門式起重機(jī)的制作工藝

門式起重機(jī)的制作工藝緒論隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，起重機(jī)制造業(yè)也空前發(fā)展，20世紀(jì)70年代之前我國僅有幾家國營企業(yè)生產(chǎn)起重機(jī)?，F(xiàn)在生產(chǎn)起重機(jī)的廠家中，除國營企業(yè)外，還有民營企業(yè)。過去我國不能制造大型的冶金起重機(jī)和港口起重機(jī)，如岸邊集裝箱起重機(jī)等。如今我國已能獨(dú)立自主生產(chǎn)制造。

然而我國生產(chǎn)起重機(jī)的質(zhì)量還存在許多問題，如某些廠家生產(chǎn)的，起重機(jī)在用戶安裝使用后，短時(shí)期就出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)局部焊縫裂紋、結(jié)構(gòu)件斷裂等嚴(yán)重問題；常見的有橋架變形、主梁下?lián)匣蛏瞎岸炔蛔恪⑿≤嚳械赖葐栴}。這些問題主要是產(chǎn)品設(shè)計(jì)或焊接制造等技術(shù)問題。因此應(yīng)提高專業(yè)技術(shù)人員理論水平和技術(shù)工人的理論知識(shí)是非常必要的。

起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)同其他鋼結(jié)構(gòu)一樣，都是由鋼板、型鋼經(jīng)氣割、組裝、焊接等工序而完成的。大型的起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)長達(dá)百米，其主梁腹板、蓋板對(duì)接焊縫都長幾米或幾十米，焊縫要求焊透，射線或超聲波檢查焊接質(zhì)量。而且還有長達(dá)幾米至上百米的角焊縫，并有平焊、立焊、橫焊、仰焊等焊縫。結(jié)構(gòu)件的焊接殘余變形，如撓曲變形、扭曲變形、板件的波浪變形等，比一般焊接結(jié)構(gòu)件控制變形的難度更大些。因此能掌握大型起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的制造焊接技術(shù)，也就能掌握其他焊接結(jié)構(gòu)件的制造焊接技術(shù)。門式起重機(jī)是一種使用廣泛的工程類起重設(shè)備，該類設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠、擁有量大的特點(diǎn):隨著使用頻率、起重量的增大，對(duì)其安全性能、經(jīng)濟(jì)性能、效率及耐久性等問題，也越來越引起人們的重視，由于在工程門式起重機(jī)設(shè)計(jì)中采取常規(guī)設(shè)計(jì)方法時(shí)，許多構(gòu)件存在不合理性，影響了設(shè)備的質(zhì)量和性能，同時(shí)也增加不必要的對(duì)使用環(huán)境（如基礎(chǔ)等）的投資進(jìn)而影響整個(gè)設(shè)備性能。近年來工程起重機(jī)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）廣泛采用液壓技術(shù)，液壓傳動(dòng)具有體積小、重量輕、機(jī)構(gòu)緊湊、能無級(jí)調(diào)速、操縱簡便、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和工作安全的優(yōu)點(diǎn)。（2）通用型起重機(jī)以中小型為主，專用起重機(jī)向大型大功率發(fā)展為了提高建設(shè)工程的裝卸和安裝作業(yè)的機(jī)械化程度，工程起重機(jī)的發(fā)展，仍然是以輕便靈活的中小型起重機(jī)為主。（3）重視“三化”，逐步過渡采用國際標(biāo)準(zhǔn)三化是指：標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化（4）發(fā)展一機(jī)多用產(chǎn)品為了充分發(fā)揮工程起重機(jī)的作用，擴(kuò)大其使用范圍，有的國家在設(shè)計(jì)起重機(jī)是重視了產(chǎn)品的多用性。（5）采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝為了減輕起重機(jī)的自重，提高起重機(jī)的性能，保證起重機(jī)可靠地工作，現(xiàn)在都多采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。門式起重機(jī)的形式種類按其主梁形式、取物裝置及小車配置等特征，劃分如表1序

號(hào)

主梁型式

名

稱

小車種類代

號(hào)1雙

梁

吊鉤門式起重機(jī)

單小車MG2雙

梁

吊鉤門式起重機(jī)

雙小車

ME3雙

梁

抓斗門式起重機(jī)

單小車

MZ4雙

梁

電磁門式起重機(jī)

單小車MC5雙

梁

抓斗吊鉤門式起重機(jī)

單小車MN

6雙

梁

抓斗電磁門式起重機(jī)單小車MP7雙

梁

三用門式起重機(jī)單小車MS8單

梁吊鉤門式起重機(jī)

單小車

MDG9單

梁吊鉤門式起重機(jī)

雙小車

MDE10單

梁抓斗門式起重機(jī)

單小車

MDZ11單

梁

電磁門式起重機(jī)

單小車MDC12單

梁

抓斗吊鉤門式起重機(jī)單小車MDN13單

梁

抓斗電磁門式起重機(jī)單小車MDP14單

梁三用門式起重機(jī)單小車MDS

注：序號(hào)5、6、12、13的名稱，亦可稱二用門式起重機(jī)目錄第一章概述…………4

第一節(jié)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的種類和特點(diǎn)……………………4第二節(jié)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)要求…………5第三節(jié)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量…………6第四節(jié)鋼材除銹與預(yù)處理………………7第二章起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝的選擇……………8

第一節(jié)鋼材及焊接材料…………………8第二節(jié)焊接施工的技術(shù)要求……………8第三節(jié)焊條電弧焊………………………9第四節(jié)CO2氣體保護(hù)焊………………10第五節(jié)埋弧焊…………12第三章工藝裝備……………………14

第一節(jié)主梁吊具………………………14第二節(jié)其他工藝裝備…………………15第四章起重機(jī)鋼軌的焊接…………15

第一節(jié)鋼軌的材質(zhì)和表面硬度要求選擇焊材…………15第二節(jié)鋼軌對(duì)接焊工藝……………16第三節(jié)工作原理及運(yùn)用效果…………16第五章鋼結(jié)構(gòu)件殘余應(yīng)力…………17

第一節(jié)焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生及分布………17第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響………………17第三節(jié)減小焊接殘余應(yīng)力的方法……………………19第六章焊接結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律………20第一節(jié)焊接變形種類…………………20第二節(jié)焊接變形的影響因素及其控制…………………20第三節(jié)焊接扭曲變形和波浪變形………22第四節(jié)焊接梁、腹板的上供變形………22第五節(jié)自重引起的主梁下?lián)稀?4第七章梁的變形控制………………25第一節(jié)主梁腹板下料估算……………25第二節(jié)工字梁的焊接控制……………25第三節(jié)箱形梁焊接變形控制…………25第八章梁的制造工藝………………26第一節(jié)板材的切割和拼接……………26第二節(jié)箱形主梁組裝與焊接…………26

第三梁的接頭處理……………………28第四節(jié)偏軌箱形主梁工藝要點(diǎn)………31第五節(jié)梯形主梁工藝要點(diǎn)……………32第六節(jié)端梁工藝要點(diǎn)…………………35第九章總體制造工藝要求…………35第一節(jié)各構(gòu)件的制造工藝質(zhì)量要求……………………35第二節(jié)剛結(jié)構(gòu)變形的火焰矯正…………39第十章檢測…………40總結(jié)致謝參考文獻(xiàn)

第一章概述門式類型起重機(jī)就依靠起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組合使所搬運(yùn)的物品在長方形平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)起重機(jī)運(yùn)動(dòng)的是起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)、安放這些機(jī)構(gòu)并承受載荷，起重機(jī)必須有足夠的強(qiáng)度和剛度的金屬結(jié)構(gòu)，有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的動(dòng)力控制系統(tǒng)；以及，為保證起重機(jī)安全并可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的安全和信號(hào)指示裝置對(duì)工程起重機(jī)，特別是大功率的工程起重機(jī)的需要量日以增加。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝在工程起重機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用。所有這些因素都有里地促進(jìn)了工程起重機(jī)的發(fā)展。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有工程起重機(jī)產(chǎn)品和技術(shù)資料的分析，第一節(jié)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的種類和特點(diǎn)1.）雙梁門式起重機(jī)由主梁和支腿、下橫梁組成的門架、梯子平臺(tái)、行走機(jī)構(gòu)、起重小車、司機(jī)室、電纜卷車、防風(fēng)系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備等組成，設(shè)備主體鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝擬采用汽車起重機(jī)吊裝，具體的安裝及相關(guān)參數(shù)如下：

大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)：重量：15000kg支腿：重量：14000kg主梁（雙個(gè)）主梁總重量：15500kg起重機(jī)總重：134800kg2.）單主梁門式起重機(jī)由主梁和支腿、下橫梁組成的門架、梯子平臺(tái)、行走機(jī)構(gòu)、起重小車、司機(jī)室、電纜卷車、防風(fēng)系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備等組成，設(shè)備主體鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝擬采用汽車起重機(jī)吊裝，具體的安裝及相關(guān)參數(shù)如下：大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)：重量：6000kg支腿：重量：6000kg主梁重量：26000kg起重機(jī)總重：63000kg第二節(jié)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)要求

1.1主梁。主梁采用梯形雙梁結(jié)構(gòu),總長為194924m,寬度為11960mm,單榀主梁上翼緣板寬為4660mm,下翼緣板寬為3000mm,梁高12m,總重2680t。為了利于減輕自重,翼緣板及腹板在長度和高度方向上采用不同厚度的鋼板。主梁由多段標(biāo)準(zhǔn)段組成。結(jié)構(gòu)如下圖所示：

1.2剛性腿。剛性腿采用柱形整體式箱形結(jié)構(gòu),最大截面為9956×9811mm,總重為512t。為減輕自重,板厚在高度方向按等強(qiáng)度的原則采用不同厚度的鋼板設(shè)計(jì)。

