典型焊接结构的生产工艺[1]

第七章 典型焊接结构的生产工艺

焊接结构的品种繁多，应用广泛，本章仅介绍起重机桥架、压力容器和船舶等典型焊接产品的结构，重点描述其制造难点、技术关键及其生产工艺，以便进一步巩固和运用前几章所学的理论知识，以提高分析和解决实际问题的能力。

第一节 桥式起重机桥架的生产工艺

起重机作为运输机械在国民生产各个部门的应用十分广泛，其结构形式多样，如桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、汽车起重机等。其中，以桥式起重机应用最广，其结构的制造技术具有典型性，掌握了它的制造技术，对于其它起重机结构的制造都可借鉴。

一、 桥式起重机的组成、主要部件的结构特点及技术标准 1．桥式起重机桥架的组成

桥式起重机的桥架结构如图7—1所示，它主要由主梁（或桁梁）、栏杆（或辅助桁架）、 端梁、走台（或水平桁架）、轨道及操纵室等组成。桥架的外形尺寸取决于起重量、跨度、起升高度及主梁结构形式。

桥式起重机桥梁架常见的结构形式如图7—2所示。 图7—1 桥式起重机桥架 1—主梁 2—栏杆 3—端梁 4—走台 5—轨道 6—操纵室 图7—2 桥式起重机桥架结构形式 （1）中轨箱形梁桥架 如图7—2（a）所示，该桥架由两根主梁和两根端梁组成。主梁外侧分别设有走台，轨道放在箱形梁的中心线上，小车载荷依靠主梁上翼板和筋板来传递。该结构工艺性好，主梁、端梁等部件可采用自动焊接，生产率高；制造过程中主梁的变形量较大。

（2）偏轨箱形梁桥架 如7—2b所示，它由两根偏轨箱形梁和两根端梁组成。小车轨道是安装在上翼板边缘主腹板处，载荷直接作用在主腹板上。主梁多为宽主梁形式，依靠加宽主梁来增加桥架水平

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1—箱形主梁 2—轨道 3—走台 4—工字形主梁 5—空腹梁 刚性，同时可省掉走台，主梁制造变形较小。

（3）偏轨空腹箱形梁桥架 如图7—2c所示，该桥架与偏轨箱形梁桥架基本相似，只是副腹板上开有许多矩形孔洞，自重减轻，又能使梁内通风散热，对梁内放置运行机构和电器设备提供了有利条件，同时便于内部维修，但制造比偏轨箱形梁麻烦。

（4）箱形单主梁桥架 如图7—2d所示，它由一根宽翼缘偏轨箱形主梁与端梁不在对称中心连接，以增大桥架的抗倾翻力矩能力。小车偏跨在主梁一侧使主梁受偏心载荷，最大轮压作用在主腹板顶面轨道上，主梁上要设置一到两根支承小车反滚轮的轨道。该桥架制造成本低，主要用于起重量较大、跨度较大的门式起重机。

上述几种桥架形式中，以中轨箱形梁桥架最为典型，应用最为广泛，本节所涉及的内容均为该结构。 2．主要部件结构特点及技术标准

（1）主梁 主梁是桥式起重机桥架中主要受力部件，箱形主梁的一般结构如图7-3所示，由左右两块腹板，上下两块翼板以及若干长、短筋板组成。当腹板较高时，尚需加水平筋板，以提高腹板的稳定性，减小腹板的波浪变形；长、短肋板主要是提高梁的稳定性及上翼板承受载荷的能力。

