门式起重机的制作工艺

门式起重机的制作工艺绪论随着我国国民经济的高速发展，起重机制造业也空前发展，20世纪70年代之前我国仅有几家国营企业生产起重机。现在生产起重机的厂家中，除国营企业外，还有民营企业。过去我国不能制造大型的冶金起重机和港口起重机，如岸边集装箱起重机等。如今我国已能独立自主生产制造。

然而我国生产起重机的质量还存在许多问题，如某些厂家生产的，起重机在用户安装使用后，短时期就出现钢结构局部焊缝裂纹、结构件断裂等严重问题；常见的有桥架变形、主梁下挠或上拱度不足、小车啃道等问题。这些问题主要是产品设计或焊接制造等技术问题。因此应提高专业技术人员理论水平和技术工人的理论知识是非常必要的。

起重机钢结构同其他钢结构一样，都是由钢板、型钢经气割、组装、焊接等工序而完成的。大型的起重机钢结构长达百米，其主梁腹板、盖板对接焊缝都长几米或几十米，焊缝要求焊透，射线或超声波检查焊接质量。而且还有长达几米至上百米的角焊缝，并有平焊、立焊、横焊、仰焊等焊缝。结构件的焊接残余变形，如挠曲变形、扭曲变形、板件的波浪变形等，比一般焊接结构件控制变形的难度更大些。因此能掌握大型起重机钢结构的制造焊接技术，也就能掌握其他焊接结构件的制造焊接技术。门式起重机是一种使用广泛的工程类起重设备，该类设备具有结构简单、可靠、拥有量大的特点:随着使用频率、起重量的增大，对其安全性能、经济性能、效率及耐久性等问题，也越来越引起人们的重视，由于在工程门式起重机设计中采取常规设计方法时，许多构件存在不合理性，影响了设备的质量和性能，同时也增加不必要的对使用环境（如基础等）的投资进而影响整个设备性能。近年来工程起重机的发展趋势主要体现在以下几个方面：（1）广泛采用液压技术，液压传动具有体积小、重量轻、机构紧凑、能无级调速、操纵简便、运转平稳和工作安全的优点。（2）通用型起重机以中小型为主，专用起重机向大型大功率发展为了提高建设工程的装卸和安装作业的机械化程度，工程起重机的发展，仍然是以轻便灵活的中小型起重机为主。（3）重视“三化”，逐步过渡采用国际标准三化是指：标准化、系列化、通用化（4）发展一机多用产品为了充分发挥工程起重机的作用，扩大其使用范围，有的国家在设计起重机是重视了产品的多用性。（5）采用新技术、新材料、新结构、新工艺为了减轻起重机的自重，提高起重机的性能，保证起重机可靠地工作，现在都多采用新技术、新材料、新结构和新工艺。门式起重机的形式种类按其主梁形式、取物装置及小车配置等特征，划分如表1序

号

主梁型式

名

称

小车种类代

号1双

梁

吊钩门式起重机

单小车MG2双

梁

吊钩门式起重机

双小车

ME3双

梁

抓斗门式起重机

单小车

MZ4双

梁

电磁门式起重机

单小车MC5双

梁

抓斗吊钩门式起重机

单小车MN

6双

梁

抓斗电磁门式起重机单小车MP7双

梁

三用门式起重机单小车MS8单

梁吊钩门式起重机

单小车

MDG9单

梁吊钩门式起重机

双小车

MDE10单

梁抓斗门式起重机

单小车

MDZ11单

梁

电磁门式起重机

单小车MDC12单

梁

抓斗吊钩门式起重机单小车MDN13单

梁

抓斗电磁门式起重机单小车MDP14单

梁三用门式起重机单小车MDS

注：序号5、6、12、13的名称，亦可称二用门式起重机目录第一章概述…………4

第一节起重机钢结构的种类和特点……………………4第二节起重机钢结构技术要求…………5第三节起重机钢结构焊接质量…………6第四节钢材除锈与预处理………………7第二章起重机钢结构焊接工艺的选择……………8

第一节钢材及焊接材料…………………8第二节焊接施工的技术要求……………8第三节焊条电弧焊………………………9第四节CO2气体保护焊………………10第五节埋弧焊…………12第三章工艺装备……………………14

第一节主梁吊具………………………14第二节其他工艺装备…………………15第四章起重机钢轨的焊接…………15

第一节钢轨的材质和表面硬度要求选择焊材…………15第二节钢轨对接焊工艺……………16第三节工作原理及运用效果…………16第五章钢结构件残余应力…………17

第一节焊接残余应力产生及分布………17第二节焊接残余应力对焊接结构的影响………………17第三节减小焊接残余应力的方法……………………19第六章焊接结构的变形规律………20第一节焊接变形种类…………………20第二节焊接变形的影响因素及其控制…………………20第三节焊接扭曲变形和波浪变形………22第四节焊接梁、腹板的上供变形………22第五节自重引起的主梁下挠…………24第七章梁的变形控制………………25第一节主梁腹板下料估算……………25第二节工字梁的焊接控制……………25第三节箱形梁焊接变形控制…………25第八章梁的制造工艺………………26第一节板材的切割和拼接……………26第二节箱形主梁组装与焊接…………26

第三梁的接头处理……………………28第四节偏轨箱形主梁工艺要点………31第五节梯形主梁工艺要点……………32第六节端梁工艺要点…………………35第九章总体制造工艺要求…………35第一节各构件的制造工艺质量要求……………………35第二节刚结构变形的火焰矫正…………39第十章检测…………40总结致谢参考文献

第一章概述门式类型起重机就依靠起重机运行机构和小车运行机构的组合使所搬运的物品在长方形平面内运动。驱动起重机运动的是起升机构、运行机构、回转机构和变幅机构。为了实现这些运动、安放这些机构并承受载荷，起重机必须有足够的强度和刚度的金属结构，有驱动机构运动并实现运动控制的动力控制系统；以及，为保证起重机安全并可靠运转的安全和信号指示装置对工程起重机，特别是大功率的工程起重机的需要量日以增加。随着现代科学技术的发展，各种新技术、新材料、新结构、新工艺在工程起重机上得到广泛的应用。所有这些因素都有里地促进了工程起重机的发展。根据国内外现有工程起重机产品和技术资料的分析，第一节起重机钢结构的种类和特点1.）双梁门式起重机由主梁和支腿、下横梁组成的门架、梯子平台、行走机构、起重小车、司机室、电缆卷车、防风系统、机电设备等组成，设备主体钢结构现场安装拟采用汽车起重机吊装，具体的安装及相关参数如下：

大车运行机构：重量：15000kg支腿：重量：14000kg主梁（双个）主梁总重量：15500kg起重机总重：134800kg2.）单主梁门式起重机由主梁和支腿、下横梁组成的门架、梯子平台、行走机构、起重小车、司机室、电缆卷车、防风系统、机电设备等组成，设备主体钢结构现场安装拟采用汽车起重机吊装，具体的安装及相关参数如下：大车运行机构：重量：6000kg支腿：重量：6000kg主梁重量：26000kg起重机总重：63000kg第二节起重机钢结构技术要求

1.1主梁。主梁采用梯形双梁结构,总长为194924m,宽度为11960mm,单榀主梁上翼缘板宽为4660mm,下翼缘板宽为3000mm,梁高12m,总重2680t。为了利于减轻自重,翼缘板及腹板在长度和高度方向上采用不同厚度的钢板。主梁由多段标准段组成。结构如下图所示：

