门座式起重机箱形大拉杆焊接变形与控制分析.doc

门座式起重机箱形大拉杆焊接变形与控制分析及其在生产中的应用李兆乾 李重武汉船用机械有限责任公司 武汉 430084摘要 通过对门座式起重机箱形大拉杆焊接变形的分析，采用了合理的组装顺序和焊接工艺，有效的控制了箱形大拉杆的焊接变形。关键词 箱形大拉杆 焊接变形 工艺措施 控制方法中图分类号：U653.921文献标志码：13Analysis and Control of Welding Deformation for the Big Box Tention Bar of Portal Crane LI Zhao-qian Li ZhongWuhan Marine Machinery Co.，LTD. 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 门座式起重机（简称门机）是我国重工业运输环节中必不可少的工艺装备。作为减轻装卸工人劳动强度，改善工人操作条件，提高装卸作业生产能力的大型起重和装卸运输设备，门机被广泛应用于露天料场、车站、建筑工地、水电站、船厂和港口等场所。MQ3042门机是本单位自主为XXX军工厂设计的门座式起重机。该门机中大拉杆的结构形式为箱形梁结构。由于箱形大拉杆总长大，截面积小，在制作过程中，焊接后往往出现不同程度的旁弯和扭曲变形。如何正确的选择制作工艺来控制箱形大拉杆的焊接变形一直是制作上的一大难题。在MQ3042实际制作过程中，对箱形大拉杆的备料精确度、组装工艺和焊接工艺进行了严格控制，最后大大减小了箱形大拉杆的焊接变形，对后续工序提供了有力保障，给整台门机制作提供了优质的制作工艺，得到了用户和相关领导肯定和好评。下面对门机箱形大拉杆的焊接变形及其控制分析作一些介绍。1 影响箱形大拉杆焊接变形的主要因素箱形大拉杆的总长为29.708m，截面为0.5 m0.9m，见图1所示。1.1焊接收缩变形箱形大拉杆焊接收缩变形有两种情况：平行箱形大拉杆纵向轴线方向的收缩，即纵向收缩；垂直于箱形大拉杆纵向轴线方向的收缩，即横向收缩。1) 纵向收缩变形纵向收缩变形可通过下式进行估算1： （1）式中：单层焊的纵向收缩量焊缝截面积构件截面积构件长度；系数，其值与焊接方法和材料有关，见表1。多层焊的纵向收缩：将上式中的按一层焊缝金属的截面积计算，并将计算得的纵向收缩量再乘以系数1即可。 式中：与材料的屈服强度相应的应变，；层数；材料的屈服强度；E材料的弹性模量。MQ3042门座式起重机中箱形大拉杆构件的焊缝以“T”型接头为主。箱形大拉杆纵向焊接收缩变形量，由上述收缩量公式计算得的收缩量再乘以系数1.151.40。纵向收缩量试验数值（每米收缩量）见表2。表1 值与焊接方法和材料的关系焊接方法气体保护焊埋弧焊手工电弧焊材料低碳钢（Q235-A/B或Q345-A/B）0.0430.0710.0760.0480.057表2 纵向收缩量（mm）（618）接头截面型式焊接方法纵向收缩接头截面型式焊接方法纵向收缩CO2气体保护焊2.1CO2气体保护焊3.24.2CO2气体保护焊2.5CO2气体保护焊1.6双面间断焊CO2气体保护焊2.9注：母材材质均为：Q345-A（与MQ3042所用的板材材质一样）表3 横向收缩量（mm）（618）接头截面型式焊接方法横向收缩接头截面型式焊接方法横向收缩CO2气体保护焊0.5CO2气体保护焊0.1CO2气体保护焊0.4CO2气体保护焊0.3双面间断焊CO2气体保护焊0.3注：母材材质均为：Q345-A（与MQ3042所用的板材材质一样）2) 横向收缩变形试验证明：横向收缩变形比纵向收缩变形小得多。箱形大拉杆横向焊接收缩变形量，试验数值（每米收缩量）见表3。1.2焊接方向对弯曲变形的影响在箱形大拉杆的上翼板或腹板上焊接横向焊缝时，会产生沿焊缝方向的弯曲变形。当从板的一边开始焊接焊缝，热影响区先从这边开始冷却收缩，而板的另一边由前边焊缝集结力的作用已变成受拉区。即该板件在受拉应力状态下焊接。受拉区施焊时的焊接变形较小，在图2中所示体现为1。焊接变形可分解成两个部分：一部分是沿截面上的均匀收缩，使板材缩短；另一部分形成弯曲变形和，使板材向焊接方向弯曲。1.3 原始残余应力对焊接变形的影响焊接变形形成过程是，焊接时金属的热膨胀受阻而形成压应力，当压应力超过弹性范围时进入高温塑性状态，冷却时金属收缩产生变形。可见，焊接变形与工件在施焊时的原始应力状态有关。举例来说，对于两根同时制作的箱形大拉杆，在两根大拉杆中间垫以垫块，两端用螺栓拉紧器对大拉杆加压形成弯矩，如图3（a）所示，则箱形大拉杆上部产生弯曲拉应力，下部产生弯曲压应力。