起重机械结构焊接变形的因素及控制分析

发表时间:2021/1/6   来源:《基层建设》2020年第25期   作者:曹江涛
[导读] 摘要:科技的发展,各领域的技术水平逐渐提高,信息技术应用更加广泛的今天,我国的生产事业也在不断地进步,其中起重机主梁焊接变形的控制技术是提高我国生产过程中的关键,为了保障施工人员的生命安全,加强起重机主梁焊接变形的控制技术在实际建筑过程中的应用,就要对起重机在使用过程中经常出现的问题进行分析,从而不断地提高我国经济在社会中稳定发展。
        山东电力建设第三工程有限公司  山东青岛  266100
        摘要:科技的发展,各领域的技术水平逐渐提高,信息技术应用更加广泛的今天,我国的生产事业也在不断地进步,其中起重机主梁焊接变形的控制技术是提高我国生产过程中的关键,为了保障施工人员的生命安全,加强起重机主梁焊接变形的控制技术在实际建筑过程中的应用,就要对起重机在使用过程中经常出现的问题进行分析,从而不断地提高我国经济在社会中稳定发展。
        关键词:起重机械结构;焊接变形;因素;控制
        引言
        随着国民经济的不断增长,城市化、工业化进程加剧,起重机械的应用愈加广泛。起重机主梁在集中载荷作用下要产生弹性下挠。若主梁制成平直的,起吊重物时由于载荷作用使主梁下挠,会造成小车架运行时下滑或爬坡。为得到合适的上拱值,在主梁制作前需要预制上拱,那么主梁制作过程中哪些因素对上拱度有影响,有什么影响,就有必要进行定性及定量的研究。
        1 机械结构焊接变形种类及产生原因
        在起重机械结构焊接过程中,其结构件的焊接变形种类有收缩变形、弯曲变形和扭曲变形。收缩变形是因为焊缝冷却材料体积减小,导致尺度精度下降,而且焊缝收缩的方向相同会使得整体结构的尺寸减小,影响机械结构的稳定性。弯曲变形通常出现在工件尺寸较小、焊缝不对称的区域,这是因为材料受到焊接过程中应力和变形的综合影响。起重机械焊接结构属于大型结构件焊接,因此,更容易发生扭曲变形,在不均匀内应力的影响下,焊缝的分布没有规律,很难进行提前预测,导致的结果就是焊接区域发生扭曲变形,严重时,焊接件会无法修复。因此,起重机械结构的焊接变形不仅影响工程机械的工作效能,而且还会给工厂企业造成经济损失。由此,分析焊接变形的具体原因显得尤为重要,其焊接变形有多种因素组成,第一为焊接应力的大小和分布,其直接影响焊接结构件的受力和变形,在焊接过程中,焊接应力和焊缝的复杂程度成正相关,由于其具有一定的不确定性,材料的膨胀和收缩同样不均匀,导致变形难以预估。第二为焊接结构件的设计不合理,设计的焊缝尺寸大、数量多且分布不均匀均会加剧焊接结构件的变形。第三为焊接工艺的制定存在问题,起重机械结构焊接工艺的好坏直接决定加工效率,其焊接变形是否超出规定标准,直接影响机械结构的稳定和运作安全。因此,需要着重注意焊接工艺的选择和设计,确保有效高效、安全稳定。
        2起重机械结构焊接变形的控制
        2.1焊接工艺参数的选择
        焊接工艺参数的选择对焊接成形及焊接质量有很大的影响,对于不同的焊接构件采取不同的焊接参数,能最大程度的保证焊接质量减少焊接变形。所以选择恰当的工艺参数,能有效减少焊接变形。在焊接过程中,我们根据管子的厚度和焊工的多次试验,最终得出了CO 2 气体保护焊合适的工艺参数的范围,在这个区间内不仅能得到好的焊缝成型,而且能减少焊接变形量。
        2.2 控制焊接过程环境和裂缝的出现
        首先,焊接作业的现场环境温度对焊接热循环有着决定性的影响。操作人员必须将焊接施工的温度控制在 20℃以上,如果温度过低,就会导致金属冷却过快影响焊接接头的质量。其次,空气湿度与焊接质量之间存在着密不可分的联系。一般情况下,操作人员在机械焊接过程中,必须采取积极有效的措施,将焊接施工现场的湿度控制在 90% 以下,才能确保机械结构焊接质量。机械焊接过程中出现的裂缝,主要指的是金属在焊接应力、致脆原因等因素的影响下,焊接头出现局部金属原子遭到破坏的情况,最终导致机械焊接出现裂缝的问题。这种裂缝不仅长度大、宽口尖锐,同时也是机械构件焊接过程中最常见的质量缺陷问题。操作人员必须在机械结构焊接过程中,加强焊接焊缝控制。焊接完成后发现了裂缝的话,应该立即采取措施清除和修补,然后再降低电焊机电流,采取多层、多道焊接方式,处理焊缝中间出现的裂缝。