1.3柔性腿。柔性腿采用人字形圓管結(jié)構(gòu),由上接頭、兩根鋼管和箱形下橫梁組成,兩根圓管與下橫梁及上接頭采用法蘭聯(lián)接。

第三節(jié)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量（一）基本要求1.Ⅰ、Ⅱ級(jí)焊縫必須經(jīng)探傷檢驗(yàn)，并應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和施工及驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定.2.焊縫表面Ⅰ、Ⅱ級(jí)焊縫不得有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑等缺陷。Ⅱ級(jí)焊縫不得有表面氣孔、夾渣、弧坑、裂紋、電弧擦傷等缺陷，且Ⅰ級(jí)焊縫不得有咬邊、未焊滿等缺陷。（二）基本項(xiàng)目1.焊縫外觀：焊縫外形均勻，焊道與焊道、焊道與基本金屬之間過渡平滑，焊渣和飛濺物清除干凈。2.表面氣孔：Ⅰ、Ⅱ級(jí)焊縫不允許；Ⅲ級(jí)焊縫每50mm長度焊縫內(nèi)允許直徑≤0.4t；且≤3mm氣孔2個(gè)；氣孔間距≤6倍孔徑。3.咬邊：Ⅰ級(jí)焊縫不允許。Ⅱ級(jí)焊縫：咬邊深度≤0.05t，且≤0.5mm，連續(xù)長度≤100mm，且兩側(cè)咬邊總長≤10%焊縫長度。Ⅲ級(jí)焊縫：咬邊深度≤0.lt，且≤lmm。注：t為連接處較薄的板厚。（三）成品保護(hù)1焊后不準(zhǔn)撞砸接頭，不準(zhǔn)往剛焊完的鋼材上澆水。低溫下應(yīng)采取緩冷措施。2不準(zhǔn)隨意在焊縫外母材上引弧。3各種構(gòu)件校正好之后方可施焊，并不得隨意移動(dòng)墊鐵和卡具，以防造成構(gòu)件尺寸偏差。隱蔽部位的焊縫必須辦理完隱蔽驗(yàn)收手續(xù)后，方可進(jìn)行下道隱蔽工序。4低溫焊接不準(zhǔn)立即清渣，應(yīng)等焊縫降溫后進(jìn)行。（四）應(yīng)注意的質(zhì)量問題1．尺寸超出允許偏差：對(duì)焊縫長寬、寬度、厚度不足，中心線偏移，彎折等偏差，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接部位的相對(duì)位置尺寸，合格后方準(zhǔn)焊接，焊接時(shí)精心操作。2．焊縫裂紋：為防止裂紋產(chǎn)生，應(yīng)選擇適合的焊接工藝參數(shù)和施焊程序，避免用大電流，不要突然熄火，焊縫接頭應(yīng)搭10～15mm，焊接中木允許搬動(dòng)、敲擊焊件。3．表面氣孔：焊條按規(guī)定的溫度和時(shí)間進(jìn)行烘焙，焊接區(qū)域必須清理干凈，焊接過程中選擇適當(dāng)?shù)暮附与娏?，降低焊接速度，使熔池中的氣體完全逸出。4．焊縫夾渣：多層施焊應(yīng)層層將焊渣清除干凈，操作中應(yīng)運(yùn)條正確，弧長適當(dāng)。注意熔渣的流動(dòng)方向，采用堿性焊條時(shí)，上須使熔渣留在熔渣后面。第四節(jié)鋼材除銹與預(yù)處理鋼材的除銹方法主要有以下幾種：1、拋丸除銹：利用機(jī)械設(shè)備的高速運(yùn)轉(zhuǎn)把一定粒度的鋼丸靠拋頭的離心力拋出，被拋出的鋼丸與構(gòu)件猛烈碰撞打擊從而達(dá)到祛除鋼材表面銹蝕的目的的一種方法。它使用的鋼丸品種有：鑄鐵丸和鋼絲切丸兩種，鑄鐵丸是利用熔化的鐵水在噴射并急速冷卻的情況下形成的粒度在2～3mm鐵丸，表面很圓整。它成本相對(duì)便宜但耐用性稍差。在拋丸過程中經(jīng)反復(fù)的撞擊鐵丸被粉碎而當(dāng)作粉塵排除。鋼絲切丸是用廢舊鋼絲繩的鋼絲切成2mm的小段而成，它的表面帶有尖角，除銹效果相對(duì)高且不易破碎使用壽命延長，但價(jià)格有所提高。后者的拋丸表面更粗糙一些。2、噴丸除銹：利用高壓空氣帶出鋼丸噴射到構(gòu)件表面達(dá)到的一種除銹方法。3、噴砂除銹：利用高壓空氣帶出石英砂噴射到構(gòu)件表面達(dá)到的一種除銹方法。石英砂的來源有：河砂、海砂及人造砂等。砂的成本低且來源廣泛，但對(duì)環(huán)境污染大；除銹完全靠人工操作，除銹后的構(gòu)件表面粗糙度小，不易達(dá)到摩擦系數(shù)的要求。海砂在使用前應(yīng)祛除其鹽份。以上兩種除銹方法對(duì)環(huán)境濕度要求小于85%。4、酸洗除銹：酸洗除銹亦稱化學(xué)除銹，其原理是利用酸洗液中的酸與金屬氧化物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使金屬氧化物溶解，而除去鋼材表面的銹蝕和污物。但酸洗不能夠達(dá)到拋丸或噴丸的表面粗糙度效果。且在酸洗除銹后一定要大量清水清洗并鈍化處理；它所形成的大量廢水、廢酸、酸霧造成環(huán)境污染。如果處理不當(dāng)還會(huì)造成金屬表面過蝕，形成麻點(diǎn)。目前很少采用。5、手工和動(dòng)力除銹：工具簡單施工方便。但勞動(dòng)強(qiáng)度大，除銹質(zhì)量差。該法只有在其他方法都不具備的條件下才能局部采用。比如個(gè)別構(gòu)件的修整或安裝工地的局部除銹處理等。其常用工具有：砂輪機(jī)、鏟刀、鋼絲刷、砂布等。供加工使用的鋼材，由于軋制后冷卻收縮不均勻和運(yùn)輸堆放中的各種影響，會(huì)發(fā)生形變和銹蝕。為保證號(hào)料和加工質(zhì)量，加工廠在號(hào)料前應(yīng)對(duì)鋼料進(jìn)行矯正、矯平和清銹，并涂上防銹涂料。鋼材的矯正及預(yù)處理：矯正方法的選用，除與工件的形狀、材料的性能和工件的變形程度有關(guān)外，還與生產(chǎn)設(shè)備有關(guān)。選擇剛才矯正方法時(shí)應(yīng)注意以下問題：對(duì)鋼性較大的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎曲變形不宜采用冷矯正，應(yīng)在與焊接部位對(duì)稱的位置采用火焰矯正方法進(jìn)行矯正?；鹧娉C正時(shí)，要嚴(yán)格控制加熱溫度，避免因鋼材組織變化而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。盡量避免災(zāi)結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)截面的受拉區(qū)進(jìn)行火焰矯正。采用機(jī)械方法或化學(xué)方法對(duì)鋼材的表面進(jìn)行清理的過程稱為預(yù)處理門式起重機(jī)主架的制作主要是以鋼板為主，鋼板和型鋼在軋制過程中，可能產(chǎn)生殘余應(yīng)力而變形，或者摘下料過程中鋼板經(jīng)過剪切、氣割等工序加工后因鋼材受外力加熱等因素的影響，會(huì)使表面產(chǎn)生不平、彎曲、扭曲、波浪等變形缺陷，另外，鋼材因存放不當(dāng)和其他因素的影響，也會(huì)使鋼材表面產(chǎn)生鐵銹、氧化皮等。這些都將影響龍門吊主架的零部件制造和整體質(zhì)量。鋼材的預(yù)處理是把鋼板在焊裝之前進(jìn)行清理、烘干等的處理工藝。而矯正是使鋼材在加工之前保持一種良好的平直狀態(tài)，以利于零件的加工。鋼材的表面清理與防護(hù)所謂表面清理與防護(hù)，系指清除鋼材表面的氧化皮和鐵銹然后再除銹ide鋼材表面涂刷防銹底漆的工藝過程。昂才子啊鋼廠熱軋時(shí)，會(huì)跟空氣中的氧氣直接起氧化反應(yīng)，在表面形成一層完整的、致密的氧化鎂。在以后的運(yùn)輸貯存中，鋼材表面會(huì)吸附空氣中的水分，由于鋼中含有一定比例的碳和其它元素，因而在鋼材的表面會(huì)形成無數(shù)的微電池而發(fā)生電化銹蝕，使鋼材表面產(chǎn)生銹斑第二章起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝的選擇第一節(jié)鋼材及焊接材料鋼材及焊接材料，應(yīng)按施工圖的要求選用，其性能和質(zhì)量必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并應(yīng)具有質(zhì)量證明書或檢驗(yàn)報(bào)告。如采用其它鋼材和焊接材料代換時(shí)，必須經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意，同時(shí)應(yīng)有可靠的試驗(yàn)資料以及相應(yīng)的工藝文件方可施焊。焊接材料是指焊接時(shí)所消耗材料的通稱，例如焊條、焊絲、金屬粉末、焊劑、氣體等。焊接行業(yè)發(fā)展迅速，主要分為氬焊、CO2焊接、氧切割、電焊。常用鋼材焊接焊條選配如下表2-1：鋼材技術(shù)條件焊條金屬要求備注鋼號(hào)抗拉強(qiáng)度ft（MPa）屈服強(qiáng)度ft(MPa)焊條型號(hào)抗拉強(qiáng)度f(MPa)屈服強(qiáng)度f(MPa)延伸率δ5(％)不小于Q235370～460≥235E4301E4303E4315E431642033018重要構(gòu)件Q295370～46041041O≥235≥295≥295E4303E4315E431642033018E4315E431642033022重要結(jié)構(gòu)用Q345470～51O470470～490≥345≥345≥345E5010E5011E500349039022E5015E501649039022重要結(jié)構(gòu)用Q390530530≥300≥300E5503E5510E5513E5515E551654044016注：鋼材抗拉、屈服強(qiáng)度，由kgf／mm2換算成MPa的關(guān)系為1kgf／mm2=9.8MPa。第二節(jié)焊接施工的技術(shù)要求

