桥式起重机主梁焊接工艺及防变形控制方法

桥式起重机主梁焊接工艺及防变形控制方法

摘要：本文介绍了桥式起重机主梁的制造工艺以及在焊接过程中防止焊接变形的措施，对箱形主梁焊接工艺的分析等做了详细的叙述。

关键词：桥式起重机，主梁，焊接工艺，焊接变形，箱形梁

前言

桥式起重机是工业生产中常见的起吊设备之一，它是由起重小车在高架轨道上运行的桥架型起重机，一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。其桥架

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。

箱形主梁，是起重机最重要的承载构件，其制造品质直接关系到起重机的承载能力。桥式起重机主梁在制造过程中，容易出现焊接变形，影响生产和装配。研究其焊接特性及制造工艺，对实现主梁制造的系列化、提高起重机质量、促进产品的技术进步有着积极的作用。

1．主梁结构分析

主梁上包括了上拱的起始点、跨距、跨距中心、轮架支承等桥架的基准点线。而桥架的技术参数，如桥架的水平度、对角线、主梁的上拱度、旁弯、大车轨距、小车轨距、轨道的偏心度、直线度以及同一断面差等都是以主梁头部的轮架中心为基准的。桥架总装是以主梁头部为基准面划出基准点线，找正配装端梁来完成的。单根主梁制造时，从预制上拱到最后的交验，也全部是以主梁头部为基准的。因此，主梁结构的焊接是起重机制造过程的一个重要环节。

1.1桥式起重机及箱形主梁截面

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材料

箱型主梁材质采用Q235-B成分及力学性能须符合《低合金高强度结构钢》的规定。对于厚度≥4 0mm的钢板,足Z向性能要求，达到Z15

焊材的选用：主基本上为Q235-B钢,手工焊接时采用E4316焊条，自动焊时采用

H08A焊丝、HJ431焊剂，CO2气体保护焊接时采用ER50-6焊丝。焊条，焊丝，

焊剂和焊接保护气体，所有焊接材料必须符合设计要求及规范要求。

2 主梁焊接工艺

2.1焊接工艺及品质要求

箱形主梁翼缘板与腹板的焊缝，采用埋弧自动焊接，要求焊缝品质等级为一级焊缝，焊后须进行100%的超声波检查，对于箱型梁的截面尺寸大，隔板与翼腹板的焊缝

全部采用直流手工电弧焊焊接，要求为全熔透的三级焊缝。

2.2焊接要求

(1)箱型主梁的隔板、翼腹板焊缝焊接，应尽量采用对称焊接。

(2)对于比较长的焊缝，采用分段退焊的焊接方法。

(3)焊接尽量采用小的线能量，多人、多机同时操作时，尽量分散对称进行，以避

免热量集中。

(4)焊接时注意根部的坡口，若根部坡口不能满足焊接要求，必须在修理合格后进

行焊接，以尽量减少和避免根部的焊接缺陷。

(5)埋弧焊、手工电弧焊多层多道焊时，层间的焊渣、缺陷必须清理干净。

2.3 箱型主梁的焊接工艺

根据箱型主梁的结构组成，分析其制造成型过程，主要包括拼板、筋板、腹板、Ⅱ形梁、下翼板、主梁纵缝等部件的焊接与拼装。

(1)腹板上拱度的制备。考虑到主梁的自重和焊接变形的影响，为满足技术规定的

主梁上拱要求，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用的工艺程序等因素来确定，上拱沿梁跨度对称跨中均匀分布。