为保证起重机的使用性能，主梁在制造中应遵循一些主要技术要求，如图7—4所示。由于主梁在工作中不允许有下挠，所以主梁应满足一定的上拱要求，其上拱度fk=L/700~L/1000(L主为梁的跨度)；为了补尝焊接走台时的变形；主梁向走台一侧应有一定的旁弯fb=L/1500~L/2000；主梁腹板的波浪变形除对刚度、强度和稳定性有影响外，也影响表面质量，所以对波浪变形要加以限制，以测量长度1m计，腹板波浪变形e，在受压区e﹤1.2δf；主梁翼板和腹板的倾斜会使梁产生扭曲变形，影响小车的运行和梁的承载能力，因此一般要求上翼板水平度C≤B/250，腹板垂直度a≤H/200；另外，各筋板之间距离公差应在±5mm范围之内。

图7—3 箱形主梁 （2）端梁 端梁是桥式起重机桥架组成部分之一，一般采用箱形结构，并在水平面内与主梁刚性连接，端梁按受载情况可分为下述两类：

图7—4 箱形主梁主要技术要求 171

1）端梁受有主梁的最大支承压力，即端梁上作用有垂直载荷。结构特点是大车车轮安装在端梁的两端部，如图7—5a所示。此类端梁应计算弯矩，弯矩的最大截面是在与主梁连接处A—A、支承截面B—B和安装接头螺孔削弱的截面。

图7—5 端梁的两种结构形式 1—连接板 2—端梁 3—主梁 2）端梁没有垂直载荷，结构特点是车轮或车轮的平衡体直接安装在主梁端部，如图7—5b所示。此类端梁只起联系主梁的作用，它在垂直平面几乎不受力，在水平面内仍属刚性连接并受弯矩的作用。

依据桥架宽度和运输条件，在端梁上设置一个或两个安装接头（图7—5b中为两个接头），即将端梁分成两段或三段，安装接头目前都采用高强螺栓连接板。

对端梁的主要技术要求是：盖板水平倾斜b≤B/250（B为盖板宽度）、腹板垂直偏斜h≤H/250（H为腹板高度），同时对两端的弯板有特殊要求。端梁两端弯板（见图7—6a）是安装角型轴承箱及走轮的，大车轮、轴和轴承等零部件装在角型轴承箱内，然后用螺栓紧固在端梁的弯板上，弯板压制成90°焊接在腹板上。角型轴承箱两直角面及止口板均经过机械加工，而弯板是非加工面。如弯板直角偏大，则安装角型轴承箱止口板与弯板的间隙大，需加垫片调整，这样，既费事，又难以保证质量，因而通常要求弯板直角偏差，折合最外端间隙不大于1．5mm，同时为保证桥架受力均匀和行走平稳，应控制同一端梁两端弯板高低差≤5mm，并且要求同一车轮两弯板高低差g≤2mm，如图7—6b所示。

图7—6 对端梁弯板的要求 （3）小车轨道 起重机轨道有四种：方钢、铁路钢轨、重型钢轨和特殊钢轨。中小型起重机采用方钢和轻型铁路钢轨；重型起重机采用重轨和特殊钢轨。中轨箱形梁桥架的小车轨道安放在主梁上翼板的中部。轨道多采用压板固定在桥架上，如图7—7所示。

为保证小车正常运行和桥架承载的需要，小车轨道安装时应满足以下要求：对同截面小车两轨道的高低差c有一定限制，一般当轨距T≦2.5m时，c=3；轨距T﹥2.5m时，c≦5mm，如图7-8所示。同时，两轨道应相互平行，轨距偏差为±5mm。小车轨道的局部弯曲也有限制，一般在任意2m范围内不大于1mm。

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图7—7 轨道压板形式（a=10mm，无斜度） a）焊接压板 b）螺栓压板 二、 主梁及端梁的制造工艺 1.主梁制造工艺要点

