典型焊接结构的制造教程.ppt

第五章 典型焊接结构的制造,第一节 焊接结构的合理性第二节 焊接结构的装配第三节 焊接容器的制造第四节 焊接梁的制造,第一节 焊接结构的合理性,焊接结构设计的基本要求是：实用性、可靠性、工艺性和经济性，各个方面统筹兼顾。焊接结构的设计原则是：以可靠性为前提，以实用性为核心，以工艺性和经济性为制约，在可能的情况下使焊接结构的造型美观大方。,一、从满足使用方面分析结构的合理性1、铆接结构不能轻易改成焊接结构 铆接不存在应力集中，而焊接有 焊接接头能承受较大的动载荷。2、对接接头不宜采用盖板加强形式 盖板尤其单面盖板接头的动载荷性能差。,3、焊接接头应避开高应力区 防止应力叠加4、焊接应力分布应均匀,5.使用复合结构,二、焊接结构的制造工艺性 是指设计的焊接结构在一定的生产条件下能否经济的制造出来，并能采取最佳工艺方法的可行性。（是指以最合适和最少的原材料、能源和工时消耗，获得最佳的质量指标和综合性能。）工艺性和经济性问题须根据具体条件而定，在焊接结构设计时，对其工艺性和经济性应考虑下列诸因素：,1、零件的备料工作量大小和实现的难易程度；备料会影响工艺性和经济性。如开坡口的考虑因素：焊缝金属的填充量；良好的焊接可达性；坡口形状是否容易加工。,2、焊接次序是否合理3、焊缝是否都能焊到和容易焊到；,4、减少焊接工作量；减少填充焊缝金属量；尽量使用型材；使用焊接性好的材料5、控制焊接变形6、操作者劳动条件改善,7、能否合理利用材料；在满足制造工艺性要求的前提下尽量节省材料，最好能找到二者的最佳结合点。合理的结构形式和材料的焊接性是考虑重点。,8、结构焊后进行热处理的难易,9.便于检验,装配-是将焊前加工好的零、部件、采用适当的工艺方法，按生产图样和技术要求连接成部件或整个产品的工艺过程。装配的工作量约占整体产品制造工作量的30%40%，且装配的质量和顺序将直接影响焊接工艺、产品质量和劳动生产率。所以，提高装配工作的效率和质量，对缩短产品制造周期、降低生产成本、保证产品质量等，都具有重要的意义。装配时零件的固定通常是利用定位焊、定位板、压夹装置（螺栓、铁楔等）来实现的。,第二节 焊接结构的装配,定位焊，用来固定各焊接零件之间的相互位置，以保证整体结构件得到正确的几何形状和尺寸。,装配中的定位焊,定位焊应注意：1）由于定位焊缝较短，并且要求保证焊透，故应选用直径小于4mm的焊条或CO2气体保护直径小于1.2的焊丝。2）定位焊缝有未焊透、夹渣、裂纹、气孔等焊接缺陷时，应该铲掉并重新焊接，不允许留在焊缝内。3）定位焊缝的引弧和熄弧处应圆滑过渡，否则，在焊正式焊缝时在该处易造成示焊透、夹渣等缺陷。4）定位焊缝长度一般根据板厚选取1520mm，间距为50300mm。,一、装配的基本条件,装配的基本条件,夹紧的方式,借助通用或专用夹具的外力将已定位的零件加以固定的过程,测量的方式,定位的方式,确定零件在空间的位置或零件间的相对位置,指在装配过程中，对零件间的相对位置和各部件尺寸进行一系列的技术测量，从而鉴定定位的正确性和夹紧力的效果，以便调整。,二、装配方式的分类,按结构类型及生产批量的大小分类,单件小批量生产,成批生产,按定位方式不同分类,划线定位装配,工装定位装配,利用在零件表面或装配台表面划出焊件的中心线、接合线、轮廓线等作为定位线，来确定零件间的相互位置，以定位焊固定进行装配。,（1）划线定位装配法,在装配平台上按1：1的实际尺寸划出屋架零件的位置和结合结线（称地样），然后依照地样将零件组合起来。,地样装配法,(2)工装定位装配法,样板定位装配法,定位元件定位装配法,胎夹具装配法,利用样板来确定零件的位置、角度等的定位，然后夹紧并经定位焊完成装配的装配方法。常用于钢板与钢板之间的角度装配和容器上各种管口的安装。