1.2刚性腿。刚性腿采用柱形整体式箱形结构,最大截面为9956×9811mm,总重为512t。为减轻自重,板厚在高度方向按等强度的原则采用不同厚度的钢板设计。

1.3柔性腿。柔性腿采用人字形圆管结构,由上接头、两根钢管和箱形下横梁组成,两根圆管与下横梁及上接头采用法兰联接。

第三节起重机钢结构焊接质量（一）基本要求1.Ⅰ、Ⅱ级焊缝必须经探伤检验，并应符合设计要求和施工及验收规范的规定.2.焊缝表面Ⅰ、Ⅱ级焊缝不得有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷。Ⅱ级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑、裂纹、电弧擦伤等缺陷，且Ⅰ级焊缝不得有咬边、未焊满等缺陷。（二）基本项目1.焊缝外观：焊缝外形均匀，焊道与焊道、焊道与基本金属之间过渡平滑，焊渣和飞溅物清除干净。2.表面气孔：Ⅰ、Ⅱ级焊缝不允许；Ⅲ级焊缝每50mm长度焊缝内允许直径≤0.4t；且≤3mm气孔2个；气孔间距≤6倍孔径。3.咬边：Ⅰ级焊缝不允许。Ⅱ级焊缝：咬边深度≤0.05t，且≤0.5mm，连续长度≤100mm，且两侧咬边总长≤10%焊缝长度。Ⅲ级焊缝：咬边深度≤0.lt，且≤lmm。注：t为连接处较薄的板厚。（三）成品保护1焊后不准撞砸接头，不准往刚焊完的钢材上浇水。低温下应采取缓冷措施。2不准随意在焊缝外母材上引弧。3各种构件校正好之后方可施焊，并不得随意移动垫铁和卡具，以防造成构件尺寸偏差。隐蔽部位的焊缝必须办理完隐蔽验收手续后，方可进行下道隐蔽工序。4低温焊接不准立即清渣，应等焊缝降温后进行。（四）应注意的质量问题1．尺寸超出允许偏差：对焊缝长宽、宽度、厚度不足，中心线偏移，弯折等偏差，应严格控制焊接部位的相对位置尺寸，合格后方准焊接，焊接时精心操作。2．焊缝裂纹：为防止裂纹产生，应选择适合的焊接工艺参数和施焊程序，避免用大电流，不要突然熄火，焊缝接头应搭10～15mm，焊接中木允许搬动、敲击焊件。3．表面气孔：焊条按规定的温度和时间进行烘焙，焊接区域必须清理干净，焊接过程中选择适当的焊接电流，降低焊接速度，使熔池中的气体完全逸出。4．焊缝夹渣：多层施焊应层层将焊渣清除干净，操作中应运条正确，弧长适当。注意熔渣的流动方向，采用碱性焊条时，上须使熔渣留在熔渣后面。第四节钢材除锈与预处理钢材的除锈方法主要有以下几种：1、抛丸除锈：利用机械设备的高速运转把一定粒度的钢丸靠抛头的离心力抛出，被抛出的钢丸与构件猛烈碰撞打击从而达到祛除钢材表面锈蚀的目的的一种方法。它使用的钢丸品种有：铸铁丸和钢丝切丸两种，铸铁丸是利用熔化的铁水在喷射并急速冷却的情况下形成的粒度在2～3mm铁丸，表面很圆整。它成本相对便宜但耐用性稍差。在抛丸过程中经反复的撞击铁丸被粉碎而当作粉尘排除。钢丝切丸是用废旧钢丝绳的钢丝切成2mm的小段而成，它的表面带有尖角，除锈效果相对高且不易破碎使用寿命延长，但价格有所提高。后者的抛丸表面更粗糙一些。2、喷丸除锈：利用高压空气带出钢丸喷射到构件表面达到的一种除锈方法。3、喷砂除锈：利用高压空气带出石英砂喷射到构件表面达到的一种除锈方法。石英砂的来源有：河砂、海砂及人造砂等。砂的成本低且来源广泛，但对环境污染大；除锈完全靠人工操作，除锈后的构件表面粗糙度小，不易达到摩擦系数的要求。海砂在使用前应祛除其盐份。以上两种除锈方法对环境湿度要求小于85%。4、酸洗除锈：酸洗除锈亦称化学除锈，其原理是利用酸洗液中的酸与金属氧化物进行化学反应，使金属氧化物溶解，而除去钢材表面的锈蚀和污物。但酸洗不能够达到抛丸或喷丸的表面粗糙度效果。且在酸洗除锈后一定要大量清水清洗并钝化处理；它所形成的大量废水、废酸、酸雾造成环境污染。如果处理不当还会造成金属表面过蚀，形成麻点。目前很少采用。5、手工和动力除锈：工具简单施工方便。但劳动强度大，除锈质量差。该法只有在其他方法都不具备的条件下才能局部采用。比如个别构件的修整或安装工地的局部除锈处理等。其常用工具有：砂轮机、铲刀、钢丝刷、砂布等。供加工使用的钢材，由于轧制后冷却收缩不均匀和运输堆放中的各种影响，会发生形变和锈蚀。为保证号料和加工质量，加工厂在号料前应对钢料进行矫正、矫平和清锈，并涂上防锈涂料。钢材的矫正及预处理：矫正方法的选用，除与工件的形状、材料的性能和工件的变形程度有关外，还与生产设备有关。选择刚才矫正方法时应注意以下问题：对钢性较大的钢结构产生的弯曲变形不宜采用冷矫正，应在与焊接部位对称的位置采用火焰矫正方法进行矫正。火焰矫正时，要严格控制加热温度，避免因钢材组织变化而产生较大的热应力。尽量避免灾结构危险截面的受拉区进行火焰矫正。采用机械方法或化学方法对钢材的表面进行清理的过程称为预处理门式起重机主架的制作主要是以钢板为主，钢板和型钢在轧制过程中，可能产生残余应力而变形，或者摘下料过程中钢板经过剪切、气割等工序加工后因钢材受外力加热等因素的影响，会使表面产生不平、弯曲、扭曲、波浪等变形缺陷，另外，钢材因存放不当和其他因素的影响，也会使钢材表面产生铁锈、氧化皮等。这些都将影响龙门吊主架的零部件制造和整体质量。钢材的预处理是把钢板在焊装之前进行清理、烘干等的处理工艺。而矫正是使钢材在加工之前保持一种良好的平直状态，以利于零件的加工。钢材的表面清理与防护所谓表面清理与防护，系指清除钢材表面的氧化皮和铁锈然后再除锈ide钢材表面涂刷防锈底漆的工艺过程。昂才子啊钢厂热轧时，会跟空气中的氧气直接起氧化反应，在表面形成一层完整的、致密的氧化镁。在以后的运输贮存中，钢材表面会吸附空气中的水分，由于钢中含有一定比例的碳和其它元素，因而在钢材的表面会形成无数的微电池而发生电化锈蚀，使钢材表面产生锈斑第二章起重机钢结构焊接工艺的选择第一节钢材及焊接材料钢材及焊接材料，应按施工图的要求选用，其性能和质量必须符合国家标准和行业标准的规定，并应具有质量证明书或检验报告。如采用其它钢材和焊接材料代换时，必须经设计单位同意，同时应有可靠的试验资料以及相应的工艺文件方可施焊。焊接材料是指焊接时所消耗材料的通称，例如焊条、焊丝、金属粉末、焊剂、气体等。焊接行业发展迅速，主要分为氩焊、CO2焊接、氧切割、电焊。常用钢材焊接焊条选配如下表2-1：钢材技术条件焊条金属要求备注钢号抗拉强度ft（MPa）屈服强度ft(MPa)焊条型号抗拉强度f(MPa)屈服强度f(MPa)延伸率δ5(％)不小于Q235370～460≥235E4301E4303E4315E431642033018重要构件Q295370～46041041O≥235≥295≥295E4303E4315E431642033018E4315E431642033022重要结构用Q345470～51O470470～490≥345≥345≥345E5010E5011E500349039022E5015E501649039022重要结构用Q390530530≥300≥300E5503E5510E5513E5515E551654044016注：钢材抗拉、屈服强度，由kgf／mm2换算成MPa的关系为1kgf／mm2=9.8MPa。第二节焊接施工的技术要求