(2)筋板的制造。筋板是一个长方形，长筋板中间也有减轻孔。筋板采用平板，如

有翘曲变形，要经板料校平机矫正。由于筋板尺寸影响到装配品质，要求控制其对角线偏差不大于1mm，并保证筋板的4个角应为90度，尤其是筋板与上盖板接

触处的两个角，更应该严格保证直角，这样才能保证箱形主梁装配后腹板与上盖板垂直，并且使箱形主梁在长度方向不会产生扭曲变形。

(3)腹板、翼缘板的加工。由于隔板的数量比较多，在翼腹板下料时，要考虑横向

焊接的收缩变形余量；翼缘板、腹板在下料时，要根据翼腹板4条焊缝焊接的方法、坡口的几何尺寸考虑其纵向焊接收缩变形余量；考虑到箱形柱抗层状撕裂的要求，采用翼腹板均开坡口的形式，加工坡口时要力求均匀一致。

(4)装焊Ⅱ形梁。Ⅱ形梁由上翼板，腹板和筋板组成。该箱形主梁的组装定位焊，

分为机械夹具组装和平台组装两种，目前应用较广的是采用平台组装工艺，又以上翼板为基准的平台组装居多。平台组装上盖板、筋板和腹板以及内部焊缝的焊接，均应以最小挠曲焊接变形为依据，组装焊接角钢，工艺扁钢应以对梁的整体变形影响为原则。采用上翼板与筋板先组装焊接，在腹板或翼板上组装焊接纵向角钢或扁钢，然后再组装成Ⅱ形梁，这样可以减少梁在最后整体焊接时的变形。

( 5 ) 拼板对接焊工艺。腹板与上下翼板要用多块钢板拼接而成，所有拼缝均要求焊透，并要求通过超声波或者X射线检验，其品质应满足起重机技术条件中的规定。

为避免应力集中，保证梁的承载能力，上下翼板与腹板的拼板接头不应布置在梁同一截面上，错开距离不得小于200 mm；同时，上下翼板、腹板尽量减少拼接接头，避免拼接接头安排在主梁的中心附近。

(6)下翼板的装配。下翼板的装配，关系到主梁最后成型品质。装配时先在下翼板

上划出腹板的位置线，将玎形主梁吊装在下翼板上，两端用双头螺杆将其压紧固定。然后用水平仪和线锤检验梁中部和两端的水平和垂直度及拱度。下翼板与腹板的间隙应不大于1mm。点焊时应该从中间向两边同时进行。

(7)主梁矫正。箱形主梁装焊完毕，应进行检查，每根箱形主梁在制造时均应达到

技术要求，如果变形超过规定值，应进行矫正。矫正时，应该根据变形情况选择好加热的部位与加热方式，一般采用火焰矫正法。

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接注意事项

(1)尽可能地选用对称的构件截面和焊缝位置。这种焊缝位置对称于截面重心，焊

后能使弯曲变形控制在较小的范围

(2)尽可能地减少结构上的焊缝数量和焊缝的填充金属量

(3)必须有利于减少应力集中。应力集中不仅是降低材料塑性和引起结构脆断的主

要原因，而且对结构强度有很坏的影响。为了减少应力集中，应尽量使结构表面平滑，截面改变的地方应平缓和有合理的接头形式

(4)尽量避免焊缝过于集中。尽量避免各条焊缝相交。尽量使焊接接头形式合理，

减小应力集中，尽量避免构件截面的突变，在截面变化的地方，必须采用圆滑过渡，不要形成尖角；

(5)在不影响结构的强度与刚度的前提下，尽可能的减小焊缝截面尺寸或把连续角

焊缝设计成断续角焊缝，减小了焊缝截面尺寸和长度，能减少塑性变形区的范围，使焊接应力与变形减少。

2.5 箱形主梁的焊接工艺分析

从箱形主梁断面结构形状和焊缝分布来看，断面重心轴线左右基本对称，焊后产生旁弯的可能性较小，而且比较容易控制；断面水平轴线上下是不对称的，梁内部

有大量筋板，横向大筋板(隔板)与下盖板不焊接，而小筋板基本都在水平轴线以上。因此，焊缝大部分分布在水平轴线上部，这样极易造成主梁下挠，这和技术上要求上挠正好相反。