,1)样板定位装配法,断面形状对称的结构，如钢屋架、梁、柱等结构，可将装配好的半片放置在平台上作为样板（称仿模），在其对应位置放置对应的节点板和各种杆件，用夹具卡紧后进行定位焊，连续地复制装配出一批产品的装配方法。,仿形复制法进行装配,用一些特定的定位元件（如板块、角钢、销轴等）构成空间定位点，来确定零件位置，并用装配夹具夹紧装配。它不需要划线，装配效率高，质量好，适用于批量生产。必须考虑装配后焊件的取出问题。,2)定位元件定位装配法,对于批量生产的焊接结构，若需装配的零件数量较多，内部结构又不复杂时，可将焊件装配所用的各定位元件、夹紧元件和装配胎架三者组合为一个整体，构成装配胎架。,3)胎夹具（又称胎架）装配法,分部件装配法优势：提高装配、焊接质量，并改善工人的劳动条件。提高劳动生产率，缩短生产周期。采用这种方法装配还简化了胎夹具，降低了成本，可获得较高的技术经济指标。划分部件时需考虑：结构合理性、工艺合理性、工厂条件,按工艺过程分类,整装整焊 互不干扰，可流水,随装随焊 相互交叉，影响生产,分部件装配法,三、焊接结构装配工艺的制定1、装配工艺过程制定的内容 装配工艺过程制定的内容包括：零件、组件、部件的装配次序；在各装配工艺工序上采取的装配方法；选用何种提高装配质量和生产率的胎夹具、工具、装备的规格型号等。,2、装配工艺方法的选择（1）互换法：互换法的实质是通过控制零件的加工误差来保证装配精度。（2）选配法：选配法是在零件加工时为降低成本而放宽零件加工的公差带，故零件精度不是很高。（3）修配法：修配法是指零件制造时要预留修配余量，在装配过程中修去部分多余的材料，使装配精度满足技术要求。,3、制定装配工艺注意问题1）带有机加工零件的结构的装配有两种方案 一种方案是当焊接结构中的一些零件需要机械加工并与其他构件精确配合的（如：轨道连接面、孔等）。另一种方案是当构件中加工零件的精确度要求不太高时，可以采用带有定位装置的装焊胎夹具，并选择正确的定位基准、装配过程和焊接工艺来完成。,2）定位基准与找正3）考虑焊接应力和变形的情况4）正确掌握公差标准5）采用通用或专用装配或装配焊接夹具装备和机械化装，以提高产品的质量和生产率，并应特别注意使装配后的构件能方便地从胎架上取出。6）一些体积庞大的产品，如大型球罐、高炉壳体等需分组出厂至工地总装焊接，为保证总装的质量和进度，应在厂内试装，试装时将不可拆连接改为临时可拆连接。,7）构件装配时相互接触的部件表面及坡口两侧50mm以内，装配前及定位焊后正式施焊前，必须严格清除油脂、铁锈、熔渣等污物，以确保焊接质量。8）定位焊所用的焊条应和焊接时所用焊条相同，并按规定的焊接温度和焊缝尺寸及位置进行定位焊，保证焊接质量。对于重要及特殊材料的结构，不得用大锤敲击及强制装配，也不得在工件上任意引弧或焊接临时性构件。,第三节 焊接容器的制造一、焊接容器的分类（一）按焊接容器用途分类1、贮罐类焊接容器1）立式圆柱形贮罐（如图5-19）2）湿式贮气罐3）干式贮气罐4）球罐5）水珠状贮罐6）卧式圆形贮罐,湿式贮气罐,干式贮气罐,球罐,卧式圆形贮罐,锅炉汽包,2、小型工业锅炉及大型电站锅炉汽包3、化工反应类容器4、冶金建材、水电等行业所用设备冶金建材、水电等行业设备中有大量的焊接容器，如高炉、平炉、转炉体(壳)热风炉、洗涤塔、水泥窑炉的炉体、水电站的蜗壳等。5、特殊用途的焊接容器,（二）压力容器的分类 按容器的工作压力可将容器分为：低压容器：0.1MPaP1.6MPa；中压容器：1.6MPaP10MPa；高压容器：10MPaP100MPa；超高压容器：P100MPa。,按容器在生产工艺过程中的作用原理又可分为：（1）反应容器（2）换热容器（3）分离容器；（4）贮运容器 按我国压力容器监察规程规定，根据容器的耐压渐次增高和介质危害程度逐渐增大，将容器分为一、二、三类。