毕业设计400t桥式起重机主梁的焊接工艺设计终稿精品.docx
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毕业设计400t桥式起重机主梁的焊接工艺设计终稿精品
毕业论文（设计）
课题400t桥式起重机主梁焊接工艺设计
学生姓名胡景
系别机械工程系
专业班级金属材料工程
指导教师杨付双
二0一二年六月
第一章桥式起重机以及桥式起重机主梁概述………………………………5
1.1桥式起重机的概述以及分类……………………………………………6
1.2主梁焊接工艺设计概述…………………………………………………10
1.3主梁的结构及特点…………………………………………………………11
第二章主梁焊接的工艺要求…………………………………………………12
2.1焊前的准备工作……………………………………………………………12
2.2Q235材料的焊接性分析……………………………………………………12
2.3所选用的焊接方法…………………………………………………………14
2.4CO2气体保护焊的概述及特点……………………………………………15
2.4.1二氧化碳气保焊的分类………………………………………………15
2.4.2二氧化碳气体保护焊的优点……………………………………………15
2.5焊接工艺措施……………………………………………………………17
第三章主梁焊接技术的变形控制…………………………………………18
3.1主梁焊接变形的分析……………………………………………………18
3.1.1主要技术要求……………………………………………………………18
3.1.2工艺分析…………………………………………………………………19
3.2主梁焊接变形的控制………………………………………………………20
3.2.1组焊顺序…………………………………………………………………20
第四章400t主梁重要焊缝的焊接工艺设计和质量控制…………………21
4.1主腹板和上盖板的承载焊缝………………………………………………21
4.2对接式头部弯板焊缝………………………………………………………22
4.3主焊缝焊接的相关影响…………………………………………………23
第五章工艺参数……………………………………………………………24
第六章检测……………………………………………………………………25
第七章总结…………………………………………………………………26
第九章参考文献……………………………………………………………27
插图清单
图（1-1）桥式起重机…………………………………………………………5
图（1-2）桥式起重机………………………………………………………5
图（1-3）桥式起重机的结构…………………………………………………9
图（1-4）主梁的结构示意图…………………………………………………10
图（1-5）总体结构示意图……………………………………………………10
图（3-1）桥式起重机及箱形主梁截面………………………………………18
图（4-1）主承载焊缝的坡口形式……………………………………………23
图（4-2）整体式头部弯板架构………………………………………………23
插表清单
表—2-1普通碳素结构钢的化学成分（GB700-88）………………………13
表—2-2碳素结构钢的力学性能（GB700-88）………………………………13
表5-1焊接工艺参数………………………………………………………24
摘要：
本论文通过参阅大量文献资料，介绍了桥式起重机的分类，以及桥式起重机的结构，重点讨论了400t桥式起重机主梁的焊接工艺设计，并且对焊接过程中需要注意的步骤以及方法做了逐一的阐述。
同时对各种焊接缺陷及其产生原因和防止措施也加以介绍说明。
另外，本论文在焊接工艺设计章节中结合400t桥式起重机主梁的特点从焊接材料的选择、焊接工艺前的准备、焊接工艺过程中、焊接工艺完成后的相关处理、检验等方面详细介绍焊接工艺过程及焊缝质量控制中应该注意的问题，总结出400t桥式起重机主梁的高效焊接工艺。
介绍工程机械中大型主梁的结构及制作特点，分析其在在制作过程中变形的原因，介绍了桥式起重机的主梁焊接变形的控制技术，对箱型主梁焊接变形的分析，组装焊接顺序以及工艺参数等做了详细的叙述。
选择了合理的组焊顺序和工艺参数，例如采取预制上拱度、支点位置切换、减少腹板与隔板的角变形等措施，是主梁焊接变形的幼小方法。
并提出制造主梁的工艺对策，合理的选择焊接方法及焊接装配顺序，并采取相关的焊接工艺措施，达到控制变形的目的。
论文最后对400t桥式起重机主梁的焊接方法加以总结。
结通过本次毕业设计，对400t桥式起重机主梁的焊接工艺设计有了进一步的了解。
关键词：
箱型梁；制造工艺；焊接工艺；气体保护焊；桥式起重机；隔板；腹板
Abstract
Ofthisthesisbyreferringtothelargenumberofdocuments,theclassificationofthebridgecrane,bridgecranestructure,focusedonthe400tbridgecranemainbeamweldingprocessdesign,andneedtopayattentiontotheweldingprocessstepsandonebyoneelaborated.Avarietyofweldingdefectsanditscausesandthepreventionmeasurestobeintroducednotes.Inaddition,therelatedprocessing,testingandotheraspectsofthisthesisintheweldingprocessdesignchapterscombinethecharacteristicsofthe400tbridgecranegirderafterthecompletionoftheweldingmaterialselection,topreparebeforetheweldingprocess,weldingprocess,weldingprocessweldingdetailsprocessandweldqualitycontrolshouldbenotedthat,summedupthe400tbridgecranegirderefficientweldingprocess.Introducethestructureandproductioncharacteristicsofthemainbeamintheconstructionmachinerytoanalyzethedeformationintheproductionprocess,introducesthemainbeamofthebridgecranecontroltechnologyofweldingdeformation,andtheboxmainbeamweldingdeformationanalysis,assemblyandweldingtheorderandprocessparametersdescribedindetail.Selectaweldingsequenceandprocessparameters,forexample,takethecamberinprecast,fulcrumpositionswitch,toreducetheangulardistortionofthewebandpartitionsandothermeasures,themainbeamweldingdeformationyoung.Andthemanufacturingprocessofthemainbeamresponse,areasonablechoiceofweldingmethodsandweldingassemblysequence,andtotaketheweldingprocessmeasurestoachievethepurposeofcontrollingthedeformation.Finally,tosumupthe400tbridgecranemainbeamweldingmethod.ResultsThegraduationproject,400toverheadcranemainbeamweldingprocessdesignhaveabetterunderstanding.
Keyword：
Boxbeam; manufacturingprocess; weldingprocess; gasshieldedarcwelding；Bridgecrane；Web；
第一章桥式起重机以及桥式起重机主梁概述
图（1-1）桥式起重机
图（1-2）桥式起重机
1.1桥式起重机的概述以及分类
起重机的用途是将物品从空间的某一个地点搬运到另一个地点。
为了完成这个作业，起重机一般具有使物品沿空间的三个方向运动的机构。
桥式类型的起重机是依靠起重机运行机构和小车运行机构的组合运动使所搬运的物品在长方形平面内作运动。
桥式起重机是现代工业生产和起重运输中实现生产过程机械化、自动化的重要工具和设备。
所以桥式起重机在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用。
桥式起重机是横架与车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。
由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上，形状似桥，所以又称“天车”或者“行车”。
桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。
桥式起重机广泛应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。
桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。
综述和原理
桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。
普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。
起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。
起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。
电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。
小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。
起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：
一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。
中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。
起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。
当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。
桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。
单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。
主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。
