旋挖鉆機桅桿焊接變形及控制研究-畢業(yè)論文.doc

洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）I旋挖鉆機桅桿焊接變形及控制研究摘要桅桿是旋挖鉆機的重要組成部分之一。在焊接過程中由于非平衡加熱及冷卻，其結構將不可避免地產生焊接殘余變形。焊接殘余變形是影響結構設計完整性、制造工藝合理性和結構使用可靠性的關鍵因素。而焊后變形矯正，既不經濟又嚴重傷害其工作可靠性，因此，科學地預測焊接變形規(guī)律，并在此基礎上給予最優(yōu)控制，這對桅桿焊接構件自身，及其完整性設計和制造工藝方法的選擇以及運行中的安全評定具有重要意義。本文通過對桅桿結構的認真分析，并針對桅桿的使用特點，正確選擇桅桿的材料，及與之相匹配的焊接材料和焊接方法。生產過程中，選擇正確的焊接順序，合理采用反變形及剛性固定法，有效地減少了焊接變形，對存留的殘余變形，從保證整體結構的使用及安全要求出發(fā)，選擇合理的校正方法，達到桅桿制作質量要求及安全使用要求。關鍵詞：旋挖鉆機，桅桿，焊接變形，反變形，剛性固定法洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）IIROTARYDRILLINGRIGMASTANDCONTROLOFWELDINGDISTORTIONABSTRACTMastisanimportantpartofrotarydrillingrig.Intheweldingprocessbecauseofnon-equilibriumheatingandcooling,thestructurewillinevitablyproduceweldingresidualdeformation.Weldingdistortionistheimpactofstructuraldesignintegrity,manufacturingprocessesandstructureofreasonableuseofthekeyfactorsofreliability.Andafterweldingdistortioncorrection,neitherseriouslyhurttheeconomythenthereliabilityofitswork,therefore,ascientificpredictionofweldingdeformation,andonthisbasistogiveoptimalcontrol,whichmastweldingcomponentsthemselves,andtheintegrityofthedesignandmanufacturethechoiceofmethodsandprocessesrunninginthesafetyassessmentofsignificance.Throughcarefulanalysisofthemaststructureandthecharacteristicsfortheuseofthemast,mastcorrectchoiceofmaterials,andmatchedweldingmaterialsandweldingmethods.Theproductionprocess,selectthecorrectweldingsequenceandreasonableuseofanti-deformationandrigidfixation,effectivelyreducingtheweldingdeformationoftheretentionofresidualdeformation,fromtheoverallstructuretoensuretheuseandsafetyrequirements,andselectareasonablecorrectionmethodtomastproductionqualityrequirementsandsafetyrequirementsKEYWORDS:Rotarydrillingrig,mast,weldingdeformation,anti-deformation,rigidfixation洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）III目錄中文摘要.ABSTRACT.目錄.前言.1第1章桅桿的結構分析及焊裝.31.1桅桿的簡介.31.2桅桿的結構特征分析.41.3桅桿拼焊工裝的設計.51.3.1定位機構的設計原則.51.3.2夾緊機構的設計原則.61.3.3焊接收縮量的留取.71.3.4拼焊工裝定位精度的要求.71.3.5要有足夠的強度和剛度.81.3.6考慮組焊件的順利裝卸.9第2章焊接工藝的選擇.102.1焊接方法的選擇.102.1.1CO2氣體保護焊的工藝特性.102.1.2CO2氣體保護焊的溶滴過渡形式.122.2焊接材料的選擇.132.2.1鋼材的選擇.132.2.2焊絲的選擇.14第3章桅桿的焊接變形及控制.153.1桅桿變形種類.153.2桅桿焊接變形原因分析.153.2.1結構剛度的影響.153.2.2焊縫位置和數量的影響.153.2.3焊接工藝的合理性.163.3減少桅桿焊接變形的方法.16洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）IV3.3.1選擇合理的裝配順序.173.3.2選擇合理的焊接順序.183.3.3反變形法.183.3.4剛性固定法.193.3.5錘擊焊縫法.193.4桅桿焊接變形的矯正方法.203.4.1機械校正法.203.4.2火焰矯正法.20結論.22謝辭.23參考文獻.24外文資料翻譯.26洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）1前言旋挖鉆是二戰(zhàn)以后意大利人發(fā)明的，因使用中的高效率和可靠的質量，而為業(yè)主和建筑公司帶來豐厚的利潤，后歐洲人、日本人等隨著各國恢復建設的全面展開而大面積使用，使其更加完善，功能更多，目前已成為世界各國鐵路、公路、水利、工民建施工中的主要樁基成孔工具。