,一类容器：非易燃或无毒介质的低压容器、易燃或有毒介质的低压分离容器和换热容器等。二类容器：中压容器；毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；易燃介质或中度有毒介质的低压反应容器和贮运容器；内径小于1m的低压管壳式余热锅炉；低压搪玻璃压力容器。三类容器：高压、超高压容器；毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和且PgV0.2MPam3的低压容器(表明容积较大)；易燃或毒性为中性危害介质且PgV0.5MPam3的中压反应容器；易燃或毒性为中性危害介质且PgV10MPam3的中压贮运容器；中、高压管壳式余热锅炉；使用抗拉强度规定值下限570MPa材料制造的压力容器。,二、锅炉汽包的制造（一）概述 锅炉汽包是典型的单层高压容器，它主要是筒体、封头、下降管、管接头和内件等组成，筒体上排列有许多管孔用于焊接各种管子。其工作特征是：工作压力大（高达10MPa以上），工作温度高（650以上）。,1、主要规格 HG410/100锅炉汽包是蒸发量为410t/h、压力为10MPa的高压蒸汽锅炉的主要部件。2、锅炉汽包的技术条件3、锅炉汽包生产中需要注意的问题）锅炉汽包的备料与装配、焊接的关系密切。2）锅炉汽包的装配工作 很关键。3）壁厚较大，因此对焊缝根部的质量要格外注意 4）锅炉汽包焊接后一般均须经过高温回火热处理。,（二）HG410/100锅炉汽包制造工艺方案 1、封头制造工艺 封头的形式多为半椭圆短轴的旋转体，或为两个相连的不同半径的圆弧形旋转体，其板厚与筒壁相当或稍厚一些。封头分有人孔与无人孔两种，它的制造工艺如下：,1）成型：旋压 2）切割封头边缘的多余部分；3）封头的机械加工,封头余量切割机示意图,2、筒体节制造工艺 筒体直径在800mm以下时，可用单张钢板卷成圆柱体，筒体节上只有一条纵向焊缝（筒体焊缝数与可供使用的钢板的最大尺寸有关）；筒体直径为8001600mm时，可用两个半圆筒合成，筒体节上有两条纵向焊缝；筒体直径为10003000mm或更大时，视钢板的规格确定筒体节上采用一条或多条纵向焊缝。1）划线 常常先压制封头，然后根据封头确定筒 节的正确直径2）下料 剪板机、等离子弧切割机3）边缘加工 4）滚圆 热滚,3、锅炉汽包的总装工艺1）纵向焊缝的装配2）筒体节间的装配3）封头与筒体的装配4、锅炉汽包的焊接（三）锅炉汽包的热处理及检验,三、多层容器的制造（一）层板包扎法 用层板包扎法制造高压容器被称为层板包扎式容器，其装配和焊接的设备简单，特别适合于缺乏大型设备的容器制造厂家。,图5-33层板包扎式容器的内筒,此法的主要优点是内壁存在受压预应力，在承压时筒壁内应力沿壁厚分布较单层筒体均匀，筒体上各层板的纵向焊缝可以沿圆周均匀分布，在任何轴向剖面上无相重合的焊缝，因此焊缝减弱影响小，使用安全性更高。只是此法工艺不够简便，制造周期较长。,（二）热套法,过盈配合,（三）绕板法 绕板式容器具有层板包扎式容器和绕带式高压容器两者的优点。其内筒制造与层板包扎法相同，即用35mm厚的钢板以同心圆的方式在内筒上连续缠绕若干层，直至设计厚度。,（四）绕带法,四、球形容器的制造,球形容器的结构及特点 1.球罐的结构形式球罐主要由：球瓣、立柱、拉杆、底盘、梯子等部分组成。其中球瓣又分为：a)橘瓣式；b)足球瓣式；c)混合瓣式。,典型球罐结构示意图1顶部平台 2上极板 3上温带 4中间平台5赤道带 6柱脚 7下温带 8扶梯 9拉杆 10下极板,图6-19 常见球壳板结构分割形式a)橘瓣式 b)足球瓣式 c)混合瓣式,2.