主梁上焊有轨道，供起重小车运行。
桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。
箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。
正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。
偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁，自重较小，但制造较复杂。
四桁架式结构由四片平面衍架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其他结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。
空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。
普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。
起重量可达五百吨，跨度可达60米。
简易梁桥式起重机又称梁式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。
桥架主梁是由工字钢或其他型钢和板钢组成的简单截面梁，用手动葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字梁的下翼缘上运行。
桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂梁式起重机。
冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。
这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。
主要有五种类型。
铸造起重机
供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。
主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作,为了扩大副钩的使用范围和更好地为炼钢工艺服务，主、副钩分别布置在各自有独立小车运行机构的主、副小车上，并分别沿各自的轨道运行。
常用的结构形式有四梁四轨式和四梁六轨式。
夹钳起重机
利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。
锭脱起重机
用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。
小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：
有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。
加料起重机
用以将炉料加到平炉中。
主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。
主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。
副小车用于修炉等辅助作业。
锻造起重机
用以与水压机配合锻造大型工件。
主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。
图（1-3）桥式起重机的结构
桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类，单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。
桥架主梁的结构类型较多，比较典型的有箱型结构、四桁架结构和空腹桁结构。
桥式起重机的特点是可以使拴在吊钩或是其它取物装置上的重物在空间实现垂直升降或水平运移。
1.2主梁焊接工艺设计概述
图（1-4）主梁的结构示意图
图（1-5）总体结构示意图
大型结构件因为体积庞大，焊接部位过多，部分尺寸精度和位置精度要求高，支撑起来难度大，尤其是整体变形问题，一直困扰工作人员。
本文结合400t*72m双梁龙门起重机制造，对大型结构件的制造工艺、焊接变形情况和原因进行分析，并提出了一些控制变形的焊接工艺措施。
1.3主梁的结构及特点
本文研究的主梁为梯形双梁结构，全长77.68m，跨度72m，重400t左右。
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板厚。
主梁沿长度方向由2个梯形双梁组成，以主梁的中心向两侧近似对称分布。
主梁顶面设有4根轨道，小车轨道用轨道压板固定在主梁上。
第二章主梁焊接的工艺要求
该主梁箱内结构复杂，焊接量大，焊接变形不易控制；箱内操作空间小，焊接操作和变形的矫正作业困难。
大部分加劲板、撑杆集中在上部，且分布较密，给焊后保证主梁各部分尺寸精度带来很大的难度，特别是加劲板焊接对起拱的影响很大。
各条焊缝焊接顺序对变形控制有着很重要的作用。
2.1焊前的准备工作
箱形主梁的焊缝质量和尺寸精度要求高．截面尺寸大、刚性大。
在焊接过程中，由于受现场起重条件的限制，无法对箱形主梁反复翻转，只能利用合理的装配及焊接顺序进行变形控制。
焊后一旦发生变形则无法矫正，因此，箱形主梁的制造关键就是如何在制造过程中控制好焊接变形。
桥式起重机的主梁要求在垂直平面内必须有一定的上拱度．以抵消起重时梁的下挠度。
上拱数值为L／1000，即22itlm。
因此，在制造过程中，采用预制腹板上拱变形的方法来保证主梁的上拱度。
2.2Q235材料的焊接性分析
本设计采用材料为Q235，Q235属于碳钢中的一种，碳钢又称碳素结构钢，是钢材中产量最多、应用最广的材料。
碳钢的焊接又是被焊金属中占量最大、覆盖面最广的一种。