1.钢结构制作和安装的切割、焊接设备，其使用性能应满足选定工艺的要求。2.火焰切割前应将钢材表面距切割边缘５０ｍｍ范围内的锈斑、油污等清除干净。切割宜采用精密切割，氧气纯度应达到９９.５％～９９.８％，丙烷达到国家标准纯度。3.焊接坡口可用火焰切割或机械加工，但加工后的坡口型式与尺寸，应符合本规程相关要求。火焰切割时，切口上不得产生裂纹，并不宜有大于１.０ｍｍ的缺棱，切割后应清除边缘上的氧化物、熔瘤和飞溅物等。机械加工时，加工表面不应出现台阶。4.切口或坡口边缘上的缺棱，当其为１～３ｍｍ时，可用机械加工或修磨平整，坡口不超过１/１０；当缺棱或沟槽超过３.０ｍｍ时则应用φ３.２以下的低氢型焊条补焊，并修磨平整。5．焊条、焊丝、焊剂和粉芯焊丝均应储存在干燥、通风良好的地方，并设专人保管。焊条、焊剂和粉芯焊丝在使用前，必须按产品说明书及有关工艺文件规定的技术要求进行烘干。6．施焊前，焊工应检查焊件部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修整合格后方能施焊。7.雨雪天气时，禁止露天焊接。构件焊区表面潮湿或有冰雪时，必须清除干净方可施焊。在四级以上风力焊接时，应采取防风措施。8.常用普通低合金结构钢施焊最低温度9.不应在焊缝以外的母材上打火引弧。10.定位点焊，必须由持焊工合格证的工人施焊。点焊用的焊接材料，应与正式施焊用的材料相同。11.Ｔ型接头角焊缝和对接接头的平焊缝，其两端必须配置引弧板和引出板，其材质和坡口型式应与被焊工件相同。手工焊引弧板和引出极长度，应大于或等于６０ｍｍ，宽度应大于或等于５０ｍｍ；焊缝引出长度应大于或等于２５ｍｍ。自动焊引弧板和引出板长度，应大于或等于１５０ｍｍ，宽度应大于或等于８０ｍｍ；焊缝引出长度应大于或等于８０ｍｍ。焊接完毕后，必须用火焰切除被焊工件上的引弧、引出板和其它卡具，并沿受力方向修磨平整，严禁用锤击落。12.对非密闭的隐蔽部位，应按施工图的要求进行涂层处理后，方可进行组装；对刨平顶紧的部位，必须经质量部门检查合格后才能施焊。13.坡口底层焊道宜采用不大于φ３.２ｍｍ的焊条，底层根部焊道的最小尺寸应适宜，以防产生裂纹。要求焊透的对接双面焊缝和Ｔ型接头角焊缝的背面，可用清除焊根的方法施焊。第三节焊条电弧焊1．.焊接的基本原理电弧焊是利用在两极之间的气体介质中产生持久而强烈的放电现象，产生高温使焊件熔接在一起，其主要特点是，电弧是熔化金属的热源，而电弧的能量来自电源。手工电弧焊(简称手弧焊)，是利用手工操纵焊条进行电弧焊的方法.操作中焊条和焊件分别作为两个电极，利用焊条和焊件之间产生的电弧热量来熔化焊件金属，冷却后形成焊缝.焊接电弧的引燃。手工电弧焊开始，焊机开动，虽有空载电压作用在焊条和焊件(或称两极)上，但这时电极之间的气体仍保持为原子状态,还没有产生电弧，面电弧只有经过引燃过程后才能产生。当气体原子或分子获得足够能量时，便可释放电子，形成正离子和负离子。这些正\负离子及电子组成的带电质子，在气体中达到一定浓度以后,就使气体变成导电体。引燃电弧的重要条件之一就是使电极之间的气体导电。引燃电弧时，焊条未端碰触被焊件，焊接回路短路，强大的短路电流流过短路处，将产生很多的热量，焊条末端与焊件的接触处迅速熔化甚至蒸发。在提起焊条瞬间，短路电流通过金属的细颈,这时电流密度迅速增大，它的温度突然升高.当焊条与焊件迅速分开以后，在两极间的气体间隙中，充满了容易导电的金属蒸气.在焊条与焊件分开的同时，很高的电压作用在两电极之间，使阴极向外发射电子，因为气体里有金属蒸气和药皮蒸气，气体开始导电，电弧便引燃了。电弧引燃以后，气体的带电质点迅速增加，它的浓度达到平衡.阴极的连续电子发射，气体的不断电离，就能使电弧持久而稳定地燃烧.。2．焊接电弧的构成焊接电弧由阴极区\阳极区和弧柱区三部分组成.电弧紧靠阴极表面的区域称为阴极区，紧靠阳极表面的区域称为阳极区，由于正离子的质量要比电子质量大得多，因此在同一电场的作用下,电子离开阴极而跑向阳极的速度要比正离子离开阳极而跑向阴极的速度大得多。这样，在阴极区便剩有较多的正离子，造成阴极区电压降，同理，在阳极区便有较多的电子造成阳极区电压降，阴极区的电场强度较大，电弧里的正离子轰击阴极表面，把它们的电场能量转变为热能，在阴极表面形成白亮的辉点，叫做阴极辉点。阴极辉点的最高温度可以达到阴极材料的沸点，同样原因，负离子和电子轰击阳极表面，形成阳极辉点。用直流电源焊接,被焊工件可以接到焊机输出端的正极或负极，前者称为焊接的正极性或正接，后者称为焊接的反极性或反接，正接的阳极辉点都落在被焊工件上，反接的阴极辉点都落在被焊工件上，熔深主要是在辉点处加热形成的，如果阴极和阳极是同样的材料，由于阳极辉点的温度高于阴极辉点的温度,所以正接比反接产生的熔深大.。位于阴极区和阳极区中间部分的电弧叫弧柱.弧柱长度随两个电极之间的距离而变化,但因为阴极区和阳极区厚度很小，通常便用弧柱的长度来代表电弧的长度.。弧柱的温度由于不受电极材料沸点的限制，因此弧柱温度通常高于阴极辉点和阳极辉点的温度，可达达5000--8000℃。一般情况下，焊接电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高.。焊接电弧的能量是由焊接电源(弧焊发电机或弧焊变压器)供给的，这些能量消耗于阴极发射电子，气体分子吸热以后分解为原子，原子电离并激励带电质子的运动，这些消耗的能量又通过电弧各个区域的带电质点碰撞相应电极\异性带电质点的复合\吸热化学反应\受激励的原子回复到稳定的状态等途径，以热能和辐射能等形式释放出来.实质上，电弧燃烧是能量转换的过程,焊接电弧所产生的能量能用于焊接.。焊条与电流匹配参数表2-2焊条直径(mm)1.62.05.05.8电流(A)25～4040～6050～80100～130160～210200～270260～300注：立、仰、横焊电流应比平焊小１０％左右。第四节CO2气体保护焊以CO2作保护气体，依靠焊丝与焊件之间的电弧来熔化金属的气体保护焊的方法称CO2焊。这种焊接法采用焊丝自动送丝，敷化金属量大、生产效率高、质量稳定。由于二氧化碳气体的0热物理性能的特殊影响，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断、因此，与MIG焊自由过渡相比，飞溅较多。但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。由于所用保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的刘质量焊接接头。因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。一．特点及运用a.生产效率高：由于CO2焊的电流密度大，电弧热量利用率较高，焊后不需清渣，因此比手工电弧焊生产率高；b.成本低：CO2气体价格便宜，且电能消耗少，降低了成本；c.焊接变形小：CO2焊电弧热量集中，焊件受热面积小，故变形小；d.焊接质量好：CO2焊的焊缝含氢量少，抗裂性好，焊缝机械性能好；e.操作简便：焊接时可观察到电弧和熔池情况，不易焊偏，适宜全位置焊接，易掌握；f.适应能力强：CO2焊常用于碳钢及低合金钢，可进行全位置焊接。除用于焊接结构外，还用于修理和磨损零件的堆焊，我公司主要用于阀体和阀座的连接焊，铸件补焊。缺点是：如采用大电流焊接时，焊缝表面成形不如埋弧焊，飞溅较多；不能焊接易氧化的有色金属。也不宜在野外或有风的地方施焊。二、CO2气体保护焊工艺参数为了保证CO2气体保护焊能获得优良的焊接质量，除了要有合适的焊接设备和焊接材料外，还应选择合理的焊接工艺参数，包括：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊丝伸出长度、焊接速度、气体流量、电源极性及回路电感等八种工艺参数。1.焊丝直径：焊丝直径根据焊件厚度、焊缝空间位置及生产率等条件来选择薄板或中板的立、横、仰焊时，多采用直径1.6mm以下的细焊丝。当平焊位置焊接中厚板时，可采用径大于1.6mm的粗丝。不同直径焊丝的适用范围表2-3丝径（mm）熔滴过渡形式施焊位置焊件厚度0.5~0.8短路过渡全位置1.0~2.5颗粒过渡平位2.5~4.01.0~1.4短路过渡全位置2.0~8.0颗粒过渡平位2.0~12.01.6短路过渡全位置3.0~12≥1.6颗粒过渡平位＞6根据以上原则，在“座─体”连接焊时，一般可选焊丝直径1.0~1.6左右的细丝进行焊接。2.焊接电流：CO2保护焊时，焊接电流是最重要的参数。因为焊接电流的大小，决定了焊接过程的熔滴过渡形式，从而对飞溅程度、电弧稳定性有很大的影响，同时，焊接电流对于熔深及生产率，也有着决定性的影响。电流增大，熔深增加，熔宽略增加，焊丝熔化速度增加，生产率提高，但电流太大时，会使飞溅增加，并容易产生烧穿及气孔等缺陷。反之，若电流太小，电弧不稳定，而产生未焊透，焊缝成形差。不同丝径焊接电流选用范围表2-4丝径（mm）焊接电流（A）颗粒过渡（30~45V）短路过渡（16~22V）0.8150~25050~1001.0150~30070~1201.2160~35090~1501.6200~500140~2002.0350~600160~2502.4500~750180~2803.电弧电压：电弧电压也是重要的焊接工艺参数，选择时必须与焊接电流配合恰当。电弧电压的大小对焊缝成形、熔深、飞溅、气孔以及焊接过程的稳定性等都有很大影响通常细丝焊接时电弧电压为16~24V，粗丝（ø1.6以上）焊接时电弧电压为25~36V。采取短路过渡形式时，其电弧电压与焊接电流的最佳配合范围见下表:：CO2短路过渡时电弧电压最佳范围2-5焊接电流（A）电弧电压（V）平焊立焊和仰焊75~12018~21.518~19130~17019.5~23.018~21180~21020~2418.5~22220~26021~2519~23.54.焊接速度：焊接速度会影响焊缝成形、气体保护效果、焊接质量及效率。在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压的工艺条件下，速度增快，焊缝熔深及熔宽都有所减小。如果焊速太快，则可能产生咬边或未熔合缺陷，同时，气体保护效果变坏，出现气孔。