旋挖鉆機(jī)桅桿焊接變形及控制研究-畢業(yè)論文.doc

洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I旋挖鉆機(jī)桅桿焊接變形及控制研究摘要桅桿是旋挖鉆機(jī)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(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生焊接殘余變形。焊接殘余變形是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完整性、制造工藝合理性和結(jié)構(gòu)使用可靠性的關(guān)鍵因素。而焊后變形矯正，既不經(jīng)濟(jì)又嚴(yán)重傷害其工作可靠性，因此，科學(xué)地預(yù)測焊接變形規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上給予最優(yōu)控制，這對桅桿焊接構(gòu)件自身，及其完整性設(shè)計(jì)和制造工藝方法的選擇以及運(yùn)行中的安全評定具有重要意義。本文通過對桅桿結(jié)構(gòu)的認(rèn)真分析，并針對桅桿的使用特點(diǎn)，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(chǎn)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(jié)構(gòu)的使用及安全要求出發(fā)，選擇合理的校正方法，達(dá)到桅桿制作質(zhì)量要求及安全使用要求。關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī)，桅桿，焊接變形，反變形，剛性固定法洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）III目錄中文摘要.ABSTRACT.目錄.前言.1第1章桅桿的結(jié)構(gòu)分析及焊裝.31.1桅桿的簡介.31.2桅桿的結(jié)構(gòu)特征分析.41.3桅桿拼焊工裝的設(shè)計(jì).51.3.1定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則.51.3.2夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(qiáng)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(hù)焊的工藝特性.102.1.2CO2氣體保護(hù)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(jié)構(gòu)剛度的影響.153.2.2焊縫位置和數(shù)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)械校正法.203.4.2火焰矯正法.20結(jié)論.22謝辭.23參考文獻(xiàn).24外文資料翻譯.26洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(zhì)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(fù)建設(shè)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(chǔ)樁基成孔，其鉆頭有多種形式：如回轉(zhuǎn)斗、短螺旋、巖心鉆頭等,根據(jù)地質(zhì)條件的不同，更換不同的鉆頭，以達(dá)到高速、高質(zhì)的成孔要求。旋挖鉆是一種適合建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機(jī)械，廣泛用于市政建設(shè)、公路橋梁、高層建筑等地基礎(chǔ)施工工程，配合不同鉆具，適用于干式（短螺旋），或濕式（回轉(zhuǎn)斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業(yè)，旋挖鉆機(jī)具有裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機(jī)動靈活，施工效率高幾多功能特點(diǎn)。旋挖鉆機(jī)適應(yīng)我國大部分的土壤地質(zhì)條件，使用范圍廣，基本可以滿足橋梁建設(shè)，高層建筑地基礎(chǔ)等工程使用。目前，旋挖鉆機(jī)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(shù)旋挖鉆機(jī)均為德國和意大利的產(chǎn)品。宇通重工有限公司生產(chǎn)的YTR系列旋挖鉆機(jī)是一種大口徑高效灌注樁成孔設(shè)備，廣泛應(yīng)用于高層建筑、大型橋梁工程和水利建設(shè)等地基樁基礎(chǔ)施工工程。由工況條件決定，該系列鉆機(jī)必須具有堅(jiān)固的整體結(jié)構(gòu)和可靠的性能所以鋼結(jié)構(gòu)件(桅桿)在鉆機(jī)制造中起到舉足輕重的作用。旋挖鉆機(jī)桅桿輪廓尺寸大、承載力大，屬于大型結(jié)構(gòu)件。其制造精度和可靠性對整機(jī)的性能發(fā)揮、使用壽命及可靠性影響很大。隨著國內(nèi)鉆機(jī)市場的日益壯大，各旋挖鉆機(jī)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(jìn)行工廠的技術(shù)更新和改造，通過提高結(jié)構(gòu)件的工藝水平來保證產(chǎn)品質(zhì)量，贏得市場競爭力。所以，研究結(jié)構(gòu)件(桅桿)的焊接工藝，努力提高企業(yè)結(jié)構(gòu)件的工藝水平，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義及經(jīng)濟(jì)價(jià)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(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)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(yán)重。