机械毕业设计（论文）-煤矿专用提升容器设计--箕斗闸门装置设计【全套图纸】.doc

学校代码：_ 学 号：_0410301064 本科毕业设计（论文）BACHELOR DISSERTATION论文题目：煤矿专用提升容器设计箕斗闸门装置设计 学科专业：_机械设计制造及自动化 作者姓名： 导师姓名：_ 完成时间： 2008年6月1日_ 中文摘要一种箕斗是否好用,在很大程度上取决于它的闸门结构,所以分析和研究箕斗的闸门是很必要的.在大型箕斗设计中,这个问题更应慎重考虑.根据目前我国煤矿主井立井普遍使用的箕斗闸门,存在问题的分析及国外煤矿常用的几种箕斗的探讨,寻求一种较好的新型结构的箕斗闸门,来满足我国煤矿不断生产的需求. 针对这种箕斗闸门，要满足以下要求：结构简单、重量轻、检修方便。具有运行安全可靠的显著特点。节约了运行费用，取得了良好的经济效益。对于箕斗闸门涉及的加工工艺焊接部分，由于对闸门的工艺要求不高，所以这部分从“结构简单，价格便宜，使用可靠，维修方便”的方面考虑，焊接方法采用手工电弧焊。闸门是扇型的，焊接方式采用角接接头形式焊接。关键词:箕斗;闸门;形式;焊接；ABSTRACTOne kind of skip is whether easy to use,it decided in the very great degree by its strobe structure.Therefore the analysis and the research skip strobe are very essential.The question should give careful consideration in the large scale skip design.According to the present our country coalwell vertical shaft universal use skip the strobe,the existence question analysis and the overseas coal mine commonly used several kind of skip discussions,seek one kind of better newstructure skip the strobe to meet the need which our country coal mine unceasingly produces. Below in view of this kind of ore basket strobe, must satisfy requests: structures simple, the weight light, the overhaul is convenient. has transports the good security reliable remark-able characteristic. saved the operating cost, has obtained the good economic efficiency.Processing craft - - welding part involves which regarding the ore basket design in, because the strobe butt weld technological requirement is not high, is simple from the structure, the price is cheap, the use is reliable, the service is convenient, the work noise small consideration, the welding tool may select the welding rod arc welding; Because is the fan strobe, therefore