1.鋼結(jié)構(gòu)制作和安裝的切割、焊接設(shè)備，其使用性能應(yīng)滿足選定工藝的要求。2.火焰切割前應(yīng)將鋼材表面距切割邊緣５０ｍｍ范圍內(nèi)的銹斑、油污等清除干凈。切割宜采用精密切割，氧氣純度應(yīng)達(dá)到９９.５％～９９.８％，丙烷達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)純度。3.焊接坡口可用火焰切割或機(jī)械加工，但加工后的坡口型式與尺寸，應(yīng)符合本規(guī)程相關(guān)要求?；鹧媲懈顣r(shí)，切口上不得產(chǎn)生裂紋，并不宜有大于１.０ｍｍ的缺棱，切割后應(yīng)清除邊緣上的氧化物、熔瘤和飛濺物等。機(jī)械加工時(shí)，加工表面不應(yīng)出現(xiàn)臺(tái)階。4.切口或坡口邊緣上的缺棱，當(dāng)其為１～３ｍｍ時(shí)，可用機(jī)械加工或修磨平整，坡口不超過１/１０；當(dāng)缺棱或溝槽超過３.０ｍｍ時(shí)則應(yīng)用φ３.２以下的低氫型焊條補(bǔ)焊，并修磨平整。5．焊條、焊絲、焊劑和粉芯焊絲均應(yīng)儲(chǔ)存在干燥、通風(fēng)良好的地方，并設(shè)專人保管。焊條、焊劑和粉芯焊絲在使用前，必須按產(chǎn)品說明書及有關(guān)工藝文件規(guī)定的技術(shù)要求進(jìn)行烘干。6．施焊前，焊工應(yīng)檢查焊件部位的組裝和表面清理的質(zhì)量，如不符合要求，應(yīng)修整合格后方能施焊。7.雨雪天氣時(shí)，禁止露天焊接。構(gòu)件焊區(qū)表面潮濕或有冰雪時(shí)，必須清除干凈方可施焊。在四級(jí)以上風(fēng)力焊接時(shí)，應(yīng)采取防風(fēng)措施。8.常用普通低合金結(jié)構(gòu)鋼施焊最低溫度9.不應(yīng)在焊縫以外的母材上打火引弧。10.定位點(diǎn)焊，必須由持焊工合格證的工人施焊。點(diǎn)焊用的焊接材料，應(yīng)與正式施焊用的材料相同。11.Ｔ型接頭角焊縫和對(duì)接接頭的平焊縫，其兩端必須配置引弧板和引出板，其材質(zhì)和坡口型式應(yīng)與被焊工件相同。手工焊引弧板和引出極長度，應(yīng)大于或等于６０ｍｍ，寬度應(yīng)大于或等于５０ｍｍ；焊縫引出長度應(yīng)大于或等于２５ｍｍ。自動(dòng)焊引弧板和引出板長度，應(yīng)大于或等于１５０ｍｍ，寬度應(yīng)大于或等于８０ｍｍ；焊縫引出長度應(yīng)大于或等于８０ｍｍ。焊接完畢后，必須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，嚴(yán)禁用錘擊落。12.對(duì)非密閉的隱蔽部位，應(yīng)按施工圖的要求進(jìn)行涂層處理后，方可進(jìn)行組裝；對(duì)刨平頂緊的部位，必須經(jīng)質(zhì)量部門檢查合格后才能施焊。13.坡口底層焊道宜采用不大于φ３.２ｍｍ的焊條，底層根部焊道的最小尺寸應(yīng)適宜，以防產(chǎn)生裂紋。要求焊透的對(duì)接雙面焊縫和Ｔ型接頭角焊縫的背面，可用清除焊根的方法施焊。第三節(jié)焊條電弧焊1．.焊接的基本原理電弧焊是利用在兩極之間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生持久而強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象，產(chǎn)生高溫使焊件熔接在一起，其主要特點(diǎn)是，電弧是熔化金屬的熱源，而電弧的能量來自電源。手工電弧焊(簡稱手弧焊)，是利用手工操縱焊條進(jìn)行電弧焊的方法.操作中焊條和焊件分別作為兩個(gè)電極，利用焊條和焊件之間產(chǎn)生的電弧熱量來熔化焊件金屬，冷卻后形成焊縫.焊接電弧的引燃。手工電弧焊開始，焊機(jī)開動(dòng)，雖有空載電壓作用在焊條和焊件(或稱兩極)上，但這時(shí)電極之間的氣體仍保持為原子狀態(tài),還沒有產(chǎn)生電弧，面電弧只有經(jīng)過引燃過程后才能產(chǎn)生。當(dāng)氣體原子或分子獲得足夠能量時(shí)，便可釋放電子，形成正離子和負(fù)離子。這些正\負(fù)離子及電子組成的帶電質(zhì)子，在氣體中達(dá)到一定濃度以后,就使氣體變成導(dǎo)電體。引燃電弧的重要條件之一就是使電極之間的氣體導(dǎo)電。引燃電弧時(shí)，焊條未端碰觸被焊件，焊接回路短路，強(qiáng)大的短路電流流過短路處，將產(chǎn)生很多的熱量，焊條末端與焊件的接觸處迅速熔化甚至蒸發(fā)。在提起焊條瞬間，短路電流通過金屬的細(xì)頸,這時(shí)電流密度迅速增大，它的溫度突然升高.當(dāng)焊條與焊件迅速分開以后，在兩極間的氣體間隙中，充滿了容易導(dǎo)電的金屬蒸氣.在焊條與焊件分開的同時(shí)，很高的電壓作用在兩電極之間，使陰極向外發(fā)射電子，因?yàn)闅怏w里有金屬蒸氣和藥皮蒸氣，氣體開始導(dǎo)電，電弧便引燃了。電弧引燃以后，氣體的帶電質(zhì)點(diǎn)迅速增加，它的濃度達(dá)到平衡.陰極的連續(xù)電子發(fā)射，氣體的不斷電離，就能使電弧持久而穩(wěn)定地燃燒.。2．焊接電弧的構(gòu)成焊接電弧由陰極區(qū)\陽極區(qū)和弧柱區(qū)三部分組成.電弧緊靠陰極表面的區(qū)域稱為陰極區(qū)，緊靠陽極表面的區(qū)域稱為陽極區(qū)，由于正離子的質(zhì)量要比電子質(zhì)量大得多，因此在同一電場的作用下,電子離開陰極而跑向陽極的速度要比正離子離開陽極而跑向陰極的速度大得多。這樣，在陰極區(qū)便剩有較多的正離子，造成陰極區(qū)電壓降，同理，在陽極區(qū)便有較多的電子造成陽極區(qū)電壓降，陰極區(qū)的電場強(qiáng)度較大，電弧里的正離子轟擊陰極表面，把它們的電場能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，在陰極表面形成白亮的輝點(diǎn)，叫做陰極輝點(diǎn)。陰極輝點(diǎn)的最高溫度可以達(dá)到陰極材料的沸點(diǎn)，同樣原因，負(fù)離子和電子轟擊陽極表面，形成陽極輝點(diǎn)。用直流電源焊接,被焊工件可以接到焊機(jī)輸出端的正極或負(fù)極，前者稱為焊接的正極性或正接，后者稱為焊接的反極性或反接，正接的陽極輝點(diǎn)都落在被焊工件上，反接的陰極輝點(diǎn)都落在被焊工件上，熔深主要是在輝點(diǎn)處加熱形成的，如果陰極和陽極是同樣的材料，由于陽極輝點(diǎn)的溫度高于陰極輝點(diǎn)的溫度,所以正接比反接產(chǎn)生的熔深大.。位于陰極區(qū)和陽極區(qū)中間部分的電弧叫弧柱.弧柱長度隨兩個(gè)電極之間的距離而變化,但因?yàn)殛帢O區(qū)和陽極區(qū)厚度很小，通常便用弧柱的長度來代表電弧的長度.。弧柱的溫度由于不受電極材料沸點(diǎn)的限制，因此弧柱溫度通常高于陰極輝點(diǎn)和陽極輝點(diǎn)的溫度，可達(dá)達(dá)5000--8000℃。一般情況下，焊接電流越大，弧柱中電離程度也越大，弧柱溫度也越高.。焊接電弧的能量是由焊接電源(弧焊發(fā)電機(jī)或弧焊變壓器)供給的，這些能量消耗于陰極發(fā)射電子，氣體分子吸熱以后分解為原子，原子電離并激勵(lì)帶電質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)，這些消耗的能量又通過電弧各個(gè)區(qū)域的帶電質(zhì)點(diǎn)碰撞相應(yīng)電極\異性帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合\吸熱化學(xué)反應(yīng)\受激勵(lì)的原子回復(fù)到穩(wěn)定的狀態(tài)等途徑，以熱能和輻射能等形式釋放出來.實(shí)質(zhì)上，電弧燃燒是能量轉(zhuǎn)換的過程,焊接電弧所產(chǎn)生的能量能用于焊接.。焊條與電流匹配參數(shù)表2-2焊條直徑(mm)1.62.05.05.8電流(A)25～4040～6050～80100～130160～210200～270260～300注：立、仰、橫焊電流應(yīng)比平焊?。保埃プ笥摇５谒墓?jié)CO2氣體保護(hù)焊以CO2作保護(hù)氣體，依靠焊絲與焊件之間的電弧來熔化金屬的氣體保護(hù)焊的方法稱CO2焊。這種焊接法采用焊絲自動(dòng)送絲，敷化金屬量大、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定。由于二氧化碳?xì)怏w的0熱物理性能的特殊影響，使用常規(guī)焊接電源時(shí)，焊絲端頭熔化金屬不可能形成平衡的軸向自由過渡，通常需要采用短路和熔滴縮頸爆斷、因此，與MIG焊自由過渡相比，飛濺較多。但如采用優(yōu)質(zhì)焊機(jī)，參數(shù)選擇合適，可以得到很穩(wěn)定的焊接過程，使飛濺降低到最小的程度。由于所用保護(hù)氣體價(jià)格低廉，采用短路過渡時(shí)焊縫成形良好，加上使用含脫氧劑的焊絲即可獲得無內(nèi)部缺陷的劉質(zhì)量焊接接頭。因此這種焊接方法目前已成為黑色金屬材料最重要焊接方法之一。一．特點(diǎn)及運(yùn)用a.生產(chǎn)效率高：由于CO2焊的電流密度大，電弧熱量利用率較高，焊后不需清渣，因此比手工電弧焊生產(chǎn)率高；b.成本低：CO2氣體價(jià)格便宜，且電能消耗少，降低了成本；c.焊接變形?。篊O2焊電弧熱量集中，焊件受熱面積小，故變形??；d.焊接質(zhì)量好：CO2焊的焊縫含氫量少，抗裂性好，焊縫機(jī)械性能好；e.操作簡便：焊接時(shí)可觀察到電弧和熔池情況，不易焊偏，適宜全位置焊接，易掌握；f.適應(yīng)能力強(qiáng)：CO2焊常用于碳鋼及低合金鋼，可進(jìn)行全位置焊接。除用于焊接結(jié)構(gòu)外，還用于修理和磨損零件的堆焊，我公司主要用于閥體和閥座的連接焊，鑄件補(bǔ)焊。缺點(diǎn)是：如采用大電流焊接時(shí)，焊縫表面成形不如埋弧焊，飛濺較多；不能焊接易氧化的有色金屬。也不宜在野外或有風(fēng)的地方施焊。二、CO2氣體保護(hù)焊工藝參數(shù)為了保證CO2氣體保護(hù)焊能獲得優(yōu)良的焊接質(zhì)量，除了要有合適的焊接設(shè)備和焊接材料外，還應(yīng)選擇合理的焊接工藝參數(shù)，包括：焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊絲伸出長度、焊接速度、氣體流量、電源極性及回路電感等八種工藝參數(shù)。1.焊絲直徑：焊絲直徑根據(jù)焊件厚度、焊縫空間位置及生產(chǎn)率等條件來選擇薄板或中板的立、橫、仰焊時(shí)，多采用直徑1.6mm以下的細(xì)焊絲。當(dāng)平焊位置焊接中厚板時(shí)，可采用徑大于1.6mm的粗絲。不同直徑焊絲的適用范圍表2-3絲徑（mm）熔滴過渡形式施焊位置焊件厚度0.5~0.8短路過渡全位置1.0~2.5顆粒過渡平位2.5~4.01.0~1.4短路過渡全位置2.0~8.0顆粒過渡平位2.0~12.01.6短路過渡全位置3.0~12≥1.6顆粒過渡平位＞6根據(jù)以上原則，在“座─體”連接焊時(shí)，一般可選焊絲直徑1.0~1.6左右的細(xì)絲進(jìn)行焊接。2.焊接電流：CO2保護(hù)焊時(shí)，焊接電流是最重要的參數(shù)。因?yàn)楹附与娏鞯拇笮?，決定了焊接過程的熔滴過渡形式，從而對(duì)飛濺程度、電弧穩(wěn)定性有很大的影響，同時(shí)，焊接電流對(duì)于熔深及生產(chǎn)率，也有著決定性的影響。電流增大，熔深增加，熔寬略增加，焊絲熔化速度增加，生產(chǎn)率提高，但電流太大時(shí)，會(huì)使飛濺增加，并容易產(chǎn)生燒穿及氣孔等缺陷。反之，若電流太小，電弧不穩(wěn)定，而產(chǎn)生未焊透，焊縫成形差。不同絲徑焊接電流選用范圍表2-4絲徑（mm）焊接電流（A）顆粒過渡（30~45V）短路過渡（16~22V）0.8150~25050~1001.0150~30070~1201.2160~35090~1501.6200~500140~2002.0350~600160~2502.4500~750180~2803.電弧電壓：電弧電壓也是重要的焊接工藝參數(shù)，選擇時(shí)必須與焊接電流配合恰當(dāng)。電弧電壓的大小對(duì)焊縫成形、熔深、飛濺、氣孔以及焊接過程的穩(wěn)定性等都有很大影響通常細(xì)絲焊接時(shí)電弧電壓為16~24V，粗絲（?1.6以上）焊接時(shí)電弧電壓為25~36V。采取短路過渡形式時(shí)，其電弧電壓與焊接電流的最佳配合范圍見下表:：CO2短路過渡時(shí)電弧電壓最佳范圍2-5焊接電流（A）電弧電壓（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：焊接速度會(huì)影響焊縫成形、氣體保護(hù)效果、焊接質(zhì)量及效率。