九冶钢结构有限公司 陕西咸阳 71204
摘要：现如今，我国是经济迅猛发展的新时期，起重机械结构在焊接过程中因为温度变化和应力分布不均会引发焊接变形，其严重影响了机械结构的完整性和使用可靠性，因此，针对起重机械结构焊接变形的因素及控制的研究必不可少。本文首先论述了机械结构金属焊接变形的基本理论，从本质讨论材料变形的原因及影响金属焊接变形的因素。进而依凭起重机械结构分析了焊接变形的种类及其产生的原因，并且提出了对起重机械结构焊接变形的控制方法，对大型焊接工艺提供理论指导。
关键词：起重机械；焊接变形；结构设计
引言
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。同理，如主梁上拱度过大，跨中小车向两端运行也会造成下滑现象。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焊缝焊接问题
起重机主梁尺寸大、质量大，使得每次放置后位置容易出现偏差，这一因素导致沿长度方向筋板位置的变化；起重机制造的非标性使得结构尺寸有较大的差异，且样式多变，造成焊接上的难度加大；起重机主梁设计要求存在一定的拱度，这意味着每件筋板焊接原点都不在一条直线上，而是在尺寸不定的弧线上。人工焊接由于环境差、技术要求高等特点，导致人工成本投入过高，并且由于作业对象非标准化，难度高，这就对焊接技术工人要求更高，培养人才耗费的时间精力更多，近距离接触焊接中产生的弧光容易对身体造成严重伤害。人工焊接速度过慢，生产效率低下，无法实现焊接形成的焊缝均匀、定位精准、焊接延时准确、长时间连续工作等要求。
2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。
3起重机械结构焊接变形的控制
3.1箱型主梁的焊接工艺
在对桥式起重机箱型主梁进行焊接时，需要从主梁的结构入手。箱型主梁的焊接工艺（如图2）主要包含了以下方面：（1）加工腹板和上下翼缘板。在主梁结构中，腹板和上下翼缘板的数量较多，在下料腹板时要考虑到主梁坡口的大小以及纵横向收缩变形的余量，对坡口进行加工时要注意用力均匀。（2）Π形梁装焊。主梁Π形梁主要是由腹板、筋板以及上下翼缘板构成的，在对其进行装焊时主要采用平台组装的方式。
平台组装方式主要是以上下翼缘板为基础的组装方式，在平台组装上腹板、筋板以及上下翼缘板时，要尽可能地确保主梁不会发生挠曲变形，在组装焊接角钢时，要尽可能减少扁钢对主梁结构的影响。（3）对接焊拼板。桥式起重机主梁的长度通常在20米左右，长度较长，因此在焊接时不能够一次完成，而是要多次拼接而成，而每一次的拼接都会形成焊缝，针对焊缝需要利用超声波进行检查，从而确保焊缝的质量满足起重机运行的相关规定。（4）装配下翼板。下翼板装配的质量直接影响到主梁的安全性。在装配的过程中，首先要在下翼板上预留腹板的位置，然后再将Π形梁装配在下翼板上，最后用螺纹钉将下翼板的两头固定住。（5）制造筋板。在制造筋板时最好采用平板，如果筋板发生变形必须使用筋板料校平机对筋板进行变形矫正。此外，因为筋板的尺寸大小会影响到主梁的质量，所以在装配时，筋板的对角线误差不得超过1mm，且筋板的四个角必须为直角，这样才能够减小筋板变形的几率。（6）制备腹板拱度。主梁在焊接的过程中由于受到自身重量的影响再加上焊接极其容易发生变形现象，所以，为了确保主梁的上拱程度符合起重机安全运行作业的要求，首先要对主梁腹板的预应力进行检测，且检测结果必须是腹板的预应力数值超过相关起重机主梁上拱程度。
3.2控制部分
焊接机械手的控制部分是指控制机械结构按照设定的程序和要求的轨迹，在规定的位置之间完成焊接作业的计算机设备，控制机构有记忆、存储数据、通信等功能，与焊接件输送装置之间进行信息交换，协调各构件之间的相互动作等功能。通常由步进电机或直流伺服电机驱动机械臂各关节。步进电机首先从驱动器获得一系列的脉冲信号，这些脉冲信号可以使步进电机轴产生一定的角位移。利用步进电机驱动机械臂各关节一般不需要反馈回路和位置编码器，这类控制比较简单。当系统采用直流伺服电机驱动机械臂各关节时，系统将测速器和角度编码作为反馈装置，根据反馈信息能够精确地控制机械臂关节轴的运动，直流伺服电机工作状态平稳，可以连续调节旋转速度，焊接机械臂的加速和减速指令都能迅速作出反应，实现精准定位。焊接机械手工作的时候，控制系统对执行机构发出指令，为避免动作有错误或发生故障，必要时可对机械手的动作进行监视。当出现故障时，可以迅速发出报警信号。位置检测装置的作用就是将执行机构的实际位置实时，反馈给控制系统进行比较，当与预设的位置出现偏差时由控制系统进行调整，从而使执行机构满足精度要求。
3.3反变形法
焊接结构件在焊接过程中会产生焊接变形，其主要原因是材料膨胀和焊缝冷缩，而反变形法解决了焊接前后变形量存在差值的问题。这种方式是通过预制反方向变形抵消焊接时产生的变形，具体措施为在焊接装配时，人工对焊接工件实施人为变形，根据实际的需求工况，定制提前预制反变形的大小和方向。而且在焊接时，需要注意焊接顺序，先焊接收缩量大的焊缝，通常情况下，对接焊缝的焊接顺序排在角焊缝之前。
结语
起重机械结构的焊接变形因为其本身的尺寸和重量因素，焊缝分布不均匀，焊接变形过程复杂，难以有效控制焊接变形，为提高起重机械设备的生产经济性，在保证废品率的前提下，尽量控制焊接变形对产品质量的影响。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。
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