in the both sides needs by the radian form welding.Key words:vertical shaft; skip; apttern; welding目 录第一章 前言51.1时代要求51.2国内外概况51.3问题的提出与设计目标61.3.1设计原则：61.3.2主要改造环节：71.3.3闸门结构设计7第二章 扇形闸门设计及计算82.1扇形闸门的设计目标82.2扇形闸门设计计算112.2.1 闸门装置设计计算（方案1）112.2.2 闸门装置设计计算（方案2）182.2.3方案一和方案二的比较21第三章焊接工艺设计223.1 焊接工艺概述223.2 闸门装置材料和焊接方法的选择233.2.1闸门装置材料的选择233.2.2焊接方法的选择233.3闸门的接头形式及焊缝的布置253.3.1闸门的接头形式253.3.2焊缝的布置263.4常见焊接缺陷的成因探讨及对策273.4.1焊接缺陷的表现形式273.4.2减少和防止焊接缺陷的措施28第四章 总结30参考文献31致 谢32第一章 前言1.1时代要求随着矿井向大型化及高产，高效方向发展，实际对箕斗的性能也有了很大的技术要求。在大型箕斗中，评价一种箕斗好坏,在很大程度上取决于它的闸门结构。根据目前我国煤矿主井立井普遍使用的箕斗闸门,存在问题的分析及国外煤矿常用的几种箕斗的探讨,寻求一种较好的新型结构的箕斗闸门,来满足我国煤矿不断生产的需求。1.2国内外概况（1）目前常用的仿苏扇形闸门箕斗 20世纪50、60年代,我国煤矿设计中普遍采用这种箕斗,起到了一定的生产效果,但在使用过程中,许多矿井发生过箕斗坠毁事故,当箕斗卸载时闸门打开伸出溜槽,卸载完毕,闸门上的卸载滚轮卡在卸载曲轨上,使溜槽无法缩回,并卡在接受仓仓口上。如果绞车司机未发现,继续开动绞车,就会出现提升钢丝绳松驰、打卷,由于箕斗自重作用,使闸门突然关闭,溜槽缩回,箕斗突然下降,往往造成断绳和箕斗坠毁事故,砸坏井筒装备,事故是严重的。仿苏扇形闸门箕斗除上述主要缺点外,由于闸门所占空间较大,在箕斗断面和总高度相同的情况下,斗箱有效容积却相对地要小,这也是它的一个缺点。这种箕斗靠曲轨卸载,机构简单,卸载时间较短,对于容量较小的箕斗(如10 t以下)还有一定使用价值,目前我国大多数煤矿仍在使用这种箕斗。建议,一方面对现有箕斗如何防止坠毁问题应做为一个课题进行研究,使其在现有生产中,更好地发挥作用,另一方面在新井设计中,尽量不采用这种箕斗。（2）矿山常用的斗箱倾斜式底箕斗20世纪50年代之初,我国个别煤矿如淮南谢家集二矿和三矿,双鸭山岭西矿曾使用过这种箕斗, 其容量都不大,但不久就拆除了。目前国内外一些金属矿山和非金属矿山仍在采用这种箕斗,如瑞典的铁矿、德国和英国和一些钾盐矿,我国的铜陵凤凰山铜矿、南京梅山铁矿等。这种箕斗的活动底板,即箕斗的闸门,它平时呈水平放置(即关闭状态),矿物可容于斗箱内,卸载时,闸门靠曲轨打开并伸出,起过渡溜槽的作用,使矿物流入接受仓中。平时斗箱直立,有的利用连杆偏心机构,使斗箱运行中处于自锁状态,有的另设闭锁装置,以防斗箱倾斜矿物自动流出。这种箕斗的主要优点是斗箱有效容积利用率高,卸载速度快。其缺点是在卸载过程要用较大的外力把整个斗箱倾斜,这将使井其他提升设施承受较大的静、动载荷,并且因闸门在底部,装载时受物料冲击较严重,斗箱磨损后更换较困难。（3）金属矿山和煤矿矸石提升用的翻转箕斗这种箕斗目前国内使用的不多,辽宁红透山铜矿2.1 m3箕斗和阜新五龙矿5.3 t矸石箕斗就是这种形式。箕斗的有效容积,一般不超过6 m3。在卸载时由于箕斗翻转,致使提升钢丝绳的绳端负荷突然减少,如果使用摩擦轮绞车,就会出现打滑现象,影响提升,红透山铜矿的翻转箕斗,上部设有失重补偿装置。（4）西欧的四连杆下开折页式箕斗波兰设计的开滦吕家坨矿9 t箕斗、20世纪40年代引进德国的本溪彩屯矿12 t箕斗、井径一矿的8 t箕斗、开滦赵各庄矿三号井和四号井的6 t箕斗、开滦唐山矿三号井的箕斗等,都是这种结构形式。