图7—8 同一截面小车轨道高低差 （1）拼板对接焊工艺 主梁长度一般为10～40m，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射线检验，其质量应满足起重机技术条件中的规定。根据板厚的不同，对接焊工艺有：开坡口双面焊条电弧焊；一面焊条电弧焊，另一面埋弧焊；双面埋弧焊；气体保护焊；单面焊双面成形埋弧焊。采用前四种工艺拼接时，当一面拼焊好后，必须把焊件翻转进行清根等工序。如拼板较长，翻转操作不当，会引起翘曲变形。若采用单面焊双面成形埋弧焊，具有焊缝一次成形、不需翻转清根、对装配间隙和焊接参数要求不十分严格等优点，钢板厚度在5～12mm之间时，此法应用十分广泛。考虑到焊接时的收缩，拼板时应留有一定的余量。

为避免应力集中，保证梁的承载能力，翼板与腹板的拼接接头不应布置在同一截面上，错开距离不得小于200mm；同时，翼板及腹板的拼板接头不应安排在梁的中心附近，一般应离中心2m以上。

为防止拼接板时角变形过大，可采用反变形法。双面焊时，第二面的焊接方向要与第一面的焊接方向相反，以控制变形。

（2）肋板的制造 肋板是一个长方形，长肋板中间一般开有减轻孔。短肋板用整料制成，长肋板也可用整料制成，但消耗材料多，为节省材料可用零料拼接。由于肋板尺寸影响到装配质量，要求其宽度差不能大，只能小1mm左右；长度尺寸允许有稍大一些的误差。筋板的四个角应保证90°，尤其是筋板与上盖板接触处的两个角更应严格保证直角，这样才能保证箱形梁在装配后腹板与上盖板垂直，并且使箱形梁在长度方向不会产生扭曲变形。

（3）腹板上挠度的制备 考虑支梁的自重和焊接变形的影响，为满足技术规定的主梁上挠要求，腹板应预制出数值大于技术要求的上挠度，具体可根据生产条件和所用的工艺程序等因素来确定，一般

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跨中上挠度的预制值fm可取（1/350～1/450）L。目前，上挠曲线主要有二次抛物线、正弦曲线以及四次函数曲线等，如图7—9所示。

图7—9 预制腹板上挠曲线 距主梁端部距离为任意一点的上挠度值：

1）二次抛物线上挠计算： Y=4fmX（L—X）/L2 （7—1） 2）正弦曲线上挠计算： Y=fmsin180°X/L （7—2） 3）四次函数曲线上挠计算： Y=16fm〔X(L－X)/L2〕2 （7—3）

国内起重机制造一般采用二次抛物线上挠计算法，此法与正弦曲线上拱计算法的共同问题是端头起挠太快。生产中，开始几点的上拱计算值必须加以修整，以减缓拱度。采用四次函数作上挠曲线，是取在移动载荷与自重载荷作用下梁下挠曲线的相反值，端头起挠较为平缓，故称为理想挠度曲线。

腹板上挠度的制备方法多采用先划线后气割，切出具有相应的曲线形状，在专业生产时，也可采用靠模气割。图7—10为靠模气割示意图，气割小车1由电动机驱动，四个滚轮4沿小车导轨3作直线运动，运动速度为气割速度且可调节。小车上装有可作横向自由移动的横向导杆7，导杆的一端装有靠模滚轮6沿着靠模5移动。靠模制成与腹板上挠曲线相同形状的导轨。导杆上装有两个可调节的割嘴2，割嘴间的距离应等于腹板的高度加割缝宽度。当小车沿导轨运动时，就能割出与靠模上挠曲线一致的腹板。

（4）装焊п形梁 п形梁由上翼板、腹板和筋板组成。该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。装配时，先在上翼板上的划线定位的方式装配肋板，用90°角尺检验垂直度后进行点固，为减小梁的下挠变形，装好肋板后应进行筋板与上翼板焊缝的焊接。如翼板未预制旁弯，焊接方向应由内侧向外侧（图7—11a），以满足一定旁弯的要求；如翼板预制有旁弯，则方向应如图7—11b所示，以控制变形。

7—10 腹板靠模气割示意图 1— 气割小车 2—气割嘴 3—小车轨道 4—滚轮 5—靠模 6—靠模滚轮 7—横向导杆 174

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