在大拉杆受拉区焊接， 螺旋拉紧器的外力削弱了热膨胀的受阻程度，塑性区压缩变形减小，冷却后残余变形自然也小。相反，在受压焊接，所加外力加强了金属热膨胀受阻程度，焊接塑性区压缩变形加大，冷却后残余变形也大，如图3（b）所示。即热膨胀阶段，在受拉区应力互相抵消一部分，减小了达到屈服极限的区域，焊接变形减小，相反受压区应力加大，增加了达到屈服极限的区域，焊接变形增大。2 箱形大拉杆焊接变形的控制方法通过对箱形大拉杆影响焊接变形因素的分析可知：焊接收缩变形量的差异、施焊时的焊接方向与焊接工艺指定方向不一致及原始残余应力的作用，将导致箱形大拉杆焊接后产生旁弯和扭曲变形。为了尽可能的减小箱形大拉杆的焊接变形，下面主要在装配顺序和焊接工艺方面采取一系列措施来控制。2.1在下料前，要求对板材进行喷丸除锈及钢板矫正处理，达到消除板材波浪变形和减少其内应力。2.2 备料1) 尺寸精度为了提高金属结构件的精度，放样划线前须对变形钢板、型材进行矫正，合格后方可进行划线作业。隔板尺寸精确度是保证箱形大拉杆组装质量的关键，隔板的垂直度直接影响箱形大拉杆组装的旁弯和扭曲度，所以在组装前需对隔板的垂直度等制作公差予以复核，使之达到设计要求。2) 腹板和翼板下料时预制反变形为了使箱形大拉杆预制成反焊接弯曲变形，在下料时要给出腹板和翼板预制的反变形量，反变形量数值要与变形经验值（焊接变形总量与L/3000的和，L-工件长度）相符，见图4所示。2.3 组装1) 筋板与上翼板、腹板结合的角度精度，直接影响腹板和翼板组装的倾斜度。如果筋板控制不严，会形成筋板里出外进的现象，见图5（a）所示。装配点焊腹板形成的形梁随筋板而变形，因此要求筋板与上翼板结合角度，及与腹板结合的两边90角度公差，在制造过程中要严加控制。采用剪切方法控制见图5（b）所示其中H/1000，最好采用机加工或数控切割法保证。如果采用剪切方法存在角度误差，则应在筋板与上翼板组装时，对出现的倾斜可调整筋板与上翼板的间隙。然后将间隙利用铁丝等垫好或垂打筋板边缘局部突起来改变角度，使其达到组装筋板的两边与上翼板垂直后，方可点焊定位。2) 组装步骤（见图6所示）a、在上翼板上弹出腹板与其接合线的腊线，并弹出隔板与翼板的接合线。b、将隔板与翼板组装好。c、再将腹板与翼板组装好。d、检查隔板的装配质量。e、焊接隔板与腹板及翼板的连接焊缝。f、覆盖下翼板，组装形成3。2.4 焊接1) 焊接要点(焊接顺序和方向见图7所示)a、采用对称法对两条主角焊缝同时焊接，焊枪倾斜翼板侧，即与翼板成30左右，焊接第一道；再焊枪倾向腹板侧，即与腹板成30左右，焊接第二道，依次类推，达到要求焊高为止。b、先焊对接焊缝内侧，再焊筋板，最后焊对接焊缝外侧，焊接时，尽量置焊道于平焊位置。c、对接焊缝焊接顺序应由中间向两端作分段倒退焊进行焊接。d、筋板与腹板及上、下翼板的焊缝，先焊横向焊缝，后焊纵向焊缝。焊接顺序应由中间向两端作分段倒退焊进行焊接2-3。2) 焊接规范如下（表4）：表4 箱形大拉杆的焊接规范焊接方法层数焊丝直径（mm）气体流量（L/min）电流（A）电压（V）焊接速度（m/h）CO气体保护焊12层.202518021024261825其他层.20252502703033埋弧自动焊接第一层f455065030354560其余f570085036403 实施效果以往的箱形梁制作过程中经常出现旁弯和扭曲变形。在MQ3042门座式起重机箱形大拉杆在制作过程中，为了有效地控制箱形大拉杆的焊接变形，在选定的焊接方法之下，通过焊接设备和工人的调整等措施达到了外界影响因素的基本恒定，从工艺的手段严格规范了材料的下料规格，工件的组装工艺，焊接规范和焊缝质量。通过采取了有效可行的控制方法后，箱形大拉杆的焊接变形得到了有效控制，得到了业主及相关单位的一致好评。本机中的臂架和象鼻梁的结构形式均为箱形桁架结构。在制作过程中通过在焊接工艺方面采上述措施来控制箱形梁的焊接变形，取得了良好效果，给后续机加工工序加工质量提供了有力保障。2006年六月，本公司为广西钦州港二期工程项目设计的25吨门座式起重机中箱形大拉杆和箱形桁架结构象鼻梁，工艺方面按照上述进行规范，最后有效地控制了箱形梁的焊接变形。4结论综合上述：箱形大拉杆具有长度大、截面积小的特点，焊后形成的焊接变形难以校正。因此，从工艺设计角度出发严格规范装焊工艺，采用合理的组装顺序和焊接工艺，可以有效的控制箱形大拉杆焊接变形。参考文献1付荣柏.起重机钢结构制造工艺.北京：中国铁道出版社，1991:43-100. 2 谢智华.钢桥主桁箱形梁焊接工艺及对其变形的控制.焊接，1999(9):25-27.3 俞玮姝，张强松.