（5）法国皮克公司的曲轨连杆下开折页式箕斗沈阳煤矿设计研究院1975年的标准设计MT720-75的JD系列立井多绳提煤箕斗就是参照这种结构设计的。现已在开滦徐家楼井、北票立新矿、铁法大隆矿、红阳二井、蒲河竖井等煤矿使用。后2种箕斗,是欧洲20世纪40、50年代采矿工业普遍使用的箕斗形式,其优点是卸载时间短,由于箕斗到达卸载点,闸门打开,卸载后闸门关闭,都是在绞车变速过程中完成的,利用曲轨卸载时间较短。但这2种的缺点是:在箕斗运行中,有误操作事故,这是由于箕斗闸门结构本身的缺陷造成的。当箕斗装入物料后,闸门受物料和闸门本身自重作用,总是处于被打开的趋势,如果闸门闭锁装置一旦失灵,闸门就会在重力作用下自行打开,将煤卸入井筒内,造成事故。开滦徐家楼井的箕斗,就发生过这种事故,在德国和欧洲其他国家,也有类似发生,所以在西欧,这种箕斗已逐渐被淘汰。1.3问题的提出与设计目标随着矿井向大型化及高产、高效方向发展，主提升系统作为煤流系统的咽喉，其生产能力及设备状况直接关系到矿井的安全生产及效益提高。现在的大型箕斗在使用过程中存在以下问题:A.卸载速度慢，休止时间长。B.两卸载气缸不同步，操作复杂。C.闸门自锁不可靠，出现过因闸门关闭不到位而撞坏闸门的事故。这些问题的存在，严重制约主井提升能力并影响主提升系统运行安全。为改变混合井主提升系统成为煤流系统“瓶颈”这一现象，使主提升系统与其他生产环节相适应，实现矿井高产、高效，主井提煤箕斗技术改造势在必行。我国目前执行的MT720-75箕斗标准,闸门形式选用底部扇形闸门式,或其他较先进的闸门结构,但不能沿用西欧已淘汰的下开折页式闸门。如果考虑到16 t以下的小容量箕斗,为了简便,仍可使用卸载曲轨卸载。1.3.1设计原则：箕斗闸门由底圆弧门改为上开式扇形门;卸载装置由气动操作系统改为曲轨装置;首绳悬挂装置由s型改为Yxz型;箕斗有效容积、整体外形尺寸及强度保持与原箕斗一致。1.3.2主要改造环节：箕斗本体改造。将箕斗闸门由底圆弧门外动力开闭改为上开式扇形门曲轨自动开闭;卸载装置改造。取消外动力装置，在井架上安装两套曲轨;首绳悬挂装置改造。将原XSD200B型悬挂装置改为YXZ 3000X4张力自动平衡悬挂装置。井口受煤仓改造。煤仓两侧挡板加高1000mm，中间隔板去除。1.3.3闸门结构设计 闸门采用上开式侧扇形门结构，具有以下优点:最大限度地减轻闸门开启阻力。闸门自锁性好，不会发生闸门意外打开现象。 闸门结构简单可靠，便于维护。 闸门开闭运行轨迹不超出箕斗外轮廓，安全性高。第二章 扇形闸门设计及计算 2.1扇形闸门的设计目标近年来,在使用中暴露出四连杆底扇形闸门开闭机构设计上的不足和缺陷。图1所表示的就是原四连杆底扇形闸门开闭机构,它的活动杆件多,结构复杂,且都安装在箕斗本体上,要求箕斗运行到位准确。这种机构既增加了箕斗自重,又不便于维护检修。打开或关闭四连杆底扇形闸门的卸载设备由闸门开闭机构和受煤活动舌板两部分组成,其开闭动作由气动操纵,每卸载一次,受煤活动舌板和开闭机构气缸往返动作一次,由于开闭机构气缸缸径较大,每次要消耗0.4m3压缩空气,不仅运营费用较高,而且放气时噪声较大。图1四连杆底扇形闸门开闭机构示意图1一卸载人气缸;2一卸载卡爪;3一扇形门;4一受煤气缸修改方案及实施步骤(1)采用外滚轮扇形闸门机构由安装在井塔套架上的固定曲轨,借助摩擦轮提升机钢丝绳上提箕斗的力,通过卸载曲轨,迫使闸门开启卸载,箕斗下放时利用闸门的自重实施自动关闭。该结构不仅使闸门的可靠性增加,而且还减少了卸煤休止时间。但也增加了承载钢丝绳的上提力,即箕斗闸门外滚轮经过固定曲轨时的垂直阻力和由于采用固定曲轨打开箕斗闸门的水平力引进箕斗偏移引起的箕斗角罐耳与四角稳罐罐道的摩擦阻力。(2)实施步骤谢桥矿主井17t箕斗是扁钢立柱、钢罐道,箕斗提升中心距只有1600mm,井筒直径又小。为此,要采用外滚轮扇形闸门,必须重视实施步骤。认真解决井筒平面布置原井筒平面布置如图2所示,经研究确定外滚轮在平面内不应超过1400mm,以保证箕斗的正常提升,满足安全规程的要求。