在一定的焊絲直徑、焊接電流和電弧電壓的工藝條件下，速度增快，焊縫熔深及熔寬都有所減小。如果焊速太快，則可能產(chǎn)生咬邊或未熔合缺陷，同時(shí)，氣體保護(hù)效果變壞，出現(xiàn)氣孔。反之若焊速太慢，效率低，焊接變形大。通常，CO2半自動(dòng)焊速在15~30m/h范圍內(nèi)；自動(dòng)焊時(shí)，速度稍快些，但一般不超過40m/h。5.焊絲伸出長度：指從導(dǎo)電嘴到焊絲端頭的距離。一般按下式選定：L=10dmm如果焊接電流取上限值，則伸出長度也可稍大一些。6.CO2氣體流量：其大小應(yīng)根據(jù)接頭形式、焊接電流、焊接速度、噴嘴直徑等參數(shù)決定。通常細(xì)絲（＜1.6）焊接時(shí)，流量為5~15L/min；粗絲（≥1.6）焊時(shí)，流量15~25L/min。7.電源極性：CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，主要采用直流反極性連接，這種焊接過程電弧穩(wěn)定，飛濺少、熔深大。而正極接時(shí)，因?yàn)楹附z為陰極，焊件為陽極，焊絲熔化速度快，而熔深較淺，余高增大，飛濺也較多，一般只用于閥門堆焊或鑄鋼件的補(bǔ)焊。8.回路電感：焊接回路中串聯(lián)的電感量應(yīng)根據(jù)焊絲直徑、焊接電流、和電弧電壓來選擇。合適的電感，可以調(diào)節(jié)短路電流的增長速度，使飛濺減少，還可以調(diào)節(jié)短路頻率，調(diào)節(jié)燃弧時(shí)間，控制電弧熱量；電感值太大時(shí)，短路過渡慢，短路次數(shù)少，引起大顆粒的金屬飛濺或焊絲成段炸斷，造成熄弧或引弧困難；電壓值太小時(shí)，短路電流增長速度快，造成很細(xì)的顆粒飛濺，使焊縫邊緣不齊。焊絲直徑（mm）焊接電流（A）電弧電壓（V）電感量（mH）0.8100180.01~0.081.2130190.01~0.161.6160200.3~0.7焊接回路電感量的選擇2-6通常，可采取試焊法，來調(diào)整電感量，當(dāng)達(dá)到焊接過程電弧穩(wěn)定、短路頻率較高，飛濺最小時(shí)，則此電感量值是合適的。上述8種參數(shù)中，主要是焊絲直徑、焊接電流和電弧電壓、焊接速度等幾項(xiàng)，其它參數(shù)基本上變化不大。在選擇焊接工藝參數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)板厚、接頭形式和焊縫空間位置，以及確定的熔滴過渡形式等來綜合考慮，從而滿足焊接質(zhì)量和生產(chǎn)要求。第五節(jié)埋弧焊埋弧焊（含埋弧堆焊及電渣堆焊等）是一種電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。其固有的焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接生產(chǎn)率高、無弧光及煙塵很少等優(yōu)點(diǎn)，使其成為壓力容器、管段制造、箱型梁柱等重要鋼結(jié)構(gòu)制作中的主要焊接方法。近年來，雖然先后出現(xiàn)了許多種高效、優(yōu)質(zhì)的新焊接方法，但埋弧焊的應(yīng)用領(lǐng)域依然未受任何影響。從各種熔焊方法的熔敷金屬重量所占份額的角度來看，埋弧焊約占10%左右，且多年來一直變化不大。埋弧焊是當(dāng)今生產(chǎn)效率較高的機(jī)械化焊接方法之一，它的全稱是埋弧自動(dòng)焊,又稱焊劑層下自動(dòng)電弧焊。優(yōu)點(diǎn)：1.生產(chǎn)效率高這是因?yàn)?，一方面焊絲導(dǎo)電長度縮短，電流和電流密度提高，因此電弧的溶深和焊絲溶敷效率都大大提高。（一般不開坡口單面一次溶深可達(dá)20mm）另一方面由于焊劑和溶渣的隔熱作用，電弧上基本沒有熱的輻射散失,飛濺也少，雖然用于熔化焊劑的熱量損耗有所增大，但總的熱效率仍然大大增加。2.焊縫質(zhì)量高熔渣隔絕空氣的保護(hù)效果好，焊接參數(shù)可以通過自動(dòng)調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定，對(duì)焊工技術(shù)水平要求不高,焊縫成分穩(wěn)定，機(jī)械性能比較好。3.勞動(dòng)條件好除了減輕手工焊操作的勞動(dòng)強(qiáng)度外，它沒有弧光輻射，這是埋弧焊的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。埋弧焊的應(yīng)用范圍目前主要用于焊接各種鋼板結(jié)構(gòu)。可焊接的鋼種包括碳素結(jié)構(gòu)鋼，不銹鋼，耐熱鋼及其復(fù)合鋼材等。埋弧焊在造船，鍋爐，化工容器，橋梁，起重機(jī)械及冶金機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。此外，用埋弧焊堆焊耐磨耐蝕合金或用于焊接鎳基合金，銅合金也是較理想的。對(duì)接接頭埋弧自動(dòng)焊參數(shù)表2-7板厚(mm)焊絲直徑(mm)接頭型式焊接順序焊接參數(shù)焊接電流(A)電弧電壓(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第三章工藝裝備第一節(jié)主梁吊具門式起重機(jī)的支腿工作狀態(tài)是傾斜的。其吊裝狀態(tài)也是傾斜的，與垂直吊裝相比，其拴鉤和精確對(duì)位的難度要大。可選擇旋轉(zhuǎn)法和滑移法來吊裝較為理想。所以采用旋轉(zhuǎn)法吊裝，根據(jù)支腿的實(shí)際高度，計(jì)劃出臂的高度。主梁吊裝1、本次工藝制作，按門式起重機(jī)所需工作半徑制定出其站定部位，兩主梁在地梁兩邊盡可能靠近運(yùn)行地梁，避免主梁起吊就位時(shí)，起重機(jī)工作半徑增大。所以，頭一根主梁在兩端支腿中間采用主梁吊裝到位后，大臂移到支腿上面接法蘭處對(duì)位。另一根主梁則將其吊到起重機(jī)主梁外面，將主梁吊到位以后趴大臂移到支腿上面接法蘭處對(duì)位。主梁墊架制作墊架制作材質(zhì)選用Q235為易，墊架應(yīng)有足夠的鋼度，一般選材應(yīng)不小于14#槽鋼。見圖2下橫梁的吊裝：利用流動(dòng)式起重機(jī)將已組裝好的下橫梁按軌道上的劃線位置吊至在軌道上，并用枕木或支撐把下橫梁固定牢固。重新找正兩根下橫梁的基準(zhǔn)線，調(diào)整跨度及對(duì)角線至標(biāo)準(zhǔn)允許的誤差范圍之內(nèi)。要注意控制車輪踏面中心與軌道中心線的偏差。3支腿吊裝門式起重機(jī)的支腿工作狀態(tài)是傾斜的。其吊裝狀態(tài)也是傾斜的，與垂直吊裝相比，其拴鉤和精確對(duì)位的難度要大?？蛇x擇旋轉(zhuǎn)法和滑移法來吊裝較為理想。第二節(jié)其他工藝裝備小車吊裝1、選定汽車起重機(jī)的工作位置：按小車安裝位置的要求，確定汽車起重機(jī)適宜的工作位置，以便于順利完成小車組件吊裝作業(yè)。2、吊索及機(jī)具的拴掛拆去小車防雨罩，估算小車組件重量和位置，防止拴掛不當(dāng)載荷嚴(yán)重偏心。第四章起重機(jī)鋼軌的焊接在起重機(jī)的制造工藝中，常將箱形主梁上鋪設(shè)的鋼軌采用對(duì)接形式焊接成一根無縫隙的長鋼軌。在大車軌道安裝中，也有許多是采用焊接的聯(lián)接型式?，F(xiàn)將實(shí)際工作中鋼軌對(duì)接焊接工藝的案例總結(jié)如下。第一節(jié)．鋼軌的材質(zhì)和表面硬度要求選擇焊材1.鋼軌起重機(jī)的小車軌道有三種(1)起重機(jī)鋼軌如QU70、QU80等。(2)P型鋼軌如P24、P38、P43等。(3)方鋼如：30mm×40mm、40mm×40mm等。前兩種鋼軌的頂部做成凸?fàn)睿撞渴蔷哂幸欢▽挾鹊钠桨?，可增大與基礎(chǔ)的接觸面。鋼軌的截面為工字形，具有良好的抗彎強(qiáng)度，其含碳量、含錳量較高，wC=0.5％～0.8％，wMn=0.6％～1.5％。而方鋼的材料為Q275，頂部平直，對(duì)車輪磨損較大，這里暫不討淪。2.焊條鋼軌的對(duì)接焊縫要求不進(jìn)行處理就能達(dá)到鋼軌的表面硬度。如下圖所示，在軌道頭部以下，用E5016焊條；在軌道頭部用堆焊焊條D322(鉻鎢鉬釩冷沖模焊條)。這樣既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，不但可保證對(duì)接焊縫質(zhì)量和強(qiáng)度，而且可使堆焊層硬度(焊后空冷)≥55HRC。上述兩種焊接條都是交、直流兩用，直徑均為5mm，焊接電流均為180～240A，電弧電壓均為36～24V。第二節(jié)．鋼軌對(duì)接焊工藝1.工具、材料及焊接準(zhǔn)備電焊機(jī)1～2臺(tái)，焊炬2～3把0～300℃溫度計(jì)一只，氧氣、乙炔氣。焊前將焊條放在350～400℃烘箱內(nèi)烘焙1h以后，把對(duì)接的鋼軌平放在水泥地面上支好，對(duì)接焊縫間隙20mm，校直、校平，鋼軌對(duì)接表面除油、除污、打磨及擦洗干凈。2.焊接操作由于鋼軌焊接性能較差，因此焊接工藝較為繁瑣，要把0～300℃的溫度計(jì)固定在鋼軌上，在距離焊縫兩邊100mm長的位置，用2～3把焊炬同時(shí)對(duì)鋼軌預(yù)熱。當(dāng)鋼軌溫度達(dá)到230～250℃時(shí)，先用E5016焊條從鋼軌底部邊加熱邊堆焊，堆焊至軌道頭部時(shí)，在用D322焊條邊加熱邊堆焊。焊接要間斷進(jìn)行，盡量減少焊接部位的熱量，使焊接過程中始終保持軌道溫度230～250℃。全部焊接完成后，還要繼續(xù)加熱到250℃，再將鋼軌在空氣中經(jīng)過≥0.5h時(shí)間緩慢冷卻到室外溫度(30℃左右)，以防止裂紋產(chǎn)生。焊接后應(yīng)檢查焊縫處和與鋼軌銜接處有無明顯痕跡及焊后硬度。焊后用氣動(dòng)砂輪磨削，使鋼軌頭部的堆焊縫與原鋼軌表面保持在同一平而上，具有同樣的表而粗糙度。第三節(jié)工作原理及應(yīng)用效果一．工作原理鋼在不同的溫度下具有不同的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，而內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化必然使鋼的力學(xué)性能也發(fā)生改變。鋼軌的wC=0.5％～0.8％，屬于亞共析鋼，在AC1線(723℃)以下時(shí)，鋼的內(nèi)部組織是鐵索體和珠光體，這種鋼表面淬火后形成馬氏體組織，具有很高的強(qiáng)度和硬度。在焊接之前，鋼軌先預(yù)熱到230～250℃，做一次低溫回火處理，使焊縫部位的金屬冷卻后不開裂，這時(shí)硬化層的結(jié)構(gòu)由馬氏體向回火馬氏體轉(zhuǎn)變，使鋼的內(nèi)應(yīng)力局部消除，韌性有所增加，而硬度幾乎不降低，也可保證鋼軌在預(yù)熱溫度下不變形。如果預(yù)熱溫度過高，會(huì)使原表而硬化層的馬氏體組織轉(zhuǎn)變成其他組織，比如索氏體，導(dǎo)致鋼軌硬度降低。在鋼軌對(duì)接焊時(shí)，隨著焊接溫度的升高，焊接部位的回火馬氏體開始向其他組織轉(zhuǎn)變。焊接要間斷進(jìn)行，盡量減少焊接部位的熱量，使鋼軌焊接過程中始終保持230～250℃的溫度。當(dāng)這一部位焊接結(jié)束，如在空氣中迅速冷卻到230～250℃，回火脆性是經(jīng)常遇到的問題。對(duì)一般碳鋼而言，馬氏體開始形成溫度為200～350℃，而鋼軌是含錳元素的合金鋼，鋼軌的馬氏體形成溫度應(yīng)為100～這就要求鋼軌全部對(duì)接焊接后，應(yīng)加熱到230～250℃后在空氣中緩慢地冷卻，經(jīng)過≥0.5h，溫度從230～250二．應(yīng)用效果采用上述對(duì)接焊接工藝將焊接性能較差的鋼軌成功地運(yùn)用在起重機(jī)產(chǎn)品的小車軌道制作上。起重機(jī)箱形主粱上鋪設(shè)的鋼軌采用焊接的形式對(duì)接成一根無縫隙的整根鋼軌，可大大增加起重機(jī)箱形豐梁的剛性，既減少了主梁的拱度下?lián)献冃?，又減少了起重機(jī)小車運(yùn)行的噪聲，使小車運(yùn)行平穩(wěn)，輪壓均勻。另外，還減少了小車車輪磨損，延長了車輪壽命，從而延長了起重機(jī)的使用壽命，提高了可靠性，減少了維修工作量，節(jié)約用戶在使用中的費(fèi)用，受到用戶的好評(píng)。這種焊接工藝對(duì)大噸位、大跨度的起重機(jī)尤為重要。隨著鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)制造技術(shù)的逐年提高，廠房跨度越來越大，鋼軌對(duì)接焊接工藝這項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的技術(shù)顯得越來越重要了。第五章鋼結(jié)構(gòu)件殘余應(yīng)力