球形容器的特点球形容器（俗称球罐）与圆柱形容器相比，具有以下特点：表面积小，即在容积相同的条件下，球形容器表面积最小，节省材料；壳板的承载能力比圆柱形容器大一倍，即在直径和应力相等的条件下，球形容器的板厚只需圆柱形容器的一半；占地面积小，且可向空中发展，有利于地表面的利用；,基础工程量少，维修、保养简单；造型美观；球壳板加工困难；焊接工艺复杂，要求严格。因此，球罐的制作技术比单层卷焊圆柱形容器要难的多，要求也高的多。,说明：常见球罐的规格、材料如15MnVNR及18MnMoNbR等。根据球罐大小、吊运及施工条件不同，其产品出厂形式也不相同，分整体出厂和分体出厂两种，分体出厂又有半球、分带和分瓣三种不同的方式。目前国内球罐多采用分瓣式出厂在现场装配焊接。在工厂内主要是加工制作球瓣、支柱及相关的附件。人孔与球壳板及支柱与球壳板的焊接，以及相应焊后热处理一般也在现场进行。,球瓣加工后要对坡口进行防锈处理，出厂前必须对瓣片妥善包装以防止运输过程中变形和损伤。球瓣加工、组装和焊接是最重要的几道工序，对球罐的加工质量和生产效率影响极大。值得注意的是，球瓣出厂前必须在厂内进行预安装，以检验其尺寸和精度是否达到技术要求。,球瓣的加工 对原材料的要求 若钢板的状态与使用状态相符则应按技术要求从每台球罐中取一块钢板进行拉伸、弯曲和常温冲击试验。当板厚大于38mm时，按规定对钢板逐张进行超声波探伤。,球瓣的成形 球壳为双曲面，是不可能在平面上精确展开的。因此，球瓣一次精确下料困难很大。通常先近似展开即下荒料，在压制成形后再进行二次切割。多数球罐分为五带，即赤道带、南温带、北温带、南极板和北极板。,1）热压成形工艺 热压成形具有效率高、成形均匀、能保证钢材性能等优点。但由于冷却收缩不均匀，将直接影响球瓣的曲率精度，加热还带来氧化和烧损问题。为保证热压球瓣的精度，需要进行二次下料。,热压时注意事项有：热压温度要严格控制，加热温度过高会造成脱碳和晶间氧化。保温时间要尽量短。始压温度应在大于材料Ac3以上某一适当的温度，终压温度不小于500，以防止冷作硬化；胎模球面曲率必须精确，下胎曲率尤为重要；板材要求正火处理，如未处理可以用热压时的加热来代替正火处理；热压要平稳，冷却时将周边用夹具固定，限制其自由收缩。,2)冷压成形工艺冷压成形方法分局部成形和点压成形，前者效率高但需较大功率的冲压设备，后者压延接触面积小，所需压力和设备的功率均小，但效率低。目前应用较多的还是点压成形法。图6-25为点压成形模具示意图。它是逐点、逐遍进行压制，加工时不能一次压到底，而要按不同顺序逐点、逐遍压制，如图6-28所示。,图6-28 点压成形法a)纵向点压法（适用于大曲率）b)横向点压法（适用于小曲率）c)综合点压法1第一遍压延轨迹 2第二遍压延轨迹 3第三遍压延轨迹图2-27 点压成形模具,球瓣坡口加工球瓣成形后都要进行二次下料，用气割切去加工余量的同时开出坡口。下图为球瓣坡口切割装置示意图。a)球面弧切割胎结构示意图 b)横截面弧切割胎结构示意图1立板 2导轨 3弧形板 4调节螺丝 5侧弧板,球瓣的坡口加工后必须仔细检查表面质量和曲率。经着色和超声波检验，坡口表面不得有分层、裂纹或影响焊接质量的其他缺陷。检验合格后，在坡口上涂上防锈漆，焊接时不必除去。,球罐的组装 出厂前要对加工后的球瓣进行预装配。球罐在现场装配工艺方法很多，根据球罐的大小和施工条件可采用散装法和环带组装法等。散装法 散装法是将单片球瓣逐一组装成球体，它是国内应用最普遍的一种安装方法。分瓣散装法可以以下寒带（或下温带）和赤道带为基准（见图6-27）两种方式进行。,图6-30 赤道带为基准的散装法a)、b)、c)赤道带组装 d)上、下温带组装 e)、f)上、下极板组装,分散组装法的优点：对施工设备要求低，不需要大型平台、大型滚轮架及起吊设施。分散组装法的缺点：安装精度较差，且焊缝为全位置焊接，对焊接技术要求高，劳动强度大。