反之若焊速太慢，效率低，焊接变形大。通常，CO2半自动焊速在15~30m/h范围内；自动焊时，速度稍快些，但一般不超过40m/h。5.焊丝伸出长度：指从导电嘴到焊丝端头的距离。一般按下式选定：L=10dmm如果焊接电流取上限值，则伸出长度也可稍大一些。6.CO2气体流量：其大小应根据接头形式、焊接电流、焊接速度、喷嘴直径等参数决定。通常细丝（＜1.6）焊接时，流量为5~15L/min；粗丝（≥1.6）焊时，流量15~25L/min。7.电源极性：CO2气体保护焊时，主要采用直流反极性连接，这种焊接过程电弧稳定，飞溅少、熔深大。而正极接时，因为焊丝为阴极，焊件为阳极，焊丝熔化速度快，而熔深较浅，余高增大，飞溅也较多，一般只用于阀门堆焊或铸钢件的补焊。8.回路电感：焊接回路中串联的电感量应根据焊丝直径、焊接电流、和电弧电压来选择。合适的电感，可以调节短路电流的增长速度，使飞溅减少，还可以调节短路频率，调节燃弧时间，控制电弧热量；电感值太大时，短路过渡慢，短路次数少，引起大颗粒的金属飞溅或焊丝成段炸断，造成熄弧或引弧困难；电压值太小时，短路电流增长速度快，造成很细的颗粒飞溅，使焊缝边缘不齐。焊丝直径（mm）焊接电流（A）电弧电压（V）电感量（mH）0.8100180.01~0.081.2130190.01~0.161.6160200.3~0.7焊接回路电感量的选择2-6通常，可采取试焊法，来调整电感量，当达到焊接过程电弧稳定、短路频率较高，飞溅最小时，则此电感量值是合适的。上述8种参数中，主要是焊丝直径、焊接电流和电弧电压、焊接速度等几项，其它参数基本上变化不大。在选择焊接工艺参数时，应根据板厚、接头形式和焊缝空间位置，以及确定的熔滴过渡形式等来综合考虑，从而满足焊接质量和生产要求。第五节埋弧焊埋弧焊（含埋弧堆焊及电渣堆焊等）是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点，使其成为压力容器、管段制造、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。近年来，虽然先后出现了许多种高效、优质的新焊接方法，但埋弧焊的应用领域依然未受任何影响。从各种熔焊方法的熔敷金属重量所占份额的角度来看，埋弧焊约占10%左右，且多年来一直变化不大。埋弧焊是当今生产效率较高的机械化焊接方法之一，它的全称是埋弧自动焊,又称焊剂层下自动电弧焊。优点：1.生产效率高这是因为，一方面焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提高，因此电弧的溶深和焊丝溶敷效率都大大提高。（一般不开坡口单面一次溶深可达20mm）另一方面由于焊剂和溶渣的隔热作用，电弧上基本没有热的辐射散失,飞溅也少，虽然用于熔化焊剂的热量损耗有所增大，但总的热效率仍然大大增加。2.焊缝质量高熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以通过自动调节保持稳定，对焊工技术水平要求不高,焊缝成分稳定，机械性能比较好。3.劳动条件好除了减轻手工焊操作的劳动强度外，它没有弧光辐射，这是埋弧焊的独特优点。埋弧焊的应用范围目前主要用于焊接各种钢板结构。可焊接的钢种包括碳素结构钢，不锈钢，耐热钢及其复合钢材等。埋弧焊在造船，锅炉，化工容器，桥梁，起重机械及冶金机械制造业中应用最为广泛。此外，用埋弧焊堆焊耐磨耐蚀合金或用于焊接镍基合金，铜合金也是较理想的。对接接头埋弧自动焊参数表2-7板厚(mm)焊丝直径(mm)接头型式焊接顺序焊接参数焊接电流(A)电弧电压(V)焊接速度(m／min)84正反440～480480～53030310.50104正反530～570590～64031330.63124正反620～660680～72035420.41145正反830～850600～62036～3835～38420.751645正反正反600～650650～680830～850600～62036～3838～4036～380.420.330.75185正反85080036～380.420.502045正反正反780～820700～75029～3236～380.330.46206正反92585036380.45226正反1000900～95038～4017～390.400.622445正反正反700～720700～75080090036～3834300.330.30.27284正反82030～320.273046正反正反750～800800～850800850～90036～38360.300.25第三章工艺装备第一节主梁吊具门式起重机的支腿工作状态是倾斜的。其吊装状态也是倾斜的，与垂直吊装相比，其拴钩和精确对位的难度要大。可选择旋转法和滑移法来吊装较为理想。所以采用旋转法吊装，根据支腿的实际高度，计划出臂的高度。主梁吊装1、本次工艺制作，按门式起重机所需工作半径制定出其站定部位，两主梁在地梁两边尽可能靠近运行地梁，避免主梁起吊就位时，起重机工作半径增大。所以，头一根主梁在两端支腿中间采用主梁吊装到位后，大臂移到支腿上面接法兰处对位。另一根主梁则将其吊到起重机主梁外面，将主梁吊到位以后趴大臂移到支腿上面接法兰处对位。主梁垫架制作垫架制作材质选用Q235为易，垫架应有足够的钢度，一般选材应不小于14#槽钢。见图2下横梁的吊装：利用流动式起重机将已组装好的下横梁按轨道上的划线位置吊至在轨道上，并用枕木或支撑把下横梁固定牢固。重新找正两根下横梁的基准线，调整跨度及对角线至标准允许的误差范围之内。要注意控制车轮踏面中心与轨道中心线的偏差。3支腿吊装门式起重机的支腿工作状态是倾斜的。其吊装状态也是倾斜的，与垂直吊装相比，其拴钩和精确对位的难度要大。可选择旋转法和滑移法来吊装较为理想。第二节其他工艺装备小车吊装1、选定汽车起重机的工作位置：按小车安装位置的要求，确定汽车起重机适宜的工作位置，以便于顺利完成小车组件吊装作业。2、吊索及机具的拴挂拆去小车防雨罩，估算小车组件重量和位置，防止拴挂不当载荷严重偏心。第四章起重机钢轨的焊接在起重机的制造工艺中，常将箱形主梁上铺设的钢轨采用对接形式焊接成一根无缝隙的长钢轨。在大车轨道安装中，也有许多是采用焊接的联接型式。现将实际工作中钢轨对接焊接工艺的案例总结如下。第一节．钢轨的材质和表面硬度要求选择焊材1.钢轨起重机的小车轨道有三种(1)起重机钢轨如QU70、QU80等。(2)P型钢轨如P24、P38、P43等。(3)方钢如：30mm×40mm、40mm×40mm等。前两种钢轨的顶部做成凸状，底部是具有一定宽度的平板，可增大与基础的接触面。钢轨的截面为工字形，具有良好的抗弯强度，其含碳量、含锰量较高，wC=0.5％～0.8％，wMn=0.6％～1.5％。而方钢的材料为Q275，顶部平直，对车轮磨损较大，这里暂不讨沦。2.焊条钢轨的对接焊缝要求不进行处理就能达到钢轨的表面硬度。如下图所示，在轨道头部以下，用E5016焊条；在轨道头部用堆焊焊条D322(铬钨钼钒冷冲模焊条)。这样既经济又实用，不但可保证对接焊缝质量和强度，而且可使堆焊层硬度(焊后空冷)≥55HRC。上述两种焊接条都是交、直流两用，直径均为5mm，焊接电流均为180～240A，电弧电压均为36～24V。第二节．钢轨对接焊工艺1.工具、材料及焊接准备电焊机1～2台，焊炬2～3把0～300℃温度计一只，氧气、乙炔气。焊前将焊条放在350～400℃烘箱内烘焙1h以后，把对接的钢轨平放在水泥地面上支好，对接焊缝间隙20mm，校直、校平，钢轨对接表面除油、除污、打磨及擦洗干净。2.焊接操作由于钢轨焊接性能较差，因此焊接工艺较为繁琐，要把0～300℃的温度计固定在钢轨上，在距离焊缝两边100mm长的位置，用2～3把焊炬同时对钢轨预热。当钢轨温度达到230～250℃时，先用E5016焊条从钢轨底部边加热边堆焊，堆焊至轨道头部时，在用D322焊条边加热边堆焊。焊接要间断进行，尽量减少焊接部位的热量，使焊接过程中始终保持轨道温度230～250℃。全部焊接完成后，还要继续加热到250℃，再将钢轨在空气中经过≥0.5h时间缓慢冷却到室外温度(30℃左右)，以防止裂纹产生。焊接后应检查焊缝处和与钢轨衔接处有无明显痕迹及焊后硬度。焊后用气动砂轮磨削，使钢轨头部的堆焊缝与原钢轨表面保持在同一平而上，具有同样的表而粗糙度。第三节工作原理及应用效果一．工作原理钢在不同的温度下具有不同的内部组织结构，而内部组织结构发生变化必然使钢的力学性能也发生改变。钢轨的wC=0.5％～0.8％，属于亚共析钢，在AC1线(723℃)以下时，钢的内部组织是铁索体和珠光体，这种钢表面淬火后形成马氏体组织，具有很高的强度和硬度。在焊接之前，钢轨先预热到230～250℃，做一次低温回火处理，使焊缝部位的金属冷却后不开裂，这时硬化层的结构由马氏体向回火马氏体转变，使钢的内应力局部消除，韧性有所增加，而硬度几乎不降低，也可保证钢轨在预热温度下不变形。如果预热温度过高，会使原表而硬化层的马氏体组织转变成其他组织，比如索氏体，导致钢轨硬度降低。在钢轨对接焊时，随着焊接温度的升高，焊接部位的回火马氏体开始向其他组织转变。焊接要间断进行，尽量减少焊接部位的热量，使钢轨焊接过程中始终保持230～250℃的温度。当这一部位焊接结束，如在空气中迅速冷却到230～250℃，回火脆性是经常遇到的问题。对一般碳钢而言，马氏体开始形成温度为200～350℃，而钢轨是含锰元素的合金钢，钢轨的马氏体形成温度应为100～这就要求钢轨全部对接焊接后，应加热到230～250℃后在空气中缓慢地冷却，经过≥0.5h，温度从230～250二．应用效果采用上述对接焊接工艺将焊接性能较差的钢轨成功地运用在起重机产品的小车轨道制作上。起重机箱形主粱上铺设的钢轨采用焊接的形式对接成一根无缝隙的整根钢轨，可大大增加起重机箱形丰梁的刚性，既减少了主梁的拱度下挠变形，又减少了起重机小车运行的噪声，使小车运行平稳，轮压均匀。另外，还减少了小车车轮磨损，延长了车轮寿命，从而延长了起重机的使用寿命，提高了可靠性，减少了维修工作量，节约用户在使用中的费用，受到用户的好评。这种焊接工艺对大吨位、大跨度的起重机尤为重要。随着钢结构厂房设计制造技术的逐年提高，厂房跨度越来越大，钢轨对接焊接工艺这项经济、实用的技术显得越来越重要了。第五章钢结构件残余应力