在井口卸载站设置固定曲轨,固定曲轨与箕斗间的间隙亦应满足安全规程的要求;由于侧扇形闸门是靠外滚轮在曲轨槽内摆动一角度,使侧扇形闸门旋转一相同角度而放煤的，固定曲轨的受力与扇形闸门半径、摆动角、扇形闸门的开启力等有关。通过上述各方的优化设计计算，再通过工艺设计使之完善，并确定曲轨的水平位移值。图2原井筒平而布置图 1一箕斗;2一井筒确定箕斗闸门处结构由于17t箕斗斗箱截面长度方向较大，侧扇形闸门绞支点和外滚轮必须布置在箕斗扁钢立柱的内侧，故箕斗扁钢立柱内径距由原来的645mm扩大至1525mm，同时在宽度方向还要求斗箱卸煤口段收缩，以满足侧扇形闸门结构设计的需要。箕斗闸门处的结构见图3图3 箕斗闸门处结构示意图l一扇形门转轴;2一扇形门;3一卸载小轮;4一卸载曲轨17t箕斗上口斗箱截面在宽度方面缩小40mm,在斗箱卸料口宽度方面又收缩部分尺寸，为不影响斗箱的容积，设计增加了斗箱高度。但由于箕斗由底扇形闸门改为侧扇形闸门，箕斗卸煤口标高比原箕斗至箕斗底部提高了250mm，可是使用固定卸载曲轨存在卸载高度，因此改造后的箕斗各有关参数还需要在箕斗提升系统中进行调整，以满足箕斗在井口过巷和井底过放高度的要求。17t箕斗曲四连杆底扇形闸门改为外滚轮侧扇形闸门固定曲轨卸载后，井口卸载设备开闭装置和受煤活动舌板拆除，受煤仓上口改用斜板接至离箕斗SOmm处。通过改造后的箕斗闸门，由于去掉了四连杆等一些辅助机构，使得总体重量相对减轻了约1000kg，并通过箕斗本身的平衡块进行了平衡，以消除张力差。2.2扇形闸门设计计算JD系列多绳箕斗闸门装置，其结构特征及尺寸附图纸9。现以17吨箕斗用闸门装置为例计算。2.2.1 闸门装置设计计算（方案1）1作用在闸门上的压力计算（如下图4）箕斗斗箱可视为每次卸空的煤仓。闸门上所受的力应由两部分组成，其一为煤仓压力在出煤口AA截面处所产生的力P，其二为II出煤口截面与闸门平面之间的溜滑槽段在装煤时煤的重量对闸门的分力。由于溜槽段很短，煤重产生的分力不大，一般只有煤仓压力产生力的百分九十左右。为简化计算，闸门上的作用力可取为：=1.1P kgf。按深仓理论计算，作用在I-I截面处的平均垂直单位压力可用以下简略公式算出： kgf/图4 式中，R是I-I截面处的水力半径，单位m，对于矩形截面 B卸载口宽度，m; H卸载口高度，m; 煤的松散容重，取=910kgf/; 侧压系数，=取煤的内摩擦角=时，=0.171;煤的内摩擦系数，代入有关数值后得 kgf/;作用在P截面上的推力 P= kgf;式中，使用特点系数。当打开闸门煤全部卸空时，2； F 卸载口面积，F=BH;闸门倾斜角（见上图），对于所有箕斗闸门，=；代入有关数值后得P=5.852910RF() kgf; =4950RF对于17吨的箕斗闸门，卸载口断面尺寸为11501030 mm，即B=1.15m H=1.03m,代入上式得：=F=BH=1.151.03=1.18P=49500.2721.18=1589 kgf;闸门平面上的作用力 =1.1P=1.11589=1747 kgf闸门的作用力计算结果如下表1：代号BHRFP单 位mmmkgfkgf17吨箕斗用闸门装置1.151.030.272158917472.作用在闸门连杆上的力的计算（如下图）图5JD系列多绳箕斗闸门装置的安装尺寸，有关数据如下： AC=100mm, OC=600mm, =, AO=608 mm = =-=作用在闸门连杆上的压力，由下列力矩平衡式求出： 所以，=代入有关数值并简化后得： = kgf 式中，煤的压力作用在闸门上的力，kgf;弹簧作用在闸门上的力，kgf;弹簧作用力至闸门旋转轴中心的距离，mm;G 闸门的重量(kgf)，近似地作用于A点.对于17吨箕斗用闸门装置：由上表得： =3900 kgf闸门连杆作用力计算结果如下表2 代号G单 位kgfkgfmmkgfkgf17吨箕斗用闸门装置2100200130090042003 连杆上端销轴强度验算每个闸门装置有两个连杆，每个连杆销轴的工作载荷为/2，按中间受均布载荷的简支梁计算如图图6对于17吨箕斗用闸门连杆销轴，直径d=80mm，L=130 mm，= 80 mm。