腹板上下边缘的角焊缝焊后，将在其中部产生残余压应力。腹板较薄时易失稳，而产生波浪变形。大小筋板与腹板连接的角焊缝，焊后要产生角变形，这些角变形也构成腹板的波浪变形。若其与焊接压应力共同作用，会产生较大的波浪变形，甚至使梁发生扭曲。减少腹板焊后残余应力比较困难，因为应力主要是在最后从外面焊接纵向角焊缝之后产生的。

3焊接变形

3.1焊接变形产生的原因

焊接时不均匀的热输入是产生焊接应力及变形的决定因素。热输入是通过材料因素和结构因素构成了内拘束和外拘束，从而影响热源周围的金属运动，最终形成了焊接应力和变形。

3.2焊接变形的类型

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变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯曲或扭曲等。表现主要有：纵向收缩及横向收缩，弯曲变形，角变形，波浪变形，扭曲变形等。

3.3 焊接变形的主要影响因素

焊缝尺寸、焊缝数农光里缝位置、材料的热物理性能、焊接工艺方法、焊接规范参数、施焊方法等。

3.4 焊接应力的主要影响因素

焊件本身的刚度以及受到周围的拘束程度，也就是阻止焊缝及附近金属加热所产生热变形的程度。刚度大，焊接应力大。构件的尺寸、形状、胎夹具、焊缝布置、装配焊接顺序等是影响刚度要原因。

焊接构件在拘束小的条件下，焊接应力大变形小，反之，焊接应力小变形大。

总之，焊接应力和变形是在多种因素交互作用而导致的结果。

3.5 焊接应力及变形的主要控制因素

为了控制和减小焊接变形，现场施工中主要根据以下原则选择装配焊接顺序。

①对于截面形状、焊缝布置均匀对称的构件，应当采取对称焊接施工。对于实际

上不能完全做到对称地、同时地进行焊接，可允许焊缝焊接有先后，但在焊接顺序上应尽量做到对称，以能最大限度地减小结构变。

②不对称焊缝先焊焊缝少的一侧。

③长度在lm以上的长焊缝可采取分段退焊法。

3.6防止焊接变形措施

(1)采用反变形法。根据生产中发生变形的规律，预先把焊件人为地制成一个变形，为使这个变形与焊后发生的变形方向相反而数值相等，以达到防止产生残余变形的方法。至于反变形值，应根据材料性质、厚度、坡口型式与大小、焊接方法等来确定。

(2)焊后处理。构件发生焊接变形，可用火焰矫正法和机械矫正法进行矫正。火焰矫正法是利用火焰局部加热时产生压缩塑性变形，使较长的金属在冷却后收缩，来达到矫正变形的目的。矫正的工具，是气焊焊矩。机械矫正是利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，也可用锤击来延展焊缝金属及其周围压缩塑性变形区域的金属，达到消除焊接变形的目的。

(3)采用对称焊接和非对称焊接。焊接结构中很多焊缝以中性轴对称的，为了防止对称焊缝的变形，采用对称焊抵消焊接变形的方法进行焊接。在实践中，非对称焊缝的结构十分常见，对此，应先焊焊缝少的一侧，后焊焊缝多的一侧。使多焊缝的一侧所造成的变形，抵消前一侧的变形，达到总体变形减小。具体方法可根据变形经验法，确定变形量的大小和方向来解决。

(4)采用胎具固定或局部增加刚性固定法。在焊接过程中，应将焊件固定在具有足够刚性的基础上，使焊件在焊接时不能移动，在焊接完全冷却再将焊件放开，这时焊件的变形，要比在自由状态下焊接时所发生的变形小。

4结束语

起重机主粱结构的制造和焊接品质，对起重机械的寿命和安全运行起关键作用。研究其焊接特性，制造工艺以及防变形控制方法，对实现主梁制造的系列化、提高起重机制造品质、促进起重机生产的技术进步有着积极的作用。