第一节焊接残余应力产生及分布焊缝金属是由焊接填充金属材料及部分母材金属熔化结晶后形成的。其组织和化学成分都不同于母材。热影响区受焊接热循环的影响组织和性能都发生变化，特别是熔合区的组织和性能更为明显，因此焊接接头是个成分组织和性能都不一样的均匀体。此外，焊接接头因形状和布置不同将会产生不同程度的应力集中。在焊接过程中，随时间而变化的内应力为焊接瞬时应力，焊后当焊件温度降至常温时，残存于焊件中的内应力则为焊接残余应力。残余应力在一定条件下，还会影响焊件的强度、刚度，受压时的稳定性，加工精度和尺寸的稳定性等。

焊接应力的分布和大小取决于：材料的线膨胀系数、弹性模量、屈服点，焊件的形状尺寸和温度场，而温度场又与材料的导热系数、比热、密度以及焊接工艺参量和条件密切相关。由于焊接过程的温度变化范围大，上述材料的各种系数有很大的起伏，特别是牵涉到材料的相变时，可能引起焊接应力的反复。这种情况使焊接应力变形问题十分复杂，因此实践中往往采用理论和数值分析与实验相结合的方法来掌握焊接应力变形的规律和影响因素，最终达到预测、控制和调整它们的目的。焊接应力和种类根据其空间位置和相互关系可以分为以下几种：1、

单向应力：焊接薄板的对接焊缝以及在焊件表面堆焊时，焊件存在的应力是单向应力。2、

双向应力：在焊接较厚的对接焊缝时，焊件存在的应力虽不同向，但均在一个平面内，即是双向的。3、

三向应力：当焊接厚大焊件的对接焊缝时，焊件存在的应力是沿空间三个方向作用的。此外在三个方向焊缝交叉处亦有三向应力存在。

第二节焊接残余应力对焊接结构的影响钢结构具有强度高、自重轻、塑性好、抗震性能好及施工速度快等优点，因而钢结构广泛用于单层厂房、大跨及高层建筑。在这些结构中许多节点采用焊接的形式，结构焊接时将在结构构件中产生较强的残余应力场，它将直接影响构件的受力性能。国内外许多钢结构脆断破坏事故说明了残余应力是引起低温脆断的主要因素之一。

1残余应力对钢构件静力强度的影响

如果没有严重的应力集中的焊接构件，只要构件和焊道本身具有较好的塑性变形能力（没有低温、动荷载等使钢材变脆的不利因素），残余应力不会降低构件的静力强度。因为有残余应力的构件承受逐渐增大的轴心拉力时，外荷载引起的拉应力将叠加截面的残余应力。在加载过程中，应力不断增加，当叠加总应力达到材料的屈服极限fy，构件中有残余拉应力的截面提前进入塑性区，后增长的外荷载仅由截面的弹性区承担，随荷载的增大，弹性区减少，塑性区增大，内部应力不断叠加，应力发生重新分布，直至整个截面上的应力达到材料的屈服极限fy时为止。由于截面残余应力为自相平衡应力分布，故静力荷载相等，即残余应力不会降低构件的静力强度。但是塑性材料在一定条件下会失去塑性，变成脆性或者构件材料塑性较低，残余应力将会影响构件的静力强度。因为构件无足够的塑性变形产生，在加载过程中应力峰值不断增加，直至达到材料强度极限后发生破坏，因而残余应力对其有影响。

2残余应力对轴压杆构件稳定性的影响

假设一工字型截面构件在两端铰接下受到轴压力N作用，其两翼缘相等，截面积为A，并假设腹板面积较小，忽略腹板的残余应力σr的影响，两翼缘残余应力σr分布见图1（a）。构件在外力作用下，其截面应力是由外荷载引起的截面应力叠加截面的残余应力，从而使截面在σ=N/A≤fy-σrc时处于弹性状态，构件发生弯曲失稳时的临界力为欧拉临界:Ncr=2πEI/l2，相应的临界应力σcr=π2E/λ2。当σ=N/A≥fy-σrc时，部分截面将会提前屈服，进入塑性变形状态，使整个截面呈现出弹性区和塑性区（见图1（b）），随着外荷载增大，截面上塑性区变形增大，但应力不增加。抵抗外荷载只由弹性区截面承担，整个截面的有效惯性矩变成截面弹性区的惯性矩Ie，此时的临界应力为：Ncr=π2EIe/l2，相应的临界应力为:σrc=π2E'/λ2,其中E'=EIe/I为该阶段的有效弹性模量。

对于绕不同主轴屈曲时，残余应力对临界应力影响也不同，设绕强轴屈曲时的惯性矩为Iex，绕弱轴屈曲时的惯性矩为Iey

绕强轴屈曲时：σrcx===k

(1)

绕弱轴屈曲时：σrcy===k3

(2)式中k为翼缘板弹性区截面积Ae和全面积A的比值。因为k小于1的系数，所以残余应力对绕弱轴σcr的降低影响比强轴影响严重得多。由图可知，如果能使残余拉应力区远离中性轴，则会大大提高截面有效惯性矩Ie的数值。在实际中，为提高临界力通常采用气体火焰加热翼缘板边缘区或由两块板叠焊等方法产生拉伸残余应力区。如果主轴截面边缘区出现最大残余压应力σcr对构件的屈曲临界力影响最大、最不利。

