门式起重机的制作工艺.docx
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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
MG
2
双 梁
吊钩门式起重机
双小车
ME
3
双 梁
抓斗门式起重机
单小车
MZ
4
双 梁
电磁门式起重机
单小车
MC
5
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
MP
7
双 梁
三用门式起重机
单小车
MS
8
单 梁
吊钩门式起重机
单小车
MDG
9
单 梁
吊钩门式起重机
双小车
MDE
10
单 梁
抓斗门式起重机
单小车
MDZ
11
单 梁
电磁门式起重机
单小车
MDC
12
单 梁
抓斗吊钩门式起重机
单小车
MDN
13
单 梁
抓斗电磁门式起重机
单小车
MDP
14
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
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：
134800kg
2.）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：
（1）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。
（2）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。
（3）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
Q235
370～460
≥235
E4301
E4303
E4315
E4316
420
330
18
重要构件
Q295
370～460
410
41O
≥235
≥295
≥295
E4303
E4315
E4316
420
330
18
E4315
E4316
420
330
22
重要
结构用
Q345
470～51O
470
470～490
≥345
≥345
≥345
E5010
E5011
E5003
490
390
22
E5015
E5016
490
390
22
重要
结构用
Q390
530
530
≥300
≥300
E5503
E5510
E5513
E5515
E5516
540
440
16
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）
1.6
2.0
2.5
3.2
4.0
5.0
5.8
电流（A）
25～40
40～60
50～80
100～130
160～210
200～270
260～300
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
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