第一節(jié)焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生及分布焊縫金屬是由焊接填充金屬材料及部分母材金屬熔化結(jié)晶后形成的。其組織和化學(xué)成分都不同于母材。熱影響區(qū)受焊接熱循環(huán)的影響組織和性能都發(fā)生變化，特別是熔合區(qū)的組織和性能更為明顯，因此焊接接頭是個(gè)成分組織和性能都不一樣的均勻體。此外，焊接接頭因形狀和布置不同將會(huì)產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力集中。在焊接過程中，隨時(shí)間而變化的內(nèi)應(yīng)力為焊接瞬時(shí)應(yīng)力，焊后當(dāng)焊件溫度降至常溫時(shí)，殘存于焊件中的內(nèi)應(yīng)力則為焊接殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力在一定條件下，還會(huì)影響焊件的強(qiáng)度、剛度，受壓時(shí)的穩(wěn)定性，加工精度和尺寸的穩(wěn)定性等。

焊接應(yīng)力的分布和大小取決于：材料的線膨脹系數(shù)、彈性模量、屈服點(diǎn)，焊件的形狀尺寸和溫度場，而溫度場又與材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、密度以及焊接工藝參量和條件密切相關(guān)。由于焊接過程的溫度變化范圍大，上述材料的各種系數(shù)有很大的起伏，特別是牽涉到材料的相變時(shí)，可能引起焊接應(yīng)力的反復(fù)。這種情況使焊接應(yīng)力變形問題十分復(fù)雜，因此實(shí)踐中往往采用理論和數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法來掌握焊接應(yīng)力變形的規(guī)律和影響因素，最終達(dá)到預(yù)測、控制和調(diào)整它們的目的。焊接應(yīng)力和種類根據(jù)其空間位置和相互關(guān)系可以分為以下幾種：1、

單向應(yīng)力：焊接薄板的對(duì)接焊縫以及在焊件表面堆焊時(shí)，焊件存在的應(yīng)力是單向應(yīng)力。2、

雙向應(yīng)力：在焊接較厚的對(duì)接焊縫時(shí)，焊件存在的應(yīng)力雖不同向，但均在一個(gè)平面內(nèi)，即是雙向的。3、

三向應(yīng)力：當(dāng)焊接厚大焊件的對(duì)接焊縫時(shí)，焊件存在的應(yīng)力是沿空間三個(gè)方向作用的。此外在三個(gè)方向焊縫交叉處亦有三向應(yīng)力存在。

第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、自重輕、塑性好、抗震性能好及施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，因而鋼結(jié)構(gòu)廣泛用于單層廠房、大跨及高層建筑。在這些結(jié)構(gòu)中許多節(jié)點(diǎn)采用焊接的形式，結(jié)構(gòu)焊接時(shí)將在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生較強(qiáng)的殘余應(yīng)力場，它將直接影響構(gòu)件的受力性能。國內(nèi)外許多鋼結(jié)構(gòu)脆斷破壞事故說明了殘余應(yīng)力是引起低溫脆斷的主要因素之一。

1殘余應(yīng)力對(duì)鋼構(gòu)件靜力強(qiáng)度的影響

如果沒有嚴(yán)重的應(yīng)力集中的焊接構(gòu)件，只要構(gòu)件和焊道本身具有較好的塑性變形能力（沒有低溫、動(dòng)荷載等使鋼材變脆的不利因素），殘余應(yīng)力不會(huì)降低構(gòu)件的靜力強(qiáng)度。因?yàn)橛袣堄鄳?yīng)力的構(gòu)件承受逐漸增大的軸心拉力時(shí)，外荷載引起的拉應(yīng)力將疊加截面的殘余應(yīng)力。在加載過程中，應(yīng)力不斷增加，當(dāng)疊加總應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限fy，構(gòu)件中有殘余拉應(yīng)力的截面提前進(jìn)入塑性區(qū)，后增長的外荷載僅由截面的彈性區(qū)承擔(dān)，隨荷載的增大，彈性區(qū)減少，塑性區(qū)增大，內(nèi)部應(yīng)力不斷疊加，應(yīng)力發(fā)生重新分布，直至整個(gè)截面上的應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限fy時(shí)為止。由于截面殘余應(yīng)力為自相平衡應(yīng)力分布，故靜力荷載相等，即殘余應(yīng)力不會(huì)降低構(gòu)件的靜力強(qiáng)度。但是塑性材料在一定條件下會(huì)失去塑性，變成脆性或者構(gòu)件材料塑性較低，殘余應(yīng)力將會(huì)影響構(gòu)件的靜力強(qiáng)度。因?yàn)闃?gòu)件無足夠的塑性變形產(chǎn)生，在加載過程中應(yīng)力峰值不斷增加，直至達(dá)到材料強(qiáng)度極限后發(fā)生破壞，因而殘余應(yīng)力對(duì)其有影響。

2殘余應(yīng)力對(duì)軸壓桿構(gòu)件穩(wěn)定性的影響

假設(shè)一工字型截面構(gòu)件在兩端鉸接下受到軸壓力N作用，其兩翼緣相等，截面積為A，并假設(shè)腹板面積較小，忽略腹板的殘余應(yīng)力σr的影響，兩翼緣殘余應(yīng)力σr分布見圖1（a）。構(gòu)件在外力作用下，其截面應(yīng)力是由外荷載引起的截面應(yīng)力疊加截面的殘余應(yīng)力，從而使截面在σ=N/A≤fy-σrc時(shí)處于彈性狀態(tài)，構(gòu)件發(fā)生彎曲失穩(wěn)時(shí)的臨界力為歐拉臨界:Ncr=2πEI/l2，相應(yīng)的臨界應(yīng)力σcr=π2E/λ2。當(dāng)σ=N/A≥fy-σrc時(shí)，部分截面將會(huì)提前屈服，進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，使整個(gè)截面呈現(xiàn)出彈性區(qū)和塑性區(qū)（見圖1（b）），隨著外荷載增大，截面上塑性區(qū)變形增大，但應(yīng)力不增加。抵抗外荷載只由彈性區(qū)截面承擔(dān)，整個(gè)截面的有效慣性矩變成截面彈性區(qū)的慣性矩Ie，此時(shí)的臨界應(yīng)力為：Ncr=π2EIe/l2，相應(yīng)的臨界應(yīng)力為:σrc=π2E'/λ2,其中E'=EIe/I為該階段的有效彈性模量。

對(duì)于繞不同主軸屈曲時(shí)，殘余應(yīng)力對(duì)臨界應(yīng)力影響也不同，設(shè)繞強(qiáng)軸屈曲時(shí)的慣性矩為Iex，繞弱軸屈曲時(shí)的慣性矩為Iey

繞強(qiáng)軸屈曲時(shí)：σrcx===k

(1)

繞弱軸屈曲時(shí)：σrcy===k3

(2)式中k為翼緣板彈性區(qū)截面積Ae和全面積A的比值。因?yàn)閗小于1的系數(shù)，所以殘余應(yīng)力對(duì)繞弱軸σcr的降低影響比強(qiáng)軸影響嚴(yán)重得多。由圖可知，如果能使殘余拉應(yīng)力區(qū)遠(yuǎn)離中性軸，則會(huì)大大提高截面有效慣性矩Ie的數(shù)值。在實(shí)際中，為提高臨界力通常采用氣體火焰加熱翼緣板邊緣區(qū)或由兩塊板疊焊等方法產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力區(qū)。如果主軸截面邊緣區(qū)出現(xiàn)最大殘余壓應(yīng)力σcr對(duì)構(gòu)件的屈曲臨界力影響最大、最不利。

3殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的影響

鋼材在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下裂縫生成、擴(kuò)展以致斷裂破壞的現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。在焊接構(gòu)接中，焊接部位一般都有較大的焊接殘余應(yīng)力，包括殘余拉應(yīng)力，其峰值?？山咏蜻_(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度fy。當(dāng)構(gòu)件承受外部循環(huán)拉應(yīng)力的作用時(shí)，焊縫處截面上實(shí)際應(yīng)力將是荷載引起的應(yīng)力與其殘余應(yīng)力的疊加，其應(yīng)力幅σia與外荷載σi的應(yīng)力幅相等,而σi的應(yīng)力幅又決定于外部循環(huán)荷載,只要外部循環(huán)荷載已定出,外荷載σi的應(yīng)力幅就不會(huì)改變。因此在焊縫位置的疲勞是在等應(yīng)力幅下不同應(yīng)力水平的疲勞。如果把一塊受拉薄鋼板分成n等份，根據(jù)平均應(yīng)力與疲勞壽命的關(guān)系可以推導(dǎo)出下面公式：

N=dx

(3)

其中：N為總壽命；C為材料常數(shù)；f(xi)為第i塊鋼板殘余應(yīng)力分布；σi為第i塊鋼板外荷載;b為鋼板寬度。從上式可知，殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件疲勞性能與殘余應(yīng)力分布σr=f(x)有關(guān)，通常n大于1，從中可看出殘余壓應(yīng)力（負(fù)值）可以提高疲勞壽命，而殘余拉應(yīng)力（正值）減少疲勞壽命。第三節(jié)減小焊接殘余應(yīng)力的方法通常焊縫殘余應(yīng)力對(duì)使用焊接性能良好的材料制造的結(jié)構(gòu)影響不大，但有些結(jié)構(gòu)剛度大，而且加工制造的焊接的順序和方法不當(dāng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中殘余應(yīng)力過大和分布不合理。在低溫腐蝕介質(zhì)等特殊條件下工作，導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋等缺陷，缺陷在使用過程中不斷擴(kuò)大和發(fā)展，致使船體結(jié)構(gòu)和焊縫脆性斷裂，同時(shí)也易使船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形，增加了其矯正的工作量。焊接過程中可采用一些簡單方法調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力，降低焊接殘余應(yīng)力的峰值，消除和減少殘余應(yīng)力的（一）

采用合理的焊接順序和方法（1）

保證鋼板和焊縫一端有自由收縮的可能性。（2）

先焊接對(duì)其它焊縫不起剛性拘束的焊縫。（3）

在構(gòu)架和板接縫相交的情況下，既有對(duì)接縫也有角接縫，此時(shí)應(yīng)先焊接對(duì)接縫然后再焊接角接縫。（4）

當(dāng)分段總段焊接時(shí)，盡可能由雙數(shù)焊工從分段中部逐漸向左右，前后對(duì)稱施焊以保證結(jié)構(gòu)均勻的收縮。（5）

處在大接頭同一斷面的各種構(gòu)件，應(yīng)先焊大接頭的對(duì)接焊縫，再焊其它構(gòu)件的對(duì)接縫，后焊其它構(gòu)件的角焊縫，以利于大接頭產(chǎn)生殘余應(yīng)力（至少可以減少大接頭的殘余拉應(yīng)力）。（6）

靠近大接頭的肋骨和隔艙壁的角接縫，一般應(yīng)在大接頭施焊后進(jìn)行施焊。（二）

選擇合理的焊接工藝參數(shù)根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的情況，在允許條件下盡可能采用小焊接線能量，如手工電弧焊，采用小直徑焊條下限值焊接電流；或中等焊接電流，較快焊速，這樣可以將少焊件的受熱，從而減少焊接殘余應(yīng)力。（三）拉伸法（1）

機(jī)械拉伸

對(duì)具有焊縫的構(gòu)件施以拉伸外載，由于應(yīng)力疊加，焊縫中心區(qū)域應(yīng)力不能增加，只能繼續(xù)產(chǎn)生拉伸塑性變形，拉伸塑性變形方向與焊接時(shí)產(chǎn)生的壓縮塑性變形方向相反。焊接殘余應(yīng)力正是由于焊接時(shí)近縫高溫區(qū)受壓縮產(chǎn)生局部壓縮塑性變形引起的，加載應(yīng)力越大，壓縮塑性變形抵消越多，焊接殘余內(nèi)應(yīng)力消除就越徹底。（2）

溫差拉伸溫差拉伸法是利用局部加熱的溫差產(chǎn)生不同變形來拉伸焊縫區(qū)。在焊縫兩側(cè)各用一個(gè)適當(dāng)寬度的氧—乙炔焰炬后一定距離外有一個(gè)帶排孔的水冷噴頭，焰炬和水冷噴頭同步向前移動(dòng)，這樣形成一個(gè)焊縫兩側(cè)溫度高、焊縫區(qū)溫度低的溫度場，兩側(cè)受熱膨脹的金屬對(duì)溫度較低區(qū)域的焊縫金屬進(jìn)行拉伸。（3）

輾壓焊縫

輾壓焊縫金屬，使其得以伸長，從而降低焊接殘余應(yīng)力。其消除或減小焊接殘余應(yīng)力的原理與拉伸法相同。（四）錘擊法可用頭部帶小圓弧的工具錘擊焊縫，使焊縫得到延展，降低內(nèi)應(yīng)力，錘擊應(yīng)保持均勻適度，避免錘擊過分，以防止產(chǎn)生裂縫，一般不錘擊第一層和表面層。（五）焊后熱處理

（1）

整體高溫回火將整個(gè)焊件加熱至AC1以下某溫度，保溫一段時(shí)間，然后再冷卻，對(duì)于同種材料焊件，回火溫度越高，保溫時(shí)間越長，焊接殘余應(yīng)力消除的越徹底。（2）

局部高溫回火對(duì)于簡單焊接接頭，可對(duì)焊縫周圍的一個(gè)局部區(qū)域加熱，以降低焊接殘余應(yīng)力的峰值。局部高溫回火可用電阻、火焰和感應(yīng)加熱，消除應(yīng)力的效果與加熱的溫度和加熱區(qū)的范圍有關(guān)。

第六章焊接結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律第一節(jié)焊接變形種類焊接變形主要是由焊接過程中受熱不均勻所引起的。焊接變形按變形的基本形式可分為以下幾種縱向和橫向收縮：件焊接后在焊接方向上發(fā)生的收縮變形為縱向收縮，在垂直焊縫方向上發(fā)生的收縮變形為橫向收縮。角變形：果自由放置的板材，而不對(duì)稱的焊縫截面，或不對(duì)稱的焊縫排列，就會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱和不均勻的橫向收縮，則將產(chǎn)生角變形。彎曲變形：果縱向焊縫排列不對(duì)稱，焊接后產(chǎn)生不對(duì)稱和不均勻的縱向收縮，將引起彎曲變形。波浪變形：板在焊縫方向上產(chǎn)生收縮壓力時(shí)，當(dāng)其中的壓應(yīng)力達(dá)到某一臨界數(shù)值時(shí)，薄板將出現(xiàn)波浪變形，由于波浪變形而喪失承載能力，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)。扭曲變形：曲變形是由于焊件縱向、橫向收縮和應(yīng)力沒有一定的規(guī)律而引起的變形。