3残余应力对构件疲劳强度的影响

钢材在循环应力多次反复作用下裂缝生成、扩展以致断裂破坏的现象称为钢材的疲劳。在焊接构接中，焊接部位一般都有较大的焊接残余应力，包括残余拉应力，其峰值常可接近或达到钢材的屈服强度fy。当构件承受外部循环拉应力的作用时，焊缝处截面上实际应力将是荷载引起的应力与其残余应力的叠加，其应力幅σia与外荷载σi的应力幅相等,而σi的应力幅又决定于外部循环荷载,只要外部循环荷载已定出,外荷载σi的应力幅就不会改变。因此在焊缝位置的疲劳是在等应力幅下不同应力水平的疲劳。如果把一块受拉薄钢板分成n等份，根据平均应力与疲劳寿命的关系可以推导出下面公式：

N=dx

(3)

其中：N为总寿命；C为材料常数；f(xi)为第i块钢板残余应力分布；σi为第i块钢板外荷载;b为钢板宽度。从上式可知，残余应力对构件疲劳性能与残余应力分布σr=f(x)有关，通常n大于1，从中可看出残余压应力（负值）可以提高疲劳寿命，而残余拉应力（正值）减少疲劳寿命。第三节减小焊接残余应力的方法通常焊缝残余应力对使用焊接性能良好的材料制造的结构影响不大，但有些结构刚度大，而且加工制造的焊接的顺序和方法不当，导致结构中残余应力过大和分布不合理。在低温腐蚀介质等特殊条件下工作，导致船体结构产生裂纹等缺陷，缺陷在使用过程中不断扩大和发展，致使船体结构和焊缝脆性断裂，同时也易使船体结构产生较大的变形，增加了其矫正的工作量。焊接过程中可采用一些简单方法调节内应力，降低焊接残余应力的峰值，消除和减少残余应力的（一）

采用合理的焊接顺序和方法（1）

保证钢板和焊缝一端有自由收缩的可能性。（2）

先焊接对其它焊缝不起刚性拘束的焊缝。（3）

在构架和板接缝相交的情况下，既有对接缝也有角接缝，此时应先焊接对接缝然后再焊接角接缝。（4）

当分段总段焊接时，尽可能由双数焊工从分段中部逐渐向左右，前后对称施焊以保证结构均匀的收缩。（5）

处在大接头同一断面的各种构件，应先焊大接头的对接焊缝，再焊其它构件的对接缝，后焊其它构件的角焊缝，以利于大接头产生残余应力（至少可以减少大接头的残余拉应力）。（6）

靠近大接头的肋骨和隔舱壁的角接缝，一般应在大接头施焊后进行施焊。（二）

选择合理的焊接工艺参数根据焊接结构的情况，在允许条件下尽可能采用小焊接线能量，如手工电弧焊，采用小直径焊条下限值焊接电流；或中等焊接电流，较快焊速，这样可以将少焊件的受热，从而减少焊接残余应力。（三）拉伸法（1）

机械拉伸

对具有焊缝的构件施以拉伸外载，由于应力叠加，焊缝中心区域应力不能增加，只能继续产生拉伸塑性变形，拉伸塑性变形方向与焊接时产生的压缩塑性变形方向相反。焊接残余应力正是由于焊接时近缝高温区受压缩产生局部压缩塑性变形引起的，加载应力越大，压缩塑性变形抵消越多，焊接残余内应力消除就越彻底。（2）

温差拉伸温差拉伸法是利用局部加热的温差产生不同变形来拉伸焊缝区。在焊缝两侧各用一个适当宽度的氧—乙炔焰炬后一定距离外有一个带排孔的水冷喷头，焰炬和水冷喷头同步向前移动，这样形成一个焊缝两侧温度高、焊缝区温度低的温度场，两侧受热膨胀的金属对温度较低区域的焊缝金属进行拉伸。（3）

辗压焊缝

辗压焊缝金属，使其得以伸长，从而降低焊接残余应力。其消除或减小焊接残余应力的原理与拉伸法相同。（四）锤击法可用头部带小圆弧的工具锤击焊缝，使焊缝得到延展，降低内应力，锤击应保持均匀适度，避免锤击过分，以防止产生裂缝，一般不锤击第一层和表面层。（五）焊后热处理

（1）

整体高温回火将整个焊件加热至AC1以下某温度，保温一段时间，然后再冷却，对于同种材料焊件，回火温度越高，保温时间越长，焊接残余应力消除的越彻底。（2）

局部高温回火对于简单焊接接头，可对焊缝周围的一个局部区域加热，以降低焊接残余应力的峰值。局部高温回火可用电阻、火焰和感应加热，消除应力的效果与加热的温度和加热区的范围有关。

第六章焊接结构的变形规律第一节焊接变形种类焊接变形主要是由焊接过程中受热不均匀所引起的。焊接变形按变形的基本形式可分为以下几种纵向和横向收缩：件焊接后在焊接方向上发生的收缩变形为纵向收缩，在垂直焊缝方向上发生的收缩变形为横向收缩。角变形：果自由放置的板材，而不对称的焊缝截面，或不对称的焊缝排列，就会产生不对称和不均匀的横向收缩，则将产生角变形。弯曲变形：果纵向焊缝排列不对称，焊接后产生不对称和不均匀的纵向收缩，将引起弯曲变形。波浪变形：板在焊缝方向上产生收缩压力时，当其中的压应力达到某一临界数值时，薄板将出现波浪变形，由于波浪变形而丧失承载能力，这种现象称为失稳。扭曲变形：曲变形是由于焊件纵向、横向收缩和应力没有一定的规律而引起的变形。