,环带组装法 环带组装法是先分别装焊好各环带（如赤道带、温带等）再用积木式合拢各环带及两极板。此种方法各带适合在工厂内制造施工。,球罐的焊接 球罐的焊接方法主要取决于其组装方法、焊接设备和现场施工条件。目前国内球罐制造中常用的母材有低碳钢、16MnR、15MnVR和15MnVNR。常用的焊接方法是电焊条电弧焊在现场焊接尤为普遍埋弧自动焊。另外，在条件允许的情况下也可以采用气电焊进行球罐的焊接，如采用半自动CO2气体保护焊可代替焊条电弧焊；可用自动MIG或MAG焊进行球罐纵缝的焊接，并可由药芯焊丝代替实芯焊丝。,为防止焊接变形、缓和残余应力、防止裂纹的产生，应在充分进行工艺评定基础上，选择正确的焊接材料，确定合理的焊接顺序和焊接工艺参数，采取必要的预热和焊后热处理措施等，即制定一套完整的焊条电弧焊工艺。,施焊环境 施焊现场若出现雨雪天气、风速超标（大于8m/s）、环境温度低于5和相对湿度在90以上情况时必须采取适当的防护措施，方能进行焊接。注意环境温度和相对湿度应在距球罐表面5001 000mm处测得。,焊前准备 1)焊接坡口壁厚18mm以下钢板采用单面V形坡口。壁厚20mm以上的钢板多采用不对称X形坡口。一般赤道带和下温带环缝以上的焊缝，大坡口开在里面。下温带环缝及以下的焊缝，大坡口开在外面。,2)预热球罐的壁厚一般较大，焊前要求预热。常用液化石油气或天然气作为球罐焊前预热的热源。焊内侧焊缝在外侧预热，焊外侧焊缝则在内侧预热，预热火焰应对准坡口中心。,预热温度因材质和规格不同而有所不同，壁厚越大、母材强度级别越高，预热温度也越高，但不超过200。温度测量点在距焊缝中心线50mm处，每条焊缝测温点应不少于3对。焊接高强钢球罐不能中断预热要连续施焊，,焊接工艺（焊条电弧焊工艺）采用散装法的球罐是以赤道带为准，故原则上焊接顺序是：由中间向两极，先纵缝后环缝，先外后里。为了使焊接收缩均匀，应以对称焊为原则，因此对同一带的各条纵缝要同时焊接。,纵缝和环缝一般都采用单道摆动多层焊，各层焊缝的引弧和熄弧点应错开，以免交界处产生缺陷。所有焊缝均采用分段逆向焊接。在外侧焊完后，内侧必须用碳弧气刨清根，要将未焊透及根部缺陷等全部清除，并用磨光机磨去碳弧气刨的硬化层，经磁粉或着色检验合格才可预热、焊接。,消除应力处理 球罐焊后要进行整体或局部消除应力处理。其方法有：温水超载试验消除法；低温度场应力消除法；爆炸法；红外线加热局部热处理；内部整体加热热处理等。,内部整体加热热处理技术：将球罐本身作为一个燃烧炉，借助于底部开口（人孔）安装喷火嘴，以燃油或液化石油气为燃料，热处理前球罐外部包覆保温材料如细纤维玻璃棉等，然后进行内部加热热处理。图6-36为这种热处理的典型方法示意图；图6-40为热处理工艺参数。,第四节 焊接梁的制造,一、焊接梁的分类、用途及技术要求 焊接梁是由钢板或型钢焊接成形的构件，主要受横向弯曲载荷的作用，可在一个主平面内受弯，也可在两个主平面内受弯，有时还可承受弯扭的联合作用。梁的截面有工字形、箱形和管形等，最常用的是工字形截面梁和箱形截面梁。工字形梁用于用于只在一个主平面内承受弯矩作用的场合。对于载荷较大又要求具有较好的抗扭刚度的梁，可采用焊接箱形梁。,焊接梁、柱的断面图a)板材或型材组成的梁、柱 b)弯曲件组成的梁、柱 c)断面简图,根据强度、局部稳定、刚度和经济条件，确定梁高和截面各部分尺寸。同时还要满足下列基本的技术要求：1、焊接梁的翼缘板通常用一层钢板做成，必要时可由两层钢板组成。2、吊车梁翼缘板或腹板的焊接拼接应采用加引弧板的焊透对接焊缝，引弧板割去处应予打磨平整。3、焊接梁的横向肋板与翼缘板相连接处应切角。4、梁的端部支承肋板的下端，按端面承压强度设计值计算时，应刨平顶紧，其中突缘肋板的伸出长度不得大于其厚度的2倍。5、重级工作制和起重量Q50t的中级工作制吊车梁腹板与上翼缘板的T连接应予焊透。