第二節(jié)焊接變形的影響因素及其控制在焊接過程中由于急劇的非平衡加熱及冷卻，結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生不可忽視的焊接殘余變形。焊接殘余變形是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完整性、制造工藝合理性和結(jié)構(gòu)使用可靠性的關(guān)鍵因素。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程焊接技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，根據(jù)多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文主要闡述實(shí)用焊接變形的影響因素及控制措施和方法。鋼材的焊接通常采用熔化焊方法，是在接頭處局部加熱，使被焊接材料與添加的焊接材料熔化成液體金屬，形成熔池，隨后冷卻凝固成固態(tài)金屬，使原來分開的鋼材連接成整體。由于焊接加熱，融合線以外的母材產(chǎn)生膨脹，接著冷卻，熔池金屬和熔合線附近母材產(chǎn)生收縮，因加熱、冷卻這種熱變化在局部范圍急速地進(jìn)行，膨脹和收縮變形均受到拘束而產(chǎn)生塑性變形。這樣，在焊接完成并冷卻至常溫后該塑性變形殘留下來。一、焊接變形的影響因素焊接變形可以分為在焊接熱過程中發(fā)生的瞬態(tài)熱變形和在室溫條件下的殘余變形。影響焊接變形的因素很多，但歸納起來主要有材料、結(jié)構(gòu)和工藝3個(gè)方面。1.1材料因素的影響材料對(duì)于焊接變形的影響不僅和焊接材料有關(guān)，而且和母材也有關(guān)系，材料的熱物理性能參數(shù)和力學(xué)性能參數(shù)都對(duì)焊接變形的產(chǎn)生過程有重要的影響。其中熱物理性能參數(shù)的影響主要體現(xiàn)在熱傳導(dǎo)系數(shù)上，一般熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，溫度梯度越大，焊接變形越顯著。力學(xué)性能對(duì)焊接變形的影響比較復(fù)雜，熱膨脹系數(shù)的影響最為明顯，隨著熱膨脹系數(shù)的增加焊接變形相應(yīng)增加。同時(shí)材料在高溫區(qū)的屈服極限和彈性模量及其隨溫度的變化率也起著十分重要的作用，一般情況下，隨著彈性模量的增大，焊接變形隨之減少而較高的屈服極限會(huì)引起較高的殘余應(yīng)力，焊接結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的變形能量也會(huì)因此而增大，從而可能促使脆性斷裂，此外，由于塑性應(yīng)變較小且塑性區(qū)范圍不大，因而焊接變形得以減少。1.2結(jié)構(gòu)因素的影響焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)焊接變形的影響最關(guān)鍵，也是最復(fù)雜的因素。其總體原則是隨拘束度的增加，焊接殘余應(yīng)力增加，而焊接變形則相應(yīng)減少。結(jié)構(gòu)在焊接變形過程中，工件本身的拘束度是不斷變化著的，因此自身為變拘束結(jié)構(gòu)，同時(shí)還受到外加拘束的影響。一般情況下復(fù)雜結(jié)構(gòu)自身的拘束作用在焊接過程中占據(jù)主導(dǎo)地位，而結(jié)構(gòu)本身在焊接過程中的拘束度變化情況隨結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加而增加，在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，常需要采用筋板或加強(qiáng)板來提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛性，這樣做不但增加了裝配和焊接工作量，而且在某些區(qū)域，如筋板、加強(qiáng)板等，拘束度發(fā)生較大的變化，給焊接變形分析與控制帶來了一定的難度。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)結(jié)構(gòu)板的厚度及筋板或加強(qiáng)筋的位置數(shù)量等進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)減小焊接變形有著十分重的作用。1.3工藝因素的影響焊接工藝對(duì)焊接變形的影響方面很多，例如焊接方法、焊接輸入電流電壓量、構(gòu)件的定位或固定方法、焊接順序、焊接胎架及夾具的應(yīng)用等。在各種工藝因素中，焊接順序?qū)附幼冃蔚挠绊戄^為顯著，一般情況下，改變焊接順序可以改變殘余應(yīng)力的分布及應(yīng)力狀態(tài)，減少焊接變形。多層焊以及焊接工藝參數(shù)也對(duì)焊接變形有十分重要的影響。焊接工作者在長期研究中，總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)，利用特殊的工藝規(guī)范和措施，達(dá)到減少焊接殘余應(yīng)力和變形，改善殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的目的。二、焊接變形的控制2.1設(shè)計(jì)措施2.1.1合理地選擇焊接的尺寸和形式焊接尺寸直接關(guān)系到焊接工作量和焊接變形的大小。焊縫尺寸大，不但焊接量大，而且焊接變形也大，因此，在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用較小的焊縫尺寸。對(duì)于受力較大的丁字接頭和十字接頭，在保證相同的強(qiáng)度條件下，采用開坡口的焊縫可以比一般角焊縫減少焊縫金屬，對(duì)減小變形有利。2.1.2盡可能減少不必要的焊縫在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，合理地選擇筋板的形狀，適當(dāng)?shù)匕才沤畎宓奈恢茫η蠛缚p數(shù)量少，避免不必要的焊縫，從而減小焊接變形。2.1.3合理地安排焊縫位置在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，安排焊縫盡可能對(duì)稱于截面中性軸，或者使焊縫接近中性軸，這對(duì)于減少梁、柱等類型結(jié)構(gòu)的撓曲變形有良好的效果。2.2工藝措施工藝措施是指在焊接構(gòu)件生產(chǎn)制造過程中所采用的一系列措施，將其分為焊前預(yù)防措施、焊接過程中的控制措施和焊后矯正措施。2.2.1焊前預(yù)防措施焊前預(yù)防主要包括預(yù)防變形、預(yù)拉伸法和剛性固定組裝法。預(yù)變性法或稱反變形法是根據(jù)預(yù)測的焊接變形大小和方向，在待焊工件裝配時(shí)造成與焊接殘余變形大小相當(dāng)、方向相反的預(yù)變形量（反變形量），焊后焊接殘余變形抵消了預(yù)變形。量，使構(gòu)件恢復(fù)到設(shè)計(jì)要求的幾何形狀和尺寸。預(yù)拉伸法多用于薄板平面構(gòu)件，焊接時(shí)在薄板有預(yù)張力或有預(yù)先熱膨脹量的情況下進(jìn)行的。焊后，去除預(yù)拉伸或加熱，薄板恢復(fù)初始狀態(tài)，可有效地降低焊接殘余應(yīng)力，控制焊接變形。預(yù)熱的作用在于減小溫度梯度，不同的預(yù)熱溫度在降低殘余應(yīng)力的作用方面有一定的差別，預(yù)熱溫度在300℃～400℃時(shí)，在鋼中殘余應(yīng)力水平降低了30%～50%，當(dāng)預(yù)熱溫度為200℃時(shí)，殘余應(yīng)力水平降低了10%～20%。剛性固定組裝法是采用夾具或剛性胎具將被焊構(gòu)件盡可能地固定，可有效地控制待焊構(gòu)件的角變形與彎曲變形等。2.2.2焊接過程控制措施焊接過程控制主要方法有采用合理的焊接方法和焊接規(guī)范參數(shù)，選擇合理的焊接順序以及采用隨焊兩側(cè)加熱、隨焊碾壓、隨焊跟蹤激冷等措施。選擇線能量較低的焊接方法以及合理地控制焊接規(guī)范參數(shù)可以有效地防止焊接變形。采用隨焊兩側(cè)加熱、隨焊碾壓、隨焊跟蹤激冷等措施可以降低殘余應(yīng)力和減小焊接變形。采用隨焊兩側(cè)加熱，橫向應(yīng)變、縱向應(yīng)變和最大剪切應(yīng)變的分布更加均勻，變化更加平緩，起到減小焊接殘余應(yīng)力和變形的作用。隨焊碾壓法由于設(shè)備復(fù)雜、使用不便等原因，在生產(chǎn)應(yīng)用中受到一定的限制，但該方法在提高焊接變形等方面具有理想的效果。隨焊激冷法能夠顯著地降低殘余應(yīng)力和減少焊接變形。焊接順序?qū)附託堄鄳?yīng)力和變形的產(chǎn)生影響較大，在采用不同的焊接順序時(shí)，可以改變殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，但對(duì)殘余應(yīng)力整體幅值的降低作用不大，同時(shí)該方法對(duì)于控制焊接變形有較大的作用，尤其在多道焊中，作用更加明顯。2.2.3焊后矯正措施當(dāng)構(gòu)件焊接后，只能通過矯正措施來減小或消除已發(fā)生的殘余變形。焊后矯正措施主要分為加熱矯正法和機(jī)械矯正法。加熱矯正法又分為整體加熱和局部加熱。整體熱矯正是指將整體構(gòu)件加熱至鍛造溫度以上再進(jìn)行矯正的方法，可用以消除較大的形狀偏差。但是焊后整體加熱容易引起冶金方面的副作用，限制了該方法的進(jìn)一步推廣及應(yīng)用。局部熱矯正多采用火焰對(duì)焊接構(gòu)件局部加熱，在高溫處，材料的熱膨脹受到構(gòu)件本身剛性制約，產(chǎn)生局部壓縮塑性變形，冷卻后收縮，抵消了焊后部位的伸長變形，達(dá)到矯正目的，火焰加熱法采用一般的氣焊焊炬，不需要專門的設(shè)備，方法簡便靈活，因此在生產(chǎn)上廣為應(yīng)用。此外，還有利用機(jī)械力或沖擊能等進(jìn)行焊接變形矯正，包括靜力加壓矯直法、焊縫滾壓法、錘擊法等。

第三節(jié)焊接扭曲變形和波浪變形構(gòu)件焊后兩端繞中性軸相反的方向扭轉(zhuǎn)一角度，稱為扭曲變形。如果構(gòu)件的角變形沿長度上分布不均勻和縱向有錯(cuò)邊，則往往會(huì)產(chǎn)生扭曲變形。如一工字梁的條角焊縫在定位焊后不采用適當(dāng)夾具，相鄰焊縫反向焊接，這時(shí)角變形沿著焊縫長度方向逐漸增大，使構(gòu)件扭轉(zhuǎn)，形成扭曲變形。構(gòu)件焊后產(chǎn)生形似波浪的失穩(wěn)變形，稱為波浪變形。薄板對(duì)接焊后，存在于板中的內(nèi)應(yīng)力，在焊縫附近是拉應(yīng)力，離開焊縫兩側(cè)區(qū)域較遠(yuǎn)的是壓應(yīng)力，如壓應(yīng)力較大，平板失去穩(wěn)定就會(huì)產(chǎn)生波浪變形。第四節(jié)焊接梁、腹板的上供變形主梁一般是由上、下翼緣板和左、右腹板焊接而成的箱形梁結(jié)構(gòu),其內(nèi)部焊接有橫向和縱向加強(qiáng)筋,兩端支承在基礎(chǔ)上。在物料及起重機(jī)自身重力作用下極易發(fā)生較大下?lián)献冃?導(dǎo)致箱形梁內(nèi)部上翼緣板與橫向加肋板之間焊縫開裂,并導(dǎo)致其上各部件發(fā)生相對(duì)位移,影響起重小車的使用性能,增加了運(yùn)行阻力,使起重小車在主梁上向跨端運(yùn)行時(shí)形成爬坡,向跨中運(yùn)行時(shí)形成溜車,導(dǎo)致制動(dòng)定位不準(zhǔn)確。

在工程實(shí)踐中,上拱度是主梁的主要技術(shù)指標(biāo)之一。1主梁腹板下料預(yù)制上拱度

門式起重機(jī)主梁基本結(jié)構(gòu)如圖下所示對(duì)于板件焊接箱型結(jié)構(gòu)的橋式起重機(jī)主梁,在制造時(shí)多采用依靠腹板下料預(yù)制上拱的辦法,在考慮預(yù)制主梁上拱度的影響因素:主梁跨度、主梁自身重力及載荷(載荷包括小車重力及起重量)、起重機(jī)工作狀況(如上、下腹板的溫差)及主梁剛性等情況下,根據(jù)最大上拱度要求,上拱曲線形狀一般取為二次拋物線、四次曲線及正弦曲線等,主梁腹板結(jié)構(gòu)如圖所示。

為使主梁上拱度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍,往往需在加工制造過程的下料、拼裝、焊接、墊支、調(diào)整、安裝及試驗(yàn)等各個(gè)階段采取多種措施嚴(yán)加控制,且與環(huán)境溫度、焊縫尺寸、焊接方向和順序以及工人的技能和經(jīng)驗(yàn)等有很大關(guān)系。主梁預(yù)制上拱制造工藝復(fù)雜,使制造成本增加,此方法已不符合國際潮流。2自重法控制主梁上拱度

在門式起重機(jī)生產(chǎn)過程中,可以采用更簡便的方法預(yù)制上拱,即不利用腹板下料來預(yù)制上撓度,而是利用工件自身所受重力、焊接過程中的支承布置及焊接變形控制上拱,獲得滿足技術(shù)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,下料時(shí),主梁的腹板不需預(yù)留拱度,其上、下2邊制作為平直結(jié)構(gòu)即可,在下料時(shí),可以采用剪切的方法,工藝簡單,成本較低。

2.2主梁的焊接工藝過程及支承分析

主梁在不同支承情況下受重力引起的變形、不同的焊接方法及各焊縫的施焊順序產(chǎn)生的焊接變形量及變形方向均不同,利用主梁自身重力及焊接工藝控制焊接變形的方法在制造過程中控制其上拱度是可行而又簡便的方法,但這一方法要求焊工有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)于門式起重機(jī)主梁來說,其截面為箱型,焊接時(shí)由于焊縫大部分集中在梁的上部,焊后易引起下?lián)献冃?。為滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和起重機(jī)工作性能的要求,需嚴(yán)格按照以下步驟操作:

(1)將各大小隔板裝配在上蓋板上并焊接,焊接工藝圖如圖下所示。

(2)將兩腹板裝配在上蓋板上,焊好隔板與腹板的連接焊縫(這樣組焊變形小)。

(3)裝配下蓋板,并施焊加固焊縫,而后將梁的中部用兩根工字鋼支撐,兩根工字鋼的距離要盡量小且應(yīng)支撐穩(wěn)定,焊縫1與焊縫2（下蓋板與腹板的外側(cè)焊縫）在焊接時(shí),由兩名焊工同時(shí)、同向?qū)ΨQ施焊,焊接參數(shù)(焊接速度、焊接電流等)基本一致,以免產(chǎn)生扭曲變形,焊腳高度要超過規(guī)定值的1/3,以補(bǔ)償上蓋板與腹板焊接后產(chǎn)生的焊接收縮變形。

(4)將主梁上下翻轉(zhuǎn),兩端支承。對(duì)稱施焊焊縫。由于梁的兩端被支撐起來,梁的自重力有效地阻止了部分變形,因此,焊縫僅產(chǎn)生很小的焊接變形,從而使主梁獲得一定的上拱值,起重機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)規(guī)范中要求的上拱度可有效地得到保證。

3?？偨Y(jié)