第二节焊接变形的影响因素及其控制在焊接过程中由于急剧的非平衡加热及冷却，结构将不可避免地产生不可忽视的焊接残余变形。焊接残余变形是影响结构设计完整性、制造工艺合理性和结构使用可靠性的关键因素。针对钢结构工程焊接技术的重点和难点，根据多年的工程实践经验，本文主要阐述实用焊接变形的影响因素及控制措施和方法。钢材的焊接通常采用熔化焊方法，是在接头处局部加热，使被焊接材料与添加的焊接材料熔化成液体金属，形成熔池，随后冷却凝固成固态金属，使原来分开的钢材连接成整体。由于焊接加热，融合线以外的母材产生膨胀，接着冷却，熔池金属和熔合线附近母材产生收缩，因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行，膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形。这样，在焊接完成并冷却至常温后该塑性变形残留下来。一、焊接变形的影响因素焊接变形可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条件下的残余变形。影响焊接变形的因素很多，但归纳起来主要有材料、结构和工艺3个方面。1.1材料因素的影响材料对于焊接变形的影响不仅和焊接材料有关，而且和母材也有关系，材料的热物理性能参数和力学性能参数都对焊接变形的产生过程有重要的影响。其中热物理性能参数的影响主要体现在热传导系数上，一般热传导系数越小，温度梯度越大，焊接变形越显著。力学性能对焊接变形的影响比较复杂，热膨胀系数的影响最为明显，随着热膨胀系数的增加焊接变形相应增加。同时材料在高温区的屈服极限和弹性模量及其随温度的变化率也起着十分重要的作用，一般情况下，随着弹性模量的增大，焊接变形随之减少而较高的屈服极限会引起较高的残余应力，焊接结构存储的变形能量也会因此而增大，从而可能促使脆性断裂，此外，由于塑性应变较小且塑性区范围不大，因而焊接变形得以减少。1.2结构因素的影响焊接结构的设计对焊接变形的影响最关键，也是最复杂的因素。其总体原则是随拘束度的增加，焊接残余应力增加，而焊接变形则相应减少。结构在焊接变形过程中，工件本身的拘束度是不断变化着的，因此自身为变拘束结构，同时还受到外加拘束的影响。一般情况下复杂结构自身的拘束作用在焊接过程中占据主导地位，而结构本身在焊接过程中的拘束度变化情况随结构复杂程度的增加而增加，在设计焊接结构时，常需要采用筋板或加强板来提高结构的稳定性和刚性，这样做不但增加了装配和焊接工作量，而且在某些区域，如筋板、加强板等，拘束度发生较大的变化，给焊接变形分析与控制带来了一定的难度。因此，在结构设计时针对结构板的厚度及筋板或加强筋的位置数量等进行优化，对减小焊接变形有着十分重的作用。1.3工艺因素的影响焊接工艺对焊接变形的影响方面很多，例如焊接方法、焊接输入电流电压量、构件的定位或固定方法、焊接顺序、焊接胎架及夹具的应用等。在各种工艺因素中，焊接顺序对焊接变形的影响较为显著，一般情况下，改变焊接顺序可以改变残余应力的分布及应力状态，减少焊接变形。多层焊以及焊接工艺参数也对焊接变形有十分重要的影响。焊接工作者在长期研究中，总结出一些经验，利用特殊的工艺规范和措施，达到减少焊接残余应力和变形，改善残余应力分布状态的目的。二、焊接变形的控制2.1设计措施2.1.1合理地选择焊接的尺寸和形式焊接尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小。焊缝尺寸大，不但焊接量大，而且焊接变形也大，因此，在保证结构的承载能力的条件下，设计时应尽量采用较小的焊缝尺寸。对于受力较大的丁字接头和十字接头，在保证相同的强度条件下，采用开坡口的焊缝可以比一般角焊缝减少焊缝金属，对减小变形有利。2.1.2尽可能减少不必要的焊缝在设计焊接结构时，合理地选择筋板的形状，适当地安排筋板的位置，力求焊缝数量少，避免不必要的焊缝，从而减小焊接变形。2.1.3合理地安排焊缝位置在设计焊接结构时，安排焊缝尽可能对称于截面中性轴，或者使焊缝接近中性轴，这对于减少梁、柱等类型结构的挠曲变形有良好的效果。2.2工艺措施工艺措施是指在焊接构件生产制造过程中所采用的一系列措施，将其分为焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施。2.2.1焊前预防措施焊前预防主要包括预防变形、预拉伸法和刚性固定组装法。预变性法或称反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向，在待焊工件装配时造成与焊接残余变形大小相当、方向相反的预变形量（反变形量），焊后焊接残余变形抵消了预变形。量，使构件恢复到设计要求的几何形状和尺寸。预拉伸法多用于薄板平面构件，焊接时在薄板有预张力或有预先热膨胀量的情况下进行的。焊后，去除预拉伸或加热，薄板恢复初始状态，可有效地降低焊接残余应力，控制焊接变形。预热的作用在于减小温度梯度，不同的预热温度在降低残余应力的作用方面有一定的差别，预热温度在300℃～400℃时，在钢中残余应力水平降低了30%～50%，当预热温度为200℃时，残余应力水平降低了10%～20%。刚性固定组装法是采用夹具或刚性胎具将被焊构件尽可能地固定，可有效地控制待焊构件的角变形与弯曲变形等。2.2.2焊接过程控制措施焊接过程控制主要方法有采用合理的焊接方法和焊接规范参数，选择合理的焊接顺序以及采用随焊两侧加热、随焊碾压、随焊跟踪激冷等措施。选择线能量较低的焊接方法以及合理地控制焊接规范参数可以有效地防止焊接变形。采用随焊两侧加热、随焊碾压、随焊跟踪激冷等措施可以降低残余应力和减小焊接变形。采用随焊两侧加热，横向应变、纵向应变和最大剪切应变的分布更加均匀，变化更加平缓，起到减小焊接残余应力和变形的作用。随焊碾压法由于设备复杂、使用不便等原因，在生产应用中受到一定的限制，但该方法在提高焊接变形等方面具有理想的效果。随焊激冷法能够显著地降低残余应力和减少焊接变形。焊接顺序对焊接残余应力和变形的产生影响较大，在采用不同的焊接顺序时，可以改变残余应力的分布规律，但对残余应力整体幅值的降低作用不大，同时该方法对于控制焊接变形有较大的作用，尤其在多道焊中，作用更加明显。2.2.3焊后矫正措施当构件焊接后，只能通过矫正措施来减小或消除已发生的残余变形。焊后矫正措施主要分为加热矫正法和机械矫正法。加热矫正法又分为整体加热和局部加热。整体热矫正是指将整体构件加热至锻造温度以上再进行矫正的方法，可用以消除较大的形状偏差。但是焊后整体加热容易引起冶金方面的副作用，限制了该方法的进一步推广及应用。局部热矫正多采用火焰对焊接构件局部加热，在高温处，材料的热膨胀受到构件本身刚性制约，产生局部压缩塑性变形，冷却后收缩，抵消了焊后部位的伸长变形，达到矫正目的，火焰加热法采用一般的气焊焊炬，不需要专门的设备，方法简便灵活，因此在生产上广为应用。此外，还有利用机械力或冲击能等进行焊接变形矫正，包括静力加压矫直法、焊缝滚压法、锤击法等。

第三节焊接扭曲变形和波浪变形构件焊后两端绕中性轴相反的方向扭转一角度，称为扭曲变形。如果构件的角变形沿长度上分布不均匀和纵向有错边，则往往会产生扭曲变形。如一工字梁的条角焊缝在定位焊后不采用适当夹具，相邻焊缝反向焊接，这时角变形沿着焊缝长度方向逐渐增大，使构件扭转，形成扭曲变形。构件焊后产生形似波浪的失稳变形，称为波浪变形。薄板对接焊后，存在于板中的内应力，在焊缝附近是拉应力，离开焊缝两侧区域较远的是压应力，如压应力较大，平板失去稳定就会产生波浪变形。第四节焊接梁、腹板的上供变形主梁一般是由上、下翼缘板和左、右腹板焊接而成的箱形梁结构,其内部焊接有横向和纵向加强筋,两端支承在基础上。在物料及起重机自身重力作用下极易发生较大下挠变形,导致箱形梁内部上翼缘板与横向加肋板之间焊缝开裂,并导致其上各部件发生相对位移,影响起重小车的使用性能,增加了运行阻力,使起重小车在主梁上向跨端运行时形成爬坡,向跨中运行时形成溜车,导致制动定位不准确。

在工程实践中,上拱度是主梁的主要技术指标之一。1主梁腹板下料预制上拱度

门式起重机主梁基本结构如图下所示对于板件焊接箱型结构的桥式起重机主梁,在制造时多采用依靠腹板下料预制上拱的办法,在考虑预制主梁上拱度的影响因素:主梁跨度、主梁自身重力及载荷(载荷包括小车重力及起重量)、起重机工作状况(如上、下腹板的温差)及主梁刚性等情况下,根据最大上拱度要求,上拱曲线形状一般取为二次抛物线、四次曲线及正弦曲线等,主梁腹板结构如图所示。

为使主梁上拱度达到标准规定的范围,往往需在加工制造过程的下料、拼装、焊接、垫支、调整、安装及试验等各个阶段采取多种措施严加控制,且与环境温度、焊缝尺寸、焊接方向和顺序以及工人的技能和经验等有很大关系。主梁预制上拱制造工艺复杂,使制造成本增加,此方法已不符合国际潮流。2自重法控制主梁上拱度

在门式起重机生产过程中,可以采用更简便的方法预制上拱,即不利用腹板下料来预制上挠度,而是利用工件自身所受重力、焊接过程中的支承布置及焊接变形控制上拱,获得满足技术要求的上拱值和上拱度。

2.1腹板下料

采用自重法控制主梁的上拱度,下料时,主梁的腹板不需预留拱度,其上、下2边制作为平直结构即可,在下料时,可以采用剪切的方法,工艺简单,成本较低。

2.2主梁的焊接工艺过程及支承分析

主梁在不同支承情况下受重力引起的变形、不同的焊接方法及各焊缝的施焊顺序产生的焊接变形量及变形方向均不同,利用主梁自身重力及焊接工艺控制焊接变形的方法在制造过程中控制其上拱度是可行而又简便的方法,但这一方法要求焊工有一定的实践经验。

对于门式起重机主梁来说,其截面为箱型,焊接时由于焊缝大部分集中在梁的上部,焊后易引起下挠变形。为满足国家标准和起重机工作性能的要求,需严格按照以下步骤操作:

(1)将各大小隔板装配在上盖板上并焊接,焊接工艺图如图下所示。

(2)将两腹板装配在上盖板上,焊好隔板与腹板的连接焊缝(这样组焊变形小)。

(3)装配下盖板,并施焊加固焊缝,而后将梁的中部用两根工字钢支撑,两根工字钢的距离要尽量小且应支撑稳定,焊缝1与焊缝2（下盖板与腹板的外侧焊缝）在焊接时,由两名焊工同时、同向对称施焊,焊接参数(焊接速度、焊接电流等)基本一致,以免产生扭曲变形,焊脚高度要超过规定值的1/3,以补偿上盖板与腹板焊接后产生的焊接收缩变形。

(4)将主梁上下翻转,两端支承。对称施焊焊缝。由于梁的两端被支撑起来,梁的自重力有效地阻止了部分变形,因此,焊缝仅产生很小的焊接变形,从而使主梁获得一定的上拱值,起重机的相关标准及设计规范中要求的上拱度可有效地得到保证。