,二、工字形梁的制造 建筑工程经常使用具有各种工字形和H形（当翼板宽度与腹板高度比值较大时称H形）断面的梁或柱，其基本形都是由一块腹板和上、下两翼板（或称盖板）互相垂直而构成，仅仅在相互位置、厚与薄、宽与窄和有无肋板等方面有区别。应用最多的是腹板居中，左右和上下对称的工字断面的梁和柱，一般由四条纵向角焊缝连接。,工字形断面的梁与柱制造中的变形形式制造这种对称的工字梁和柱，必须要控制的主要变形有：翼板角变形；整体结构的挠曲变形；(挠曲变形中有上拱或下挠及左、右旁弯)腹板的波浪变形（凸凹度）；难以矫正的扭曲变形等。,实腹式吊车梁的制作工艺过程实腹式吊车梁示意图1端板 2下翼板 3肋板 4腹板 5上翼板,生产工艺流程吊车梁生产工艺流程图,零件的备料加工下料前将弯曲和不平度超差的钢板进行矫正。下料时要考虑加工余量和焊接收缩量，焊接收缩量的大小可参见有关标准。加工余量包括切割余量、边缘（包括坡口）加工余量。吊车梁的跨度较大，为保证其上挠度，腹板下料时可预制一定拱度。腹板与上翼板的T形接头要求焊透，所以腹板应进行边缘加工或坡口加工。,腹板或翼板如若拼接，其对接焊缝要求焊透。焊接时应加引弧板和熄弧板。腹板和翼板的拼接焊缝至少错开500，避免焊缝交叉。为了减少焊后翼板的角变形，可考虑对翼板焊前使用翼板反变形机预制（压出）反变形，反变形量的大小可参阅相关标准。,焊前准备安装引弧、熄弧板 b)预制反变形 c)坡口清理区宽度,工字梁的装配 对称的工字断面的梁（或柱）结构简单，制造的程序应是先装配后焊接，即先装配成工字形状并定位焊后再进行焊接。如果加有肋板（也称筋板）的工字梁，而且是采用焊条电弧焊或半自动二氧化碳气体保护焊，更应把肋板装配好后，最后再焊接，否则翼板的角变形影响肋板的装配。,a)划线与安装定位角铁 b)装配T形梁 c)装配工字梁1、3翼板 2定位角铁 4腹板 5吊具 6直角尺,定位焊的焊脚尺寸不能超过焊接时焊缝尺寸的一半，反、正面定位焊缝要错开。定位焊缝长度以3040mm为宜，间距视结构尺寸而定。,工字梁的焊接 生产中要解决的主要问题是焊接变形和纵向角焊缝的熔透程度，其次是工件的翻转。对焊接角变形有两种处理方法：一是预防加及时控制；二是焊接时让其自由变形，焊后统一矫正。前者要求有焊接经验，后者要求有矫正经验。采用自动焊时，经常焊后再矫正。预防角变形的最好方法是反变形法。,断面形状和焊缝分布对称的工字梁（柱），焊后产生的挠曲变形一般较小，其变形方向和大小主要是受四条角焊缝的焊接顺序和工艺参数的影响。通过合理安排焊接顺序和调整焊接工艺参数即能解决，当焊后变形超差时再矫正。断面形状和焊缝分布不对称的工字梁（柱），焊后除角变形外，还会产生较明显的挠曲变形，且其影响因素较多。因此，在设计与制造过程中，要严格控制此类工字梁（柱）挠曲变形的产生。,为保证四条纵向角焊缝的焊接质量，生产中常采用“船形”位置施焊，其倾角为45。为倾斜焊件的简易装置,如果不需要采用“船形”位置焊接时，批量生产的条件下可采用双头自动焊。龙门式双头焊接装置腹板两侧双面焊接示意图1移动式龙门架 2焊机头 1从动轮 2工件 3导向轮3轨道 4工件4焊接机头 5主动轮,注意焊接时两机头前后要错开一定距离，以免烧穿腹板。工字梁（柱）四条纵向角焊缝通常采用埋弧自动焊和二氧化碳气体保护焊进行焊接，需安装引弧板和熄弧板，焊前要认真清理焊接区。腹板厚度较大且要求焊透时，需在腹板上开K形坡口。对焊接变形进行矫正，可采用机械矫正或气体火焰矫正。,总装配焊接腹板高度大于800900mm就要加装肋板。肋板的焊接一般为焊条电弧焊或二氧化碳气体保护焊。为减少焊接变形，可采用所示的肋板焊接顺序。,当腹板高度小于1m，按图a所示顺序焊接；如腹板高度大于1m，按图b所示，从腹板中间分别向上、下两方向焊接；为防止肋板焊缝与纵向角焊缝交叉，肋板两内角要切掉一部分；,肋板焊接顺序,如短肋板过多，可采用图51所示的措施，两梁夹紧后焊接，以减少在整个长度方向的弯曲变形。