        2.3焊接过程中的控制措施
        焊接过程中,选择合理的焊接顺序来减小焊接变形,遵循先中间后两边,避免焊缝交叉进行的原则。具体为焊接时先焊横梁与板的对接焊,焊接顺序为从中间第五个框向两边框架对称分布焊接;全部焊完再焊斜撑与板的对接焊,焊接顺序同上;而每条单独焊缝焊接时,遵循从中间向两边分段焊接原则。根据以上分析,高频箱平面框架的工艺路线为:(1)搭建焊接平台,按工艺分析尺寸进行平面框架放样;(2)校正尺寸,粘焊平面框架;(3)打翻,将平面框架嵌入焊接平台角铁中,进行反变形预弯,并刚性装夹压紧;(4)选择合理焊接顺序满焊横斜梁与板的对接焊,其它所有与纵梁相连焊缝均不满焊;(5)焊后去毛刺,对正面焊缝进行砂平以便后续组装。
        2.4主梁焊接变形的矫正
        (1)水平弯曲矫正。如果主梁在焊接的过程中发生水平弯曲,则需采用火焰矫正的方式对弯曲部分进行矫正,在加热过程中需将加热面全部覆盖在主梁隔板上,可根据弯曲程度调整加热面积的大小。(2)扭曲矫正。对主梁扭曲进行矫正时需综合采用矫正水平弯曲和拱度的方式,从而达到扭曲矫正的目的。(3)拱度矫正。如果在焊接的过程中主梁拱度过大,可将加热面覆盖在主梁的上盖板处,并在主梁的腹板两侧分别加设三角形的加热面,再根据主梁出现拱度的原因进行火焰矫正。
        2.5加强对车导的整修
        要加强起重机主梁焊接变形的控制技术在实际工作过程中的应用,不仅要对起重机的结构进行分析,还要加强对车道的整修,针对其中的具体问题提出采用焊接收缩力的模型,然后相关的技术人员再直接利用公式焊计算出接收缩力等,这样可以减少大量的计算时间。此外,在对其进行修复的过程中,首先要检查轨道的水平度和踏面垂直度等,这样才能够及时地发展起重机主梁焊接变形的控制技术在实际的应用过程中问题,主要分析引起啃道的原因,然后根据相关的技术要及时地采取有效地措施进行调整,一定要符合标准的公差要求。其次,在对轨道的接头进行接焊的时候,还对焊条和焊缝等进行研究,检查其是否符合钢轨材质的要求,避免相关问题的发生。同时,相关的技术人员在具体的施工过程中,还要注意的是其接头左右上三面偏差均不要对大于 1mm,因为这样可以在一定程度上防止车轮位置在实际运行的过程中出现偏差。
        2.6实际生产中焊接变形及应力的控制
        针对工程机械产品的焊接结构件,如:装载机的动臂、前后车架;挖掘机的动臂、斗杆、行走架;正面吊的吊臂、车架;起重机的吊臂等,多为对称结构或箱型体,结构对称两侧焊缝布置一致。基于对不同焊接顺序下T形接头焊接变形及应力的计算,在实际结构件的焊接生产时多选择两侧同方向的分段焊接,往往是先焊一侧的一段焊缝后再焊对称一侧的一段焊缝,依次对称分段焊完两侧焊缝,如果在条件允许的情况下会采取对称两侧同时同方向的焊接。采取同方向的焊接后,结构件的焊接变形易于控制,避免了焊接方向不同引起的扭曲变形,给矫正带来困难,严重时工件得返修或直接报废。对于残余应力的预测,我们更多的是选择焊后处理的方法降低残余应力的水平,如利用超声冲击对焊缝的焊脚进行处理、振动时效等,通过降低残余应力的水平可显著提高焊接接头的疲劳寿命。
        结语
        综上所述,只有控制住焊接过程中因应力引发的变形,才能确保起重机械设备的产品质量,提高加工效率和工程进度,保障人身安全。
        参考文献:
        [1] 翟浩,刘士敦,王润之 . 工程机械大型结构件焊接变形的原因及控制方法 [J]. 工程机械与维修,2014(12):123-124.
        [2] 蔡志鹏 . 大型结构焊接变形数值模拟的研究与应用 [D]. 清华大学,2001.
        [3]左延红,王双平.大型结构件焊接变形控制方法[J].焊接技术,2008,037(006):54-56.
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