对中点弯矩为 M= =4500 kgf.cm弯曲应力 =89109 kgf/c式中，考虑销轴工作中受冲击载荷等采用的动力系数，可取=1.52.轴材料45号钢，=6000 kgf/c,基本许用弯曲应力为=1900 kgf/c。考虑到销轴的表面加工质量，应力集中以及使用条件等因素的影响，设计采用许用弯曲应力为： =1900/1.28=1484 kgf/c式中，按二类载荷计算的 应力折减系数 +0.35=0.651.111.3+0.35=1.28 kgf/c 表面质量系数，取=1.1; 有效应力集中系数，对于光轴=1; 腐蚀疲劳系数，坑内水侵蚀性大，故取=1.3.从算结果看出，销轴的实际弯曲应力远小于许用应力，故强度是足够的。闸门装置的连杆销轴强度计算结果如下表3 代号单 位kgfmmmmmmKgf.cmkgf/c17吨箕斗用闸门装置420013080804500891094 闸门传动轴强度计算传动轴按重载箕斗闸门关闭状态时的受力情况如下图7 对于17吨箕斗闸门传动轴L=1600mm，=1000mm,安装连杆处轴径d=120mm，最大弯矩在安装连杆处，按下式计算： =63000 Kgf.cm 弯曲应力 =547729 kgf/c式中，考虑传动轴工作中受冲击，振动载荷以及开门瞬间闸门对煤反向压缩而采用的动力系数，可取=1.52.传动轴材料45号钢，基本许用弯曲应力为=1900 kgf/c，按第二类载荷计算的应力折减系数。 +0.35 图7=0.651.121.3+0.35=2.21 许用弯曲应力为 =860 kgf/实际计算应力，故强度足够.闸门传动轴强度如下表4代号单 位kgfmmmmmmKgf.cmkgf/c17吨箕斗用闸门装置42001600100012063000547729图8 2.2.2 闸门装置设计计算（方案2） 1.作用在闸门上的压力计算(如上图8)箕斗斗箱可视为每次卸空的煤仓。闸门上所受的力应由两部分组成，其一为煤仓压力在出煤口截面处所产生的力P，其二为出煤口截面与闸门平面之间的溜滑槽段在装煤时煤的重量对闸门的分力G。由于溜槽段很短，煤重产生的分力不大，一般只有煤仓压力产生力的百分九十左右。为简化计算，闸门上的作用力可取为：P3=1.1P kgf。按深仓理论计算，作用在I-I截面处的平均垂直单位压力可用以下简略公式算出： kgf/式中，R是I-I截面处的水力半径，单位m，对于矩形截面 B卸载口宽度，m; H卸载口高度，m; 煤的松散容重，取=910kgf/; 侧压系数，=取煤的内摩擦角=时，=0.171;煤的内摩擦系数， 代入有关数值后得 kgf/;作用在P截面上的推力 P= kgf;式中，使用特点系数。当打开闸门煤全部卸空时，2； F 卸载口面积，F=BH; 闸门倾斜角（见上图），对于所有箕斗闸门，=；代入有关数值后得： P=5.852910RF() kgf; =5000 RF对于17吨的箕斗闸门，卸载口断面尺寸为11501030 mm，即B=1.15m H=1.03m,代入上式得：=F=BH=1.151.03=1.18P=50000.2721.18=1604 kgf;闸门平面上的作用力 =1.1P=1.11604=1764 kgf闸门作用力计算结果如下表5代号BHRFP单 位mmmkgfkgf17吨箕斗用闸门装置1.151.030.2721 闸门传动轴强度的计算 传动轴按重载箕斗闸门关闭状态时的受力分析，如下图对于17吨箕斗闸门传动轴L=2000mm,=1100mm,轴的半径D=151mm,d=100mm，最大弯矩在安装连杆处，按下式计算： M= = =101250 kgf/cm弯曲应力 图9= kgf/式中，考虑传动轴工作中受冲击，振动载荷以及开门瞬间闸门对煤反向压缩而产生的附加载荷而采用的动力系数。取=。传动材料45号钢，基本许用弯曲kgf/,按第二类载荷计算的应力折减系数。 +0.35=0.651.121.3+0.35=2.21许用弯曲应力为 =860 kgf/实际计算应力，故强度足够。