刚性固定法之一,肋板焊接后，如无变形，吊车梁在长度方向上测量定尺切割后进行端面铣平或磨平，然后装焊端部支承板。端板焊接顺序如图6-55所示。图6-58 端板的焊接顺序,三、箱形梁的制造箱形梁的断面形状多为长方形，由四块钢板用四个角焊缝连成封闭式结构。起重机械是用于物料起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备，有很多种结构形式，如桥式起重机（天车）、塔式起重机、履带式起重机（坦克吊）、门座式起重机（鹤式吊）和汽车起重机等。本节仅介绍工厂（车间）内应用最广泛的桥式起重机的焊接制造工艺。,桥式起重机的结构特点 图69所示为常见的桥式起重机，是由桥架、运移机构和载重机构等组成。图69 桥式起重机1桥架 2运移机构 3载重机构,桥式起重机主梁分单梁和双梁结构；梁的横截面又分为工字形和箱形。吨位较小的起重机（5吨以下），多为工字形单梁结构，而大吨位的桥式起重机都是厢形双主梁再由两端梁连接而成的桥架式结构。,常见的厢形主梁桥式起重机桥架结构如图70所示，它是由主梁、端梁、走台、轨道及栏杆等组成，其外形尺寸取决于起重量、跨度、起升高度及主梁的结构形式等。图70 桥式起重机的桥架结构（俯视图）1主梁 2栏杆 3端梁 4走台 5轨道 6操纵室,桥式起重机中的主要受力元件，其结构形式如图71所示。图71 厢形主梁结构1长肋板 2短肋板 3上翼板 4腹板 5下翼板 6水平肋,主梁的主要制造技术要求：跨中上拱度应为(0.9/10001.4/1000)L；轨道居中正轨厢形梁及偏轨厢形梁：水平弯曲（旁弯）fbL/2000；腹板波浪变形，离上翼板H/3以上区域（受压区）波浪变形e0.7f，其余区域e为1.2f。,箱形梁上翼板的水平偏斜cB/200；箱形梁腹板垂直偏斜值aH/200，如图6-72所示。图6-72 厢形梁制造的主要技术要求,箱形主梁的备料加工 箱形主梁的备料加工与工字形梁、柱的不同点：拼板对接工艺 主梁较长，有的可达40m左右，所以需要进行拼接，所有拼接焊缝均要求焊透并无损检测合格。翼板与腹板的拼接接头不能布置在同一截面上，且错开距离不得小于200mm。翼板及腹板的拼接接头不应安排在梁的中心附近，一般应离中心2m以上。拼板多采用焊条电弧焊（板较薄时）和埋弧自动焊。,肋板的制造 肋板多为长方形，长肋板中间一般有减轻孔。肋板可采用整块材料制成，长肋板为节省材料可用零料拼接而成。由于肋板尺寸影响装配质量，故要求其宽度只能小1mm左右，长度尺寸允许有稍大的误差。肋板的四个角应严格保证直角，尤其是肋板与上翼板接触的两个角，这样才能保证厢形梁在装配后腹板与上翼板垂直，并且使厢形梁在长度方向上不会产生扭曲变形。,腹板上拱度的制备 制造厢形梁的主要技术问题是焊接变形的控制。从梁断面积形状和焊缝分布看，对断面重心左右基本对称，焊后产生旁弯的可能性较小，而且比较容易控制；但对断面水平轴线上下是不对称的，因小肋板都在上方，即焊缝大部分分布在轴线上部，焊后要产生下挠变形。这和技术要求规定上拱是相反的。因此，为了满足技术要求，腹板应预制出数值大于技术要求的上拱度，具体可根据生产条件和所采用的工艺程序等因素来确定，上拱沿梁的跨度对称跨中均匀分布。,图77 制备腹板上拱度的方法a)用剪板机切成若干梯形毛坯后拼接 b)用气割直接切成,图77为制备腹板上拱度的两种方法。,箱形主梁的装配焊接箱形主梁由两块腹板、上下翼板及长、短肋板组成，当腹板较高时需要加水平肋板，主梁多采用低合金钢（如16Mn）材料制造。焊接工艺流程 由于箱形主梁是一个封闭式结构，所以必须先焊梁内的长、短肋板，然后再焊翼板。