3。总结

腹板平直下料,在主梁组焊时采用适当的支承方法、焊接参数及焊接顺序,利用桥式起重机主梁的自身所受重力,使主梁形成自然上拱,既可简化生产工艺,降低成本,又可使腹板剪切下料更加方便,避免因腹板切割和焊接而造成腹板主焊缝处的材料两次受热导致晶粒变粗,影响抗疲劳性能。在制造主梁时,采取措施使上、下盖板与腹板、隔板在焊接前紧密相贴,以提高主梁的抗下挠能力。采用自重法结合焊接工艺控制,保证主梁的上拱度,对桥式起重机工作性能的提高有益,同时,对门式起重机主梁的设计和制造也有很好的借鉴作用。

第五节自重引起的主梁下挠

起重机主梁一般都做成箱型薄壁结构，它是起重机的主体结构，是承载梁上诸多载荷和保持桥架结构稳定的重要构件。起重机主梁的受力，多而复杂，但造成主梁下挠破坏的力主要有两个：一个是来自弯矩的正应力，一个是来自小车轮压的剪应力。起重机主梁的最大正应力值产生在小车位于跨中工作时跨中附近的上下盖板上，上盖板承受压应力作用，下盖板承受拉应力作用，下盖板的受力高于上盖板。起重机主梁的腹板，以中性层为界上部承受压应力，下部承受拉应力，距盖板越近应力值越大，反之，距中性层越近应力值越小。主腹板的受力大于副腹板的受力。起重机主梁的最大剪应力产生在小车工作时的主腹板处，其它位置的剪应力都较小。

起重机主梁的跨高比一般都较大，横截面上的最大正应力值比最大剪应力值要大得多，起重机主梁出现下挠一般都是最大正应力超过了材料的屈服强度所致，所以修理加固的主要任务是减小主梁的最大正应力值和满足主梁的最大正应力要求。一般情况下，主梁截面材料能满足最大正应力要求都能满足最大剪应力要求，剪应力可以忽略不计，本技术的系列修复加固方法均不涉及剪应力范畴，属于剪应力范畴的问题另外采取措施处理。主梁的下挠度主梁常见的变形有在跨度中和悬臂端出现下挠、旁弯，主梁腹板出现超规定的波浪变形、端梁变形，桥架的对角线超差变形等。变形原因是多方面的，有金属结构在制造过程中产生的残余应力，安装过程中的缺陷，超负荷不颗粒使用，工作环境高温的影响等，正常载荷长期作用也会引起变形，非正常因素的影响则加速了这个进程。金属结构的变形实质是结构钢性问题，起重机结构的静态钢性已在规定的载荷作用于指定位置时，结构在某一位置处的静态弹性变形位来表征。位保安全，必须对起重机主梁的下挠度实施必要的控制，其表达式如下：f≤[f]当载荷小车位于跨中时，主梁由于额定起升载荷和小车自重在跨度中引起垂直静挠度，主梁跨度中的允许挠度值应满足下式要求：[f]≤S/700对于具有悬臂的门式起重机和装卸桥，当满载的小车位于悬臂上有效工作位置时，该处由于额定起升载荷和小车自重引起垂直静挠，悬臂梁端部的允许挠度值为：[f]≤（1/350～1/300）L式中：f--满载的小车位于跨度中时主梁跨中在水平线以下的挠度值，mm[f]—主梁的允许挠度值，mmS—梁或起重机的跨度，mL—悬臂的有效长度，m第七章梁的变形控制

第一节主梁腹板下料估算根据计算结果将各数据分配到三节主梁上，各节的尺寸选择为：中间一节上拱20mm，长度为13310mm；两端节上拱25mm，长度分别为6695mm.实际下料时，主梁腹板中间一节采用两块板拼制而成。拼接成形主梁腹板用粉线或钢丝线以两端头最大点为基准绷紧，测量中间矢高，用钢盘尺测主梁腹板长、宽及对角尺寸，对接焊缝按Ⅰ类缝要求进行焊接和超声波探伤。由于两端头腹板高度分别为1632mm、2812mm，下料时不能一张整板上切割成型（若切成整板浪费太大），该腹板拼装质量难以检测，在生产过程中采用放地样的方式进行组拼、焊接、检验，对接焊缝按Ⅰ类缝要求进行焊接。

第二节工字梁的焊接控制大型工字梁由厚30mm的16Mn钢板组焊而成，16Mn钢碳当量值0.39%，具有一定的淬硬倾向，在大厚板和冷却速度过快的情况下焊接，需解决焊接冷裂纹问题。线能量输入过大，易导致焊缝产生热裂纹或出现热影响区热应变脆化。工字梁组装后6000mm´220mm´160mm，要求焊后进行机械加工，直线度的全长误差小于0.5mm，单边仅为机加留量4mm，必须控制焊接变形。1.焊接工位与水平面成20角左右，偏小会影响焊缝外观成型，偏大会影响焊缝熔深，全长用固定的焊接小车轨道。2.工字梁腹板下料切割平齐，装配间隙严格控制在1mm以内；3.焊接时埋弧焊丝稍偏向腹板，前倾角度0～5，避免后倾；4.严格焊接参数，使用较大的电流焊接，使用相对小的电弧电压与焊接速度以改善外观成型；5.焊剂层堆放厚度不能过厚，避免焊缝外观纹路粗糙。在钢桥工字梁T型接头要求大熔深的焊接制造中开发了免开坡口焊接工艺技术，实践证明是切实可行的，取得了可观的经济效益，并为今后同类产品的生产提供了借鉴经验。工字梁大规范埋弧自动焊时翼板上较容易出现“咬边”缺陷。咬边是一种危险性较大的外观缺陷，它不但减少了焊缝的承载面积，而且在咬边根部往往形成较尖锐的缺口，造成应力集中，容易形成应力腐蚀裂纹和应力集中裂纹，通过控制焊接工艺参数可以有效地避免咬边缺陷的产生。第三节箱形梁焊接变形控制钢箱梁焊接残余变形焊接横向收缩一．焊接残余变形的机理及影响因素1.焊接残余变形钢材的焊接通常采用熔化焊方法，是在接头处局部加热，使被焊接材料与添加的焊接材料熔化成液态金属，形成熔池，随后冷却凝固成固态金属，使原来分开的钢材连接成整体。由于焊接加热，熔合线以外的母材产生膨胀，接着冷却，熔池金属和熔合线附近母材产生收缩，因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行，膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形。这样，在焊接完成并冷却至常温后该塑性变形残留下来。为焊接残余变形的基本形式。实际结构中，焊接残余变形呈现出由这些基本形式组合的复杂状态。2．影响焊接变形的因素影响焊接变形的主要因素如下：（l）焊接方法：钢桥的焊接连接通常采用手工弧焊、CO2气体保护焊、埋弧自动焊等焊接方法（包括针对不同焊接接头形式选用的施焊工艺参数）。因这些焊接方法输入的热量不同，引起的焊接残余变形量也不同。（2）接头形式：钢桥接头通常有对接接头、T型接头、十字型接头、角接头、搭接接头和拼装板接头。一般采用对接焊缝的角焊缝，包括板厚、焊缝尺寸、坡口形式及其根部间隙、熔透或不熔透等。即构成焊缝断面积及影响散热（冷却速度）的各项因素。（3）焊接条件：预热和回火处理，以及环境温度等对钢材冷却时温度梯度的影响因素。（4）焊接顺序及拘束条件：对于一个立体的结构，先焊的部件对后焊的部件将产生不同程度的拘束，其焊接变形也不相同。为防止扭曲变形，应采用对称施焊顺序。要保证箱形主梁的焊接质量及合理的上拱度，并有效控制其焊接变形．焊接工艺是关键。(1)施焊前，先检查坡口及组对质量，如发现尺寸超差．应及时处理后再施焊。(2)焊前必须清除坡口及焊缝两侧各20mm范围内的油、污、水、锈及其他杂质。(3)焊接顺序：先焊上、下盖板及腹板的对接焊缝．再焊两腹板与下盖板的2条纵缝；焊接过程中，应尽量采用2名或4名焊工同时、对称地进行焊接，以防止主梁发生扭曲变形。(4)选用合理的焊接工艺参数：焊接方法采用焊条电弧焊，焊条直径为4．0mm，焊接电流为160～200A，电弧电压22～25V。

第八章梁的制造工艺

第一节板材的切割和拼接板材的切割工艺采用自动火焰切割方法下料。(a)盖板下料将上、下盖板矫平后。在对接长度方向上放400mm的工艺余量。(b)腹板下料腹板矫平后，首先在长度方向拼接，然后左右两侧腹板对称气割．以防主梁两侧腹板尺寸不同．引起主梁的扭曲变形。为使主梁有规定的上拱度，在腹板下料时必须有相应的上拱度，且上拱度应大于主梁的上拱度。腹板下料时，需放1．5L／1000，即33mm的余量，并且在离中心2IT