實(shí)際焊接時(shí)由于影響焊接變形的因素多、變數(shù)大，工件的洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2變形情況也會千差萬別。要制定一個(gè)好的控制焊接變形的方案難度較大，需要仔細(xì)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(jī)桅桿進(jìn)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(gè)方面來探討如何預(yù)防和矯正桅桿的焊接變形。徐工鉆機(jī)北汽鉆機(jī)三一鉆機(jī)宇通鉆機(jī)圖0-1國內(nèi)幾種常見鉆機(jī)照片洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3第1章桅桿的結(jié)構(gòu)分析及焊裝1.1桅桿的簡介桅桿是鉆機(jī)的重要工作機(jī)構(gòu)，是鉆桿、動力頭的安裝支承部件及其工作進(jìn)尺的導(dǎo)向部件。其上裝有動力頭加壓油缸，桅桿左右兩側(cè)焊有導(dǎo)軌，對這兩個(gè)工作機(jī)構(gòu)的上下滑動起導(dǎo)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(yáng)鋼絲繩運(yùn)動方向，滑輪架為可折疊式，運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)，將上、下桅桿折疊安裝，滑輪架折疊，以減少運(yùn)輸狀態(tài)整機(jī)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(shí)現(xiàn)動力頭對鉆桿鉆孔時(shí)的進(jìn)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(jié)構(gòu)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）41.2桅桿的結(jié)構(gòu)特征分析旋挖鉆機(jī)是一種機(jī)、電、液一體化的高效率、多用途的灌注樁成孔設(shè)備，具有成孔快、質(zhì)量好、噪聲低、環(huán)境污染小等特點(diǎn)，綜合效益高，代表著樁工機(jī)械發(fā)展的方向，是一種很有前途的樁工機(jī)械。國產(chǎn)的旋挖鉆機(jī)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(yùn)輸條件的限制，長度不能過長、重心應(yīng)盡量降低；同時(shí)受到運(yùn)輸條件的限制因此國產(chǎn)旋挖鉆機(jī)設(shè)計(jì)一般都要將桅桿、鉆桿等拆卸下來運(yùn)輸?；谝陨系膸c(diǎn)因素，YTR系列旋挖鉆機(jī)的桅桿總成采用分段式可折迭式結(jié)構(gòu)，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(yùn)輸時(shí)需拆卸開來，使用時(shí)再重新組裝。以YTR220為例，其桅桿總成在工作狀態(tài)時(shí)總高度為21.0m，在頂段、底段拆翻后桅架放倒時(shí)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(nèi)部結(jié)構(gòu)對接焊組成截面是矩形的腔體桿身，腔體內(nèi)部按一定的排列方式布置加強(qiáng)筋板，以增強(qiáng)桅桿的剛度和強(qiáng)度（圖1-2）。由于考慮到三段桅桿桿身中只有中洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5桅桿的長度達(dá)到了13m，同時(shí)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(gòu)件。1.3桅桿拼焊工裝的設(shè)計(jì)焊接組成組焊件的零、部件稱為構(gòu)件。各構(gòu)件都有一定的位置關(guān)系，且整機(jī)裝配與其他零部件間有著相應(yīng)的裝配關(guān)系，我們把為確定組焊件各構(gòu)件的位置關(guān)系，用來點(diǎn)焊成組焊件的夾具稱為拼焊工裝。由于旋挖鉆機(jī)桅桿跨度較大，鋼板幅面不能滿足原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的需要，因此在實(shí)際生產(chǎn)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(jié)構(gòu)進(jìn)行了拼焊工裝的設(shè)計(jì)，來保證桅桿焊接的順利進(jìn)行。1.3.1定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則為保證產(chǎn)品中各零件的正確位置及產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的正確尺寸，在裝配焊接產(chǎn)品時(shí)應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)，并能使各零件間能正確的相互定位。同機(jī)床夾具相比，機(jī)床夾具只是對單一零件進(jìn)行定位夾緊，設(shè)計(jì)時(shí)只需考慮一套定位夾緊機(jī)構(gòu)，而大型結(jié)構(gòu)件的拼焊工裝中對幾個(gè)構(gòu)件拼點(diǎn)便有幾套定位夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)相對比較復(fù)雜。拼焊工裝各組成構(gòu)件的定位夾緊應(yīng)遵循機(jī)床夾具的定位、夾緊設(shè)計(jì)方面的基本原則，但在設(shè)計(jì)拼焊工裝時(shí)，其運(yùn)用要靈活的多?？梢愿鶕?jù)所拼焊構(gòu)件的形式進(jìn)行多樣的工裝設(shè)計(jì)。根據(jù)具體情況來確定不同的定位方式，在設(shè)計(jì)拼焊工裝時(shí)顯得尤為重要。它是設(shè)計(jì)定位組件的重要依據(jù)，而通