闸门传动轴强度如下表6代号单 位kgfmmmmmmKgf.cmkgf/c17吨箕斗用闸门装置4500200011001511012504415882.2.3方案一和方案二的比较方案一是金属矿山常用的底卸式箕斗。这种箕斗的活动底板，即箕斗的闸门，它平时呈倾斜放置，（即关闭状态），矿物可容于斗箱内，卸载时，靠曲轨将闸门打开并伸出，起过渡溜槽的作用，使矿物流入接受仓中。利用连杆偏心机构，使斗箱在运行中处于自锁状态，以防斗箱倾斜矿物自动流出。主要优点是：斗箱有效容积利用率高，卸载速度快。其缺点是：在卸载过程中要用较大的外力把整个斗箱倾斜，这使井架和其他提升设施承受较大的静，动载荷，并且因闸门在底部，装载时受物料冲击较严重，斗箱磨损后更换较困难。方案二是底部扇形闸门箕斗。这种箕斗的闸门是扇型的，不工作时是与渡溜槽是闭合的，防止矿物流出。主要优点是：底部扇形闸门箕斗卸载时间比底卸式箕斗短，另外由于一部分煤的重量直接压在底部扇形闸门上，在运行中不会发生误开门事故，无须加闭锁装置；闸门开启时，向斗箱内侧摆动，不会超出箕斗断面范围之外。其缺点是：由于扇形闸门设在斗箱底部，增加了箕斗的总高度，箕斗闸门的开启和闭合，产生较大的惯性，对箕斗的寿命有影响。综合考虑，方案一结构复杂，成本较大，方案二结构简单、重量轻、检修方便，具有运行安全可靠的显著特点。并且由于取消了气动卸载设备，卸载噪声大大降低，减少了设备维护工作量，节约了运行费用，取得了良好的经济效益，但总高度的增加，势必克服重力做功，为充分利用能量，可以在高处架载运煤传送带，使势能转化为动能。由于箕斗的开启和闭合产生较大的惯性，可以在闸门装置底部设置缓冲装置（闸门的自重使闭合的惯性更大），以解决此对箕斗的寿命影响。实际绘图以方案二为准。第三章焊接工艺设计3.1 焊接工艺概述金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率；又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。 焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。对焊缝进行预整加工的三吹管装置另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中；焊透的角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。焊接的密封性好，适于制造各类容器。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。 3.2 闸门装置材料和焊接方法的选择3.2.1闸门装置材料的选择所选材料必须满足结构件使用性能要求，如材料的力学性能，耐磨、耐腐性能等。在满足使用性能的前提下，尽量选择焊接性能良好的材料，如普通低合金钢和某些牌号的非铁金属，以便采用常规的连接方法，简化连接工艺，在低成本的前提下，生产出质量优良的成型构件。某些情况下，必须采用一些焊接差的金属及合金时，应考虑：焊接差的材料只应用于中、小件，而不应用于厚大焊接件的制造；焊接构件时，应采用对金属加热少的焊接方法和焊接规范，以减少构件内应力及热变形，避免产生裂纹等缺陷。例如：采用电子束焊，真空扩散焊等方法，减少加热对构件产生的影响；根据结构复杂程度、板料厚度及焊缝布置情况，采用不同的焊前预热温度及焊后缓冷规范；焊后采用热处理消除氢的影响，消除构件内应力及性能的不均匀性。本设计中的扇型闸门选材Q235号钢板和45号优质碳素钢。型材钢板焊接性能良好。45号钢经调质处理，机械综合性能良好，能承受较大冲击载荷，属于中碳钢，焊接性能一般，但能满足使用性能要求。安全蓬选材Q235号钢板为主，以45号钢为辅。45钢热处理后要耐磨，硬度在3038HRC之间，焊接性能较好之间。3.2.2焊接方法的选择焊接方法的选择正确与否直接影响产品质量、生产效率、劳动强度和劳动条件等。