側(cè)，焊接時(shí)，盡量置焊道于平焊位置。c、對接焊縫焊接順序應(yīng)由中間向兩端作分段倒退焊進(jìn)行焊接。d、筋板與腹板及上、下翼板的焊縫，先焊橫向焊縫，后焊縱向焊縫。焊接順序應(yīng)由中間向兩端作分段倒退焊進(jìn)行焊接2-3。2) 焊接規(guī)范如下（表4）：表4 箱形大拉桿的焊接規(guī)范焊接方法層數(shù)焊絲直徑（mm）氣體流量（L/min）電流（A）電壓（V）焊接速度（m/h）CO氣體保護(hù)焊12層.202518021024261825其他層.20252502703033埋弧自動(dòng)焊接第一層f455065030354560其余f570085036403 實(shí)施效果以往的箱形梁制作過程中經(jīng)常出現(xiàn)

13、旁彎和扭曲變形。在MQ3042門座式起重機(jī)箱形大拉桿在制作過程中，為了有效地控制箱形大拉桿的焊接變形，在選定的焊接方法之下，通過焊接設(shè)備和工人的調(diào)整等措施達(dá)到了外界影響因素的基本恒定，從工藝的手段嚴(yán)格規(guī)范了材料的下料規(guī)格，工件的組裝工藝，焊接規(guī)范和焊縫質(zhì)量。通過采取了有效可行的控制方法后，箱形大拉桿的焊接變形得到了有效控制，得到了業(yè)主及相關(guān)單位的一致好評。本機(jī)中的臂架和象鼻梁的結(jié)構(gòu)形式均為箱形桁架結(jié)構(gòu)。在制作過程中通過在焊接工藝方面采上述措施來控制箱形梁的焊接變形，取得了良好效果，給后續(xù)機(jī)加工工序加工質(zhì)量提供了有力保障。2006年六月，本公司為廣西欽州港二期工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的25噸門座式起重機(jī)中箱形大拉桿和箱形桁架結(jié)構(gòu)象鼻梁，工藝方面按照上述進(jìn)行規(guī)范，最后有效地控制了箱形梁的焊接變形。4結(jié)論綜合上述：箱形大拉桿具有長度大、截面積小的特點(diǎn)，焊后形成的焊接變形難以校正。因此，從工藝設(shè)計(jì)角度出發(fā)嚴(yán)格規(guī)范裝焊工藝，采用合理的組裝順序和焊接工藝，可以有效的控制箱形大拉桿焊接變形。參考文獻(xiàn)1付榮柏.起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)制造工藝.北京：中國鐵道出版社，1991:43-100. 2 謝智華.鋼橋主