具体焊接顺序如下：,先焊接上翼板与长、短肋板间的焊缝，以免产生主梁的扭曲变形，造成矫形困难；装两侧腹板，焊接形梁的内部焊缝，两条较长的纵向焊缝暂不焊接；装配下翼板后，应先焊下翼板与腹板间的两条纵向角焊缝，要求两面对称同时进行焊接，以减小焊接变形。若下翼板装配后上拱度超过工艺规定，可以先焊上翼板的两条纵向角焊缝；,装焊形梁 形梁由上翼板、腹板和肋板组成。其组装定位焊多采用平台组装工艺，又以上翼板为基准的平台组装居多。为减少梁的下挠变形，装好肋板后即进行肋板与上翼板焊缝的焊接。组装腹板时，先在上翼板和腹板上划出跨度中心线，然后将腹板吊起与上翼板、肋板组装。,图74 横加肋和短加肋的装配,图75 肋板的焊接方向 a)如果翼板未预制旁弯 b)如果翼板预制旁弯,腹板装好后，即可进行肋板与腹板的焊接。焊前应检查变形情况以确定焊接顺序。如旁弯过大，应先焊外腹板焊缝；反之，先焊内腹板焊缝。现在较理想的方法是二氧化碳气体保护焊，可减小变形并提高生产率。为使形梁的弯曲变形均匀，可沿梁的长度方向布置偶数名焊工对称施焊。,下翼板的装配 下翼板的装配关系到主梁最后的成形质量。装配时在下翼板上先划出腹板的位置线，将形梁吊放在下翼板上，两端用双头螺杆将其压紧固定，如图78所示。然后检验梁中部和两端的水平度和垂直度及拱度。下翼板与腹板的间隙应不大于1mm，定位焊应从中间向两端两侧同时进行。主梁两端弯头处的下翼板可借助吊车的拉力进行装配定位焊。,主梁纵缝的焊接主梁的腹板与翼板间有四条纵向角焊缝，最好采用自动焊方法（在外部）焊接，生产中多采用埋弧自动焊和粗丝二氧化碳气体保护焊。装配间隙应尽量小，最大间隙不可超过0.5mm。当焊脚尺寸68mm时，可两面同时焊接，以减少焊接变形；焊脚尺寸超过8mm时，应采用多层焊。焊接顺序视梁的拱度和旁弯的情况而定。当拱度不够时，应先焊下翼板两条纵缝；拱度过大时，应先焊上翼板两条纵缝。,主梁的矫正 箱形主梁装焊完毕后应进行检查，每根箱形梁在制造时均应达到技术条件的要求，如果变形超过了规定值，应进行矫正。矫正时应根据变形情况选择好加热的部位与加热方式，一般采用气体火焰矫正法。,端梁的制造 端梁的截面也是厢形结构，其备料加工及装配焊接工艺与主梁基本相同，不再阐述。,桥架装配焊接 桥架装配焊接工艺主要包括轨道对接工艺和主梁与端梁的装配焊接等。轨道对接工艺 桥架上行走小车的轨道接头，若用轨道压板固定，接头处会产生高低不平和侧向错位等问题，重载的小车行走到接头处可能引起桥架轨道的冲击。而采用电弧焊方法将轨道焊接成整体，焊后磨平焊缝表面，可大大提高轨道接头的抗冲击性能。,轨道接头对接工艺如下：清理轨道接头端面后，底部用E5015焊条堆焊一层，并沿轨道底面磨平，如图6-82所示。两轨道接头处留1416mm间隙。为补偿焊缝收缩引起的角变形，轨道端部装配成1100的斜度。焊前将轨道预热至250300，预热长度每边不小于300mm。,如图87所示分三层进行多层焊。底层用E5015焊条焊接，第层仍用E5015焊条焊接，且保持预热温度。第层焊好后立即焊第层，此层用EDPMn3-15焊条焊接，焊条使用前需250烘干。焊后将轨道对接接头处再加热到预热温度，随后保温缓冷。轨道堆焊层侧面先目测有无裂纹，然后将侧面焊缝磨平，进行磁粉探伤。如发现裂纹要磨去，再预热至250300进行补焊，并重复检查直至合格。,主梁与端梁的装配焊接 主梁与端梁的连接有焊接和螺栓连接两种方案，在此仅介绍焊接连接。如图88所示。在用焊接完成主梁与端梁连接时，考虑到运输条件限制，端梁必须有用螺栓形成的可拆卸的连接接头。起重机箱形主梁与端梁的连接焊缝主要为搭接和角接，且有立焊和仰焊位置，因此多采用焊条电弧焊和半自动二氧化碳焊，对焊接操作者技术水平要求较高。,图88 箱形主梁与端梁的连接1连接板 2主梁下翼板 3端梁腹板 4主梁腹板,流水线生产主梁的实例,