焊接方法选择不当，甚至导致焊接失败。连接成型的选择取决于所选焊接结构材料的材质、厚度、焊接性、结构复杂程度、焊缝形式、焊缝位置、生产要求、设备条件等因素。例如，低碳结构钢可采用各种方法焊接，但板材厚度在40mm以上，采用电渣焊生产效率高；板材厚度在840mm时，采用埋弧焊合适，但对于位置、方向各异的短焊缝，则应采用CO2粗丝焊或手工电弧焊；18mm的低碳钢板结构可用CO2细丝焊或手工电弧焊进行焊接；对于13mm的薄板结构，为提高生产率和减小变形还可以采用电阻点焊、缝焊；铜、铝合金，焊接质量要求高的应采用氩弧焊，但生产数量少时，也可采用气焊；等离子焊用于质量要求高的成批产品的焊接；电子束焊和激光焊目前仅用于电子、航空、航天等产品。表31常用连接方法的特点与应用情况连接方法热影响变形生产率可焊空间位置适用板厚(mm)应用情况气焊大小低全0.53主要用于薄板非重要结构的修补工作手工电弧焊较小较小较低全120一般结构埋弧焊小小高主要平焊位置860梁、柱圆筒形容器，船体甲板拼焊氩弧焊小小较高全0.520合金钢、不锈钢、非铁金属、稀有金属结构 CO2焊粗丝小小较高主要平焊位置530车辆、船舶、桥梁等钢结构焊件厚件细丝小小较高全0.55车辆、船舶、桥梁等钢结构焊件薄件电渣焊大大高立40450重型机械如水压机、水轮发电机、轧钢机等离子焊小小高全112合金钢、不锈钢、非铁金属、稀有金属结构电子束焊极小极小高全560航空、航天、非铁金属、贵重金属激光焊极小极小高全0.140航空、航天、非铁金属、贵重金属点焊小小高全0.53电器、汽车、建筑、轻工产品缝焊小小高平0.54电器、汽车、建筑、轻工产品综合以上特点，由上面表31可知，安全蓬、闸门应选用手工电弧焊焊接。3.3闸门的接头形式及焊缝的布置3.3.1闸门的接头形式 成型件结构常选择最简单的形状，如直线形、圆柱形、半球形、球形等。因为以上构件的施工工艺好，便于采用高生产率的自动焊接方法；且当采用必要的工艺装备的情况下，大都在水平位置进行焊接，能方便自由地接近焊缝正面和跟部，焊缝长度最短，且填充金属量最少。选用上述形状也便于采用轧制型材、冲压的壳板及拉拔的管材制作焊接结构，以便提高性能，降低成本。接头形式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等方面因素综合考虑决定。根据手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸（GB98580）规定，焊接碳钢和低合金钢的接头形式可分为对接接头、角接接头、丁字接头及搭接接头四种.角接接头受力情况都比对接接头复杂些，但接头成直角或一定角度联接时，必须采用这类接头形式。综合考虑本设计中板材的厚度，结构工艺性，可知选用角接接头进行焊接比较合适。对角接接头一定要焊透，或在内外均有角焊缝。以下是采用角接接头焊接的闸门装置图10。图103.3.2焊缝的布置合理的布置焊缝位置是连接成型件工艺设计的关键，它与产品质量、生产率、成本以及工人的劳动条件有着密切的关系。其一般工艺原则如下:（1）焊缝位置应便于操作，手工电弧焊要考虑焊条操作空间，空间太小不便于操作。（2）.焊缝位置布置应有利于减少焊接应力与变形焊缝应避免过分密集与交叉，焊缝过于密集，造成应力集中，焊件变形急剧噌大。尽量减少焊缝数量。焊缝数越多，焊接时热影响区域就越大，变形也就越大。焊缝应尽量对称布置。焊缝分布不对称，构件受残余应力作用不均衡，一段时间后会导致结构弯曲，影响工作性能。焊缝端部产生锐角处应该去掉，因锐角处产生很大残余应力，引起焊接件发生变形，很容易成为裂纹源。把尖角，改为钝角，可有效的避免这种情况的发生。（3）.焊缝应尽量避开最大应力或应力集中处。（4）.不同厚度工件焊接时，接头处应平滑过度，这样做的目的还是为了减少应力集中。（5）焊缝应避开加工表面，因为加工表面有精度要求，如果焊缝接近加工表面，加工表面会因焊接时加热不均匀而发生弯曲变形，影响精度。