腹板平直下料,在主梁組焊時(shí)采用適當(dāng)?shù)闹С蟹椒ā⒑附訁?shù)及焊接順序,利用橋式起重機(jī)主梁的自身所受重力,使主梁形成自然上拱,既可簡化生產(chǎn)工藝,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縫處的材料兩次受熱導(dǎo)致晶粒變粗,影響抗疲勞性能。在制造主梁時(shí),采取措施使上、下蓋板與腹板、隔板在焊接前緊密相貼,以提高主梁的抗下?lián)夏芰Α２捎米灾胤ńY(jié)合焊接工藝控制,保證主梁的上拱度,對(duì)橋式起重機(jī)工作性能的提高有益,同時(shí),對(duì)門式起重機(jī)主梁的設(shè)計(jì)和制造也有很好的借鑒作用。

第五節(jié)自重引起的主梁下?lián)?/p>

起重機(jī)主梁一般都做成箱型薄壁結(jié)構(gòu)，它是起重機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，是承載梁上諸多載荷和保持橋架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要構(gòu)件。起重機(jī)主梁的受力，多而復(fù)雜，但造成主梁下?lián)掀茐牡牧χ饕袃蓚€(gè)：一個(gè)是來自彎矩的正應(yīng)力，一個(gè)是來自小車輪壓的剪應(yīng)力。起重機(jī)主梁的最大正應(yīng)力值產(chǎn)生在小車位于跨中工作時(shí)跨中附近的上下蓋板上，上蓋板承受壓應(yīng)力作用，下蓋板承受拉應(yīng)力作用，下蓋板的受力高于上蓋板。起重機(jī)主梁的腹板，以中性層為界上部承受壓應(yīng)力，下部承受拉應(yīng)力，距蓋板越近應(yīng)力值越大，反之，距中性層越近應(yīng)力值越小。主腹板的受力大于副腹板的受力。起重機(jī)主梁的最大剪應(yīng)力產(chǎn)生在小車工作時(shí)的主腹板處，其它位置的剪應(yīng)力都較小。

起重機(jī)主梁的跨高比一般都較大，橫截面上的最大正應(yīng)力值比最大剪應(yīng)力值要大得多，起重機(jī)主梁出現(xiàn)下?lián)弦话愣际亲畲笳龖?yīng)力超過了材料的屈服強(qiáng)度所致，所以修理加固的主要任務(wù)是減小主梁的最大正應(yīng)力值和滿足主梁的最大正應(yīng)力要求。一般情況下，主梁截面材料能滿足最大正應(yīng)力要求都能滿足最大剪應(yīng)力要求，剪應(yīng)力可以忽略不計(jì)，本技術(shù)的系列修復(fù)加固方法均不涉及剪應(yīng)力范疇，屬于剪應(yīng)力范疇的問題另外采取措施處理。主梁的下?lián)隙戎髁撼Ｒ姷淖冃斡性诳缍戎泻蛻冶鄱顺霈F(xiàn)下?lián)?、旁彎，主梁腹板出現(xiàn)超規(guī)定的波浪變形、端梁變形，橋架的對(duì)角線超差變形等。變形原因是多方面的，有金屬結(jié)構(gòu)在制造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，安裝過程中的缺陷，超負(fù)荷不顆粒使用，工作環(huán)境高溫的影響等，正常載荷長期作用也會(huì)引起變形，非正常因素的影響則加速了這個(gè)進(jìn)程。金屬結(jié)構(gòu)的變形實(shí)質(zhì)是結(jié)構(gòu)鋼性問題，起重機(jī)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)鋼性已在規(guī)定的載荷作用于指定位置時(shí)，結(jié)構(gòu)在某一位置處的靜態(tài)彈性變形位來表征。位保安全，必須對(duì)起重機(jī)主梁的下?lián)隙葘?shí)施必要的控制，其表達(dá)式如下：f≤[f]當(dāng)載荷小車位于跨中時(shí)，主梁由于額定起升載荷和小車自重在跨度中引起垂直靜撓度，主梁跨度中的允許撓度值應(yīng)滿足下式要求：[f]≤S/700對(duì)于具有懸臂的門式起重機(jī)和裝卸橋，當(dāng)滿載的小車位于懸臂上有效工作位置時(shí)，該處由于額定起升載荷和小車自重引起垂直靜撓，懸臂梁端部的允許撓度值為：[f]≤（1/350～1/300）L式中：f--滿載的小車位于跨度中時(shí)主梁跨中在水平線以下的撓度值，mm[f]—主梁的允許撓度值，mmS—梁或起重機(jī)的跨度，mL—懸臂的有效長度，m第七章梁的變形控制

第一節(jié)主梁腹板下料估算根據(jù)計(jì)算結(jié)果將各數(shù)據(jù)分配到三節(jié)主梁上，各節(jié)的尺寸選擇為：中間一節(jié)上拱20mm，長度為13310mm；兩端節(jié)上拱25mm，長度分別為6695mm.實(shí)際下料時(shí)，主梁腹板中間一節(jié)采用兩塊板拼制而成。拼接成形主梁腹板用粉線或鋼絲線以兩端頭最大點(diǎn)為基準(zhǔn)繃緊，測量中間矢高，用鋼盤尺測主梁腹板長、寬及對(duì)角尺寸，對(duì)接焊縫按Ⅰ類縫要求進(jìn)行焊接和超聲波探傷。由于兩端頭腹板高度分別為1632mm、2812mm，下料時(shí)不能一張整板上切割成型（若切成整板浪費(fèi)太大），該腹板拼裝質(zhì)量難以檢測，在生產(chǎn)過程中采用放地樣的方式進(jìn)行組拼、焊接、檢驗(yàn)，對(duì)接焊縫按Ⅰ類縫要求進(jìn)行焊接。

第二節(jié)工字梁的焊接控制大型工字梁由厚30mm的16Mn鋼板組焊而成，16Mn鋼碳當(dāng)量值0.39%，具有一定的淬硬傾向，在大厚板和冷卻速度過快的情況下焊接，需解決焊接冷裂紋問題。線能量輸入過大，易導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生熱裂紋或出現(xiàn)熱影響區(qū)熱應(yīng)變脆化。工字梁組裝后6000mm′220mm′160mm，要求焊后進(jìn)行機(jī)械加工，直線度的全長誤差小于0.5mm，單邊僅為機(jī)加留量4mm，必須控制焊接變形。1.焊接工位與水平面成20角左右，偏小會(huì)影響焊縫外觀成型，偏大會(huì)影響焊縫熔深，全長用固定的焊接小車軌道。2.工字梁腹板下料切割平齊，裝配間隙嚴(yán)格控制在1mm以內(nèi)；3.焊接時(shí)埋弧焊絲稍偏向腹板，前傾角度0～5，避免后傾；4.嚴(yán)格焊接參數(shù)，使用較大的電流焊接，使用相對(duì)小的電弧電壓與焊接速度以改善外觀成型；5.焊劑層堆放厚度不能過厚，避免焊縫外觀紋路粗糙。在鋼橋工字梁T型接頭要求大熔深的焊接制造中開發(fā)了免開坡口焊接工藝技術(shù)，實(shí)踐證明是切實(shí)可行的，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，并為今后同類產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。工字梁大規(guī)范埋弧自動(dòng)焊時(shí)翼板上較容易出現(xiàn)“咬邊”缺陷。咬邊是一種危險(xiǎn)性較大的外觀缺陷，它不但減少了焊縫的承載面積，而且在咬邊根部往往形成較尖銳的缺口，造成應(yīng)力集中，容易形成應(yīng)力腐蝕裂紋和應(yīng)力集中裂紋，通過控制焊接工藝參數(shù)可以有效地避免咬邊缺陷的產(chǎn)生。第三節(jié)箱形梁焊接變形控制鋼箱梁焊接殘余變形焊接橫向收縮一．焊接殘余變形的機(jī)理及影響因素1.焊接殘余變形鋼材的焊接通常采用熔化焊方法，是在接頭處局部加熱，使被焊接材料與添加的焊接材料熔化成液態(tài)金屬，形成熔池，隨后冷卻凝固成固態(tài)金屬，使原來分開的鋼材連接成整體。由于焊接加熱，熔合線以外的母材產(chǎn)生膨脹，接著冷卻，熔池金屬和熔合線附近母材產(chǎn)生收縮，因加熱、冷卻這種熱變化在局部范圍急速地進(jìn)行，膨脹和收縮變形均受到拘束而產(chǎn)生塑性變形。這樣，在焊接完成并冷卻至常溫后該塑性變形殘留下來。為焊接殘余變形的基本形式。實(shí)際結(jié)構(gòu)中，焊接殘余變形呈現(xiàn)出由這些基本形式組合的復(fù)雜狀態(tài)。2．影響焊接變形的因素影響焊接變形的主要因素如下：（l）焊接方法：鋼橋的焊接連接通常采用手工弧焊、CO2氣體保護(hù)焊、埋弧自動(dòng)焊等焊接方法（包括針對(duì)不同焊接接頭形式選用的施焊工藝參數(shù)）。因這些焊接方法輸入的熱量不同，引起的焊接殘余變形量也不同。（2）接頭形式：鋼橋接頭通常有對(duì)接接頭、T型接頭、十字型接頭、角接頭、搭接接頭和拼裝板接頭。一般采用對(duì)接焊縫的角焊縫，包括板厚、焊縫尺寸、坡口形式及其根部間隙、熔透或不熔透等。即構(gòu)成焊縫斷面積及影響散熱（冷卻速度）的各項(xiàng)因素。（3）焊接條件：預(yù)熱和回火處理，以及環(huán)境溫度等對(duì)鋼材冷卻時(shí)溫度梯度的影響因素。（4）焊接順序及拘束條件：對(duì)于一個(gè)立體的結(jié)構(gòu)，先焊的部件對(duì)后焊的部件將產(chǎn)生不同程度的拘束，其焊接變形也不相同。為防止扭曲變形，應(yīng)采用對(duì)稱施焊順序。要保證箱形主梁的焊接質(zhì)量及合理的上拱度，并有效控制其焊接變形．焊接工藝是關(guān)鍵。(1)施焊前，先檢查坡口及組對(duì)質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)尺寸超差．應(yīng)及時(shí)處理后再施焊。(2)焊前必須清除坡口及焊縫兩側(cè)各20mm范圍內(nèi)的油、污、水、銹及其他雜質(zhì)。(3)焊接順序：先焊上、下蓋板及腹板的對(duì)接焊縫．再焊兩腹板與下蓋板的2條縱縫；焊接過程中，應(yīng)盡量采用2名或4名焊工同時(shí)、對(duì)稱地進(jìn)行焊接，以防止主梁發(fā)生扭曲變形。(4)選用合理的焊接工藝參數(shù)：焊接方法采用焊條電弧焊，焊條直徑為4．0mm，焊接電流為160～200A，電弧電壓22～25V。

第八章梁的制造工藝

第一節(jié)板材的切割和拼接板材的切割工藝采用自動(dòng)火焰切割方法下料。(a)蓋板下料將上、下蓋板矯平后。在對(duì)接長度方向上放400mm的工藝余量。(b)腹板下料腹板矯平后，首先在長度方向拼接，然后左右兩側(cè)腹板對(duì)稱氣割．以防主梁兩側(cè)腹板尺寸不同．引起主梁的扭曲變形。為使主梁有規(guī)定的上拱度，在腹板下料時(shí)必須有相應(yīng)的上拱度，且上拱度應(yīng)大于主梁的上拱度。腹板下料時(shí)，需放1．5L／1000，即33mm的余量，并且在離中心2IT