旋挖鉆主要用來對地基基礎樁基成孔，其鉆頭有多種形式：如回轉斗、短螺旋、巖心鉆頭等,根據地質條件的不同，更換不同的鉆頭，以達到高速、高質的成孔要求。旋挖鉆是一種適合建筑基礎工程中成孔作業(yè)的施工機械，廣泛用于市政建設、公路橋梁、高層建筑等地基礎施工工程，配合不同鉆具，適用于干式（短螺旋），或濕式（回轉斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業(yè)，旋挖鉆機具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活，施工效率高幾多功能特點。旋挖鉆機適應我國大部分的土壤地質條件，使用范圍廣，基本可以滿足橋梁建設，高層建筑地基礎等工程使用。目前，旋挖鉆機已被廣泛推廣于各種鉆孔灌注樁工程。目前我國工程界大多數旋挖鉆機均為德國和意大利的產品。宇通重工有限公司生產的YTR系列旋挖鉆機是一種大口徑高效灌注樁成孔設備，廣泛應用于高層建筑、大型橋梁工程和水利建設等地基樁基礎施工工程。由工況條件決定，該系列鉆機必須具有堅固的整體結構和可靠的性能所以鋼結構件(桅桿)在鉆機制造中起到舉足輕重的作用。旋挖鉆機桅桿輪廓尺寸大、承載力大，屬于大型結構件。其制造精度和可靠性對整機的性能發(fā)揮、使用壽命及可靠性影響很大。隨著國內鉆機市場的日益壯大，各旋挖鉆機的制造廠家的競爭越來越激烈（圖0-1）。因此，都不惜投人大量的人力、物力，進行工廠的技術更新和改造，通過提高結構件的工藝水平來保證產品質量，贏得市場競爭力。所以，研究結構件(桅桿)的焊接工藝，努力提高企業(yè)結構件的工藝水平，具有很大的現實意義及經濟價值。焊接變形是焊接施工中最麻煩、最難處理的問題之一，也是導致焊接結構失效的主要原因之一。要完全防止焊接變形，幾乎是不可能的，尤其是薄板焊接更為嚴重。實際焊接時由于影響焊接變形的因素多、變數大，工件的洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）2變形情況也會千差萬別。要制定一個好的控制焊接變形的方案難度較大，需要仔細分析焊接接頭的收縮變形規(guī)律、方向和程度，采用正確的措施方能有效地控制焊接變形。在對YTR系列旋挖鉆機桅桿進行焊接的過程中，我們也同樣遇到了桅桿焊接變形的困擾。下面就從幾個方面來探討如何預防和矯正桅桿的焊接變形。徐工鉆機北汽鉆機三一鉆機宇通鉆機圖0-1國內幾種常見鉆機照片洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）3第1章桅桿的結構分析及焊裝1.1桅桿的簡介桅桿是鉆機的重要工作機構，是鉆桿、動力頭的安裝支承部件及其工作進尺的導向部件。其上裝有動力頭加壓油缸，桅桿左右兩側焊有導軌，對這兩個工作機構的上下滑動起導向作用。桅桿下端裝有安全銷，上端裝有滑輪架，滑輪架上的滑輪用以改變卷揚鋼絲繩運動方向，滑輪架為可折疊式，運輸狀態(tài)時，將上、下桅桿折疊安裝，滑輪架折疊，以減少運輸狀態(tài)整機長度。加壓油缸的缸筒鉸接于桅桿上，油缸活塞桿鉸接于動力頭托架上。通過加壓油缸的伸縮，可以實現動力頭對鉆桿鉆孔時的進給壓力。加壓油缸上裝有平衡閥，在不向加壓油缸供油的情況下，可以將動力頭可靠地鎖定在任意位置上。圖1-1桅桿的外觀結構桅桿油缸鉸接于桅桿和三角架之間，通過桅桿油缸的伸縮，可以改變桅桿的角度。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）41.2桅桿的結構特征分析旋挖鉆機是一種機、電、液一體化的高效率、多用途的灌注樁成孔設備，具有成孔快、質量好、噪聲低、環(huán)境污染小等特點，綜合效益高，代表著樁工機械發(fā)展的方向，是一種很有前途的樁工機械。國產的旋挖鉆機由于考慮樁孔施工工藝的特殊要求（如要求一次成孔連續(xù)注漿并插入鋼筋籠），要求桅桿必須具有足夠的高度。又考慮到運輸條件的限制，長度不能過長、重心應盡量降低；同時受到運輸條件的限制因此國產旋挖鉆機設計一般都要將桅桿、鉆桿等拆卸下來運輸?；谝陨系膸c因素，YTR系列旋挖鉆機的桅桿總成采用分段式可折迭式結構，主要由四部分組成：下桅桿總成、中桅桿總成、上桅桿總成和滑輪架總成（圖1-1）。各部分之間通過螺栓相連接，運輸時需拆卸開來，使用時再重新組裝。以YTR220為例，其桅桿總成在工作狀態(tài)時總高度為21.0m，在頂段、底段拆翻后桅架放倒時的總長度減至15.9m。各段桅桿桿身分上、下兩部分，這兩部分對接焊組成圖1-2桅桿的內部結構對接焊組成截面是矩形的腔體桿身，腔體內部按一定的排列方式布置加強筋板，以增強桅桿的剛度和強度（圖1-2）。由于考慮到三段桅桿桿身中只有中洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）5桅桿的長度達到了13m，同時桅桿油缸和動力頭油缸都直接和中桅桿連接，是主要的受力構件。1.3桅桿拼焊工裝的設計焊接組成組焊件的零、部件稱為構件。各構件都有一定的位置關系，且整機裝配與其他零部件間有著相應的裝配關系，我們把為確定組焊件各構件的位置關系，用來點焊成組焊件的夾具稱為拼焊工裝。由于旋挖鉆機桅桿跨度較大，鋼板幅面不能滿足原設計結構的需要，因此在實際生產中我們采用了拼接桅桿體的解決方案。因此，我們針對桅桿的結構進行了拼焊工裝的設計，來保證桅桿焊接的順利進行。1.3.1定位機構的設計原則為保證產品中各零件的正確位置及產品設計時的正確尺寸，在裝配焊接產品時應選擇恰當的基準，并能使各零件間能正確的相互定位。同機床夾具相比，機床夾具只是對單一零件進行定位夾緊，設計時只需考慮一套定位夾緊機構，而大型結構件的拼焊工裝中對幾個構件拼點便有幾套定位夾緊機構，設計時相對比較復雜。拼焊工裝各組成構件的定位夾緊應遵循機床夾具的定位、夾緊設計方面的基本原則，但在設計拼焊工裝時，其運用要靈活的多?？梢愿鶕春笜嫾男问竭M行多樣的工裝設計。根據具體情況來確定不同的定位方式，在設計拼焊工裝時顯得尤為重要。它是設計定位組件的重要依據，而通