3.4常见焊接缺陷的成因探讨及对策3.4.1焊接缺陷的表现形式在焊接过程中，一处合格的焊接接头应当是无缺陷的，但是在实际焊接生产过程中会产生各种各样的缺陷，常见的有夹渣、气孔、咬边、未焊透、裂纹等。介绍缺陷产生的原因及避免这些缺陷的措施。（1）夹渣造成夹渣的主要原因是焊件表面焊接前清理不良（如油、锈等）、焊层间清理不彻底（如残留熔渣）、焊接电流太小使熔化金属凝固太快及焊速太快（使熔渣没有充足的时间上浮）、操作不当、焊条药皮受潮以及焊接材料选择不合适等。（2）气孔产生气孔的原因：保护气体流量不足；通风气流使保护气体保护效果变差；飞溅物堆积在喷嘴上时，引起保护气体堵塞；污染或潮湿的保护气体；焊接电流过大；焊接电压过高；电极伸长过长；过快的焊接速度使得焊接熔池在气体能够逸出之前便冷凝；母材、焊丝或填充金属棒表面存在铁锈、润滑脂、油、湿气或污垢；母材中含有杂质如硫磺及含磷物；焊条药皮太湿；除使用低氢或不锈钢焊条外，手弧焊弧长太短。（3）咬边当焊接金属没能填满母材焊趾或焊根的熔化凹槽时，就会产生咬边，这是角焊缝突出的一个问题，咬边会削弱焊趾处的接头强度，并且是启裂点。产生的主要原因如下：过大的焊接电流；弧电压太高；焊接速度过快以致没能加上足够的填充金属；送丝不稳定；过大的横摆速度；不恰当的焊条角度，尤其在垂直和水平焊接处。（4）未焊透未焊透是指焊接时接头根部未完全焊透的现象。可能产生在单面或双面的根部、坡口表面、多层焊焊道之间或重新引弧处。它相当于一条裂纹，当构件受到外力作用的时候可能扩展成更大的裂纹，甚至导致构件的断裂，使构件破坏。产生未焊透的原因是：焊接电流小、焊接速度大、坡口角度和间隙小、操作不当、焊接接头表面有油污、漆、铁锈等。（5）裂纹在焊缝和热影响区都会出现裂纹，可分为宏观裂纹和显微裂纹。宏观裂纹可用肉眼或低倍显微镜看到，而显微裂纹由于不容易发现，当受到外力作用时会逐渐扩展，当扩展到一定程度就会使构件突然断裂，所以危害更大。产生的原因是焊接过程中产生了更大的内应力，同时焊缝中含有低熔点杂质，如FeS、FeP，当外界应力较大时就会从结合力较弱这些低熔点的杂质处裂开，形成热裂纹；或者由于过热区和熔合区的塑性和韧性很低、焊缝金属中含有较多的氢，当结合应力较大时，容易产生冷裂纹。3.4.2减少和防止焊接缺陷的措施1. 焊前准备（1）根据母材的力学性能和化学成分选择合适的焊条。焊接低碳钢和低合金高强度钢时，一般根据母材的抗拉强度按“等强匹配”原则选用相同等级的焊条；焊接耐热钢和不锈钢时，通常考虑母材的化学成分按“等成分匹配”原则选择相同成分的焊条；若母材中碳、硫、磷含量较高时，应选用碱性焊条。（2）结构复杂、厚度大、受力复杂（承受交变载荷、冲击载荷）的焊件应选用碱性焊条。（3）铸钢的含碳量一般较大、形状复杂，很容易产生焊接裂纹。一般应选用碱性焊条，采取适当的工艺措施（如预热）进行焊接。（4）焊接前应将接头表面的油污、漆、铁锈、水去除。2. 防止常见焊接缺陷的措施（1）防止夹渣的主要措施有：焊接电流不可过小；电弧不要拉太长；多层焊或多道焊时每焊完一层要彻底清除渣壳后再焊第2 层；选用熔渣流动性好的焊条也可减少夹渣；焊接接头表面要清洁。（2）防止气孔的主要措施有：焊接前一定要彻底清除坡口两侧的油污、水分、锈及防腐层；施焊时，必须严格控制焊接电流和熔池温度；根据焊接母材的材质，选择合理的焊接材料。并按规定和要求，焊前进行烘干处理，随用随取；正确选择焊接的工艺参数。在焊接条件允许的情况下，尽可能选用较大的热输入进行焊接，这样可以使熔池温度缓慢冷却，溶解在熔池中的气体有一定的时间排出，但焊接电流也不宜过大。反之焊条熔化速度过快而发红，药皮提前分解或脱落而降低了保护效果。（3）防止咬边的主要措施有：施焊时，要正确地选择焊接电流，尽量压低电弧进行焊接；在立向上焊接时，焊条要在坡口两侧边缘做稳弧动作，填满被烧熔的母材边缘后，再采用半圆运条或横向摆动向上运条的方法进行施焊；在横焊多层多道焊时，除每条焊道压住前一条焊道的1 / 2 外，最后的一条焊道要加快焊接速度，比其它焊道要快，同时尽量减少焊条的摆动，防止咬边。（4）防止未焊透措施主要有：焊接电流和焊接速度要适当；保证基本