碳钢是最容易焊接的一种金属，适用于碳钢的焊接方法很多，氧-乙炔气焊、药皮焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、等离子弧焊、电渣焊、电阻焊、摩擦焊、热剂焊、钎焊等，几乎所有焊接方法都能适用。
Q235化学成分及性能
Q235属于普通碳素结构钢，它的主要化学成分如表—2-1
表—2-1普通碳素结构钢的化学成分（GB700-88）
牌号
等级
化学成分
脱氧方法
C
Mn
Si
S
P
不大于
Q235
A
0.14~0.22
0.30~0.65
0.30
0.050
0.045
F、b、Z
B
0.12~0.20
0.30~0.70
0.450
C
≤0.18
0.35~0.80
0.040
0.040
Z
D
≤0.17
0.035
0.035
TZ
注：
1.沸腾钢硅含量不大于0.07%，半镇静钢硅含量不大于0.17%，镇静钢硅含量下限为0.12%。
2.Q235A和B级沸腾钢锰含量上限为0.60%。
3.D级钢应有足够的形成晶粒组织的元素。
Q235碳素结构钢的力学性能如表7-2
表—2-2碳素结构钢的力学性能（GB700-88）
牌
号
等
级
拉伸试验（不小于）
冲击试验
冷弯试验
屈服强度
σs（N/mm2）
抗拉强度
σb
（N/mm2）
伸长率
δ5
%
温度
℃
夏比冲击吸收功
J
B=2a1800
弯心直径d
纵向试样
横向试样
Q235
A
235
（24）
375-460
（38-47）
26
-
-
a
1.5a
B
20
27
（2.8）
C
0
D
-20
注：
1.屈服强度和伸长率要求数值，皆对刚才不大于16mm而言，厚度增加时，
这些数值要求降低。
2.冷弯试验中，B为式样宽度，a为刚才厚度，要求的弯心直径系指钢材厚
度为不大于60mm，厚度增加时，弯心直径也增加。
Q235焊接性分析
Q235属于低碳钢的一种，其含碳量较低，锰、硅含量又少，所以，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织或淬火组织。
这种钢材的塑性和冲击韧性优良，焊成的接头塑性和冲击韧性也很良好，焊接时，一般不需预热、层间温度和后热，焊后也不比采用热处理改善组织，可以说，整个焊接过程中毋需特殊的工艺措施，其焊接性优良。
但在少数情况下，低碳钢的焊接也不会好，焊接时出现困难。
例如：
1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢，这种钢焊氮量高，其他杂志也较多，从而冷脆性大，时效敏感性大，焊接接头质量低，表现为焊接性差。
2）沸腾钢脱氧不完全而含氧量较高，此外硫、磷等杂质的分布很不均匀，局部区域硫、磷含量会大大超过平均含量，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也打，所以，一般不宜用作承受动载或严寒下工作的重要焊接结构。
3）低碳钢母材成分不合格时，例如，含碳量过高，含硫量过高，焊接时可能出现裂纹。
4）焊条质量不好时，焊缝也可能出现裂纹。
总之，低碳钢是很容易焊接的钢种，许多焊接方法都适用于低碳钢焊接，并能获得良好的焊接接头。
只要我们在工作时尽量避免以上的集中情况。
2.3所选用的焊接方法
常用焊接方法有手工弧焊、埋弧、CO2气保焊3种。
气保焊与其他焊接方法比较效率高、成本低、质量好、焊接变形小、抗锈能力强、操作简便、适用范围广等优点，主要表现在焊接过程中，焊接电流密度大，电弧热量利用率高，电弧加热集中，焊接受热面积小，CO2保护气流有较强的冷却作用，焊接变形小，焊后不需要清理焊渣；焊缝中含氢量小，抗裂性能好，焊缝金属的金属力学性能好。
因此本梁选用CO2气体保护焊。
2.4CO2气体保护焊的概述及特点
二氧化碳气体保护电弧焊（简称CO2焊）的保护气体是二氧化碳（有时采用CO2+Ar的混合气体）。
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高质量焊接接头。
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。
2.4.1二氧化碳气保焊的分类
按机械化程度可分为自动化和半自动化
按焊丝直径可分为细丝1.0~1.2中丝1.2~1.4粗丝1.4~1.6
按焊丝分类可分为药芯和实心焊丝两种
2.4.2二氧化碳气体保护焊的优点
1．焊接成本低。
其成本只有埋弧焊、焊条电弧焊的40~50%。
2．生产效率高。
其生产率是焊条电弧焊的1~4倍。
3．操作简便。
可进行全位置焊接而且可以向下焊接。
4．焊缝抗裂性能高。
焊缝低氢且含氮量也较少。
5．焊后变形较小。
角变形为千分之五，不平度只有千分之三。
6．焊接飞溅小。
当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝，或在CO2中加入Ar，都可以降低焊接飞溅。
2.5焊接工艺措施
（1）采用4名焊工用4台CO2气体保护焊对称焊接，使其产生的应力和变形相互抵消。
（2）采用合理的组装、焊接顺序。
所有焊缝必须朝着一个方向焊接，长生一定的有利旁弯，等焊接上轨道后就能相互抵消一部分。
腹板的焊接顺序为先焊接一遍腹板的角焊缝再焊接另一边。
（3）长度方向加长50mm余量，在上，下边各放200mm起拱量，防止主梁焊后形成下桡变形。
（4）采用不留间隙的紧密组装，并确保装配质量。
（5）采用刚性固定法。
焊前对主梁下盖板采用外加刚性拘束，限制主梁下盖板在焊接时的变形。
第三章主梁焊接技术的变形控制
3.1主梁焊接变形的分析
3.1.1主要技术要求
图3-1为桥式起重机及箱形主梁截面示意图。
图（3-1）桥式起重机及箱形主梁截面
（1）主梁上拱度F：
主梁应有上拱，且最大上拱度应控制在跨中S/10的范
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