臂架型斗輪堆取料機(jī)四支腿門座架組裝及焊接工藝分析

王 晶

(承德石油高等?？茖W(xué)校 工業(yè)技術(shù)中心，河北 承德 067000)

臂架型斗輪堆取料機(jī)四支腿門座架組裝及焊接工藝分析

王 晶

(承德石油高等?？茖W(xué)校 工業(yè)技術(shù)中心，河北 承德 067000)

門座架是由不等厚鋼板焊接而成的大型構(gòu)件，且處于斗輪堆取料機(jī)體下部，起到行走機(jī)構(gòu)與上面部件的連接作用，同時(shí)還起到承受上面部件重力的作用。因此，門座架組裝及焊接質(zhì)量的好壞直接關(guān)系整機(jī)的安全性。通過(guò)分析某臂架型斗輪堆取料機(jī)四支腿門座架結(jié)構(gòu)及使用特點(diǎn)，重點(diǎn)分析討論了該結(jié)構(gòu)在制造過(guò)程中的組裝、焊接工藝及關(guān)鍵部位的質(zhì)量控制。分析表明，該工藝可有效地控制結(jié)構(gòu)的焊接變形，保證焊接質(zhì)量，為門座架的生產(chǎn)制造提供借鑒與參考。

四支腿門座架；組裝工藝；焊接工藝；質(zhì)量控制

臂架型斗輪堆取料機(jī)是礦山、港口、火電廠、焦化廠、水泥廠及冶金行業(yè)等不可缺少的大型關(guān)鍵設(shè)備[1]，其中門座架是一種大型焊接箱型結(jié)構(gòu)件，主要由環(huán)形箱型梁、支腿組成，呈龍門形狀布置在料場(chǎng)膠帶機(jī)的上方，頂部放置一個(gè)經(jīng)過(guò)機(jī)加工的座圈，與轉(zhuǎn)盤軸承連接，支撐斗輪機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以上部分，下部通過(guò)支腿與行走機(jī)構(gòu)鞍座連接。

門座架處于設(shè)備下部，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中不僅承受上方約幾百噸自重及所運(yùn)送物料的重量，且門座架隨著行走機(jī)構(gòu)車輪在軌道上行走時(shí)，焊縫部位不斷承受交變載荷，其主要的失效形式為疲勞破壞(損傷)[2]，進(jìn)而造成金屬結(jié)構(gòu)裂紋現(xiàn)象，釀成事故，這就要求門座架焊縫具有足夠強(qiáng)度、剛度、韌性，使得該結(jié)構(gòu)在使用壽命期內(nèi)無(wú)變形、開(kāi)焊、開(kāi)裂、移位等現(xiàn)象。因此，門座架作為重要的連接及承載鋼結(jié)構(gòu)，確定可行的組裝及焊接工藝及加強(qiáng)質(zhì)量控制對(duì)于臂架型斗輪堆取料機(jī)的整機(jī)的制造具有重要的工程意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 四支腿門座架結(jié)構(gòu)、主關(guān)鍵尺寸確定

四支腿門座架是箱型的大型整體式鋼結(jié)構(gòu)件，主體部分為全封閉型環(huán)形箱型梁，在主體箱型梁四周均布四條箱型支腿，三維圖如圖1所示。環(huán)形箱型梁上、下蓋板由內(nèi)而外焊有兩件長(zhǎng)方形筒體圍板，由于該門座架尺寸較大，為了方便內(nèi)部施焊和提高其剛度和強(qiáng)度，控制焊接變形，在兩件筒體圍板之間焊有20塊人孔隔板，按照一定角度分布。四條箱型支腿通過(guò)上下蓋板、腹板、4根圓鋼及4塊隔板與環(huán)形箱型梁連接，內(nèi)部同樣焊有隔板起加強(qiáng)作用，其中最外側(cè)隔板可開(kāi)人孔，方便內(nèi)部施焊。

2 焊接方法及焊接坡口的選定

四支腿門座架主體材質(zhì)為Q345D且焊接接頭形式主要以I型及T型兩種形式為主。I型對(duì)接焊縫采用CO2氣體保護(hù)焊打底，埋弧自動(dòng)焊填充和蓋面，T形對(duì)接焊縫及角焊縫呈直線形，由于內(nèi)部空間限制，可多人采用CO2氣體保護(hù)焊多層多道焊完成，焊接參數(shù)根據(jù)-20 ℃下合格的焊接工藝評(píng)定結(jié)果確定。由于門座架上下蓋板、筒體圍板I型對(duì)接焊縫及箱體內(nèi)部部分T型接頭對(duì)接焊縫及角焊縫在設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不斷承受交變載荷地作用，焊縫必須開(kāi)坡口，全部焊透且無(wú)缺陷，以保證其能承受箱體本身的自重載荷及外界的應(yīng)力載荷。

坡口制作時(shí)要求坡口表面及兩側(cè)30 mm范圍內(nèi)進(jìn)行打磨清理，不得有氧化皮、熔渣、油污及水銹，坡口表面用5倍(含5倍)以上放大鏡進(jìn)行宏觀檢查，不許有裂紋、分層等缺陷[3]，坡口形式及尺寸如圖2 所示。

3 四支腿門座架組裝與焊接

四支腿門座架組裝時(shí)，先將上蓋板放置水平胎架上，激光經(jīng)緯儀找平蓋板平面。采用倒裝法，以上蓋板內(nèi)孔為基準(zhǔn)分別劃出內(nèi)、外筒圍板、隔板裝配位置線，注意隔板裝配位置線盡量與胎架橫檔對(duì)應(yīng)。先點(diǎn)焊固定內(nèi)筒圍板，以內(nèi)筒體水平中心線為基準(zhǔn)，兩側(cè)依次返15°點(diǎn)焊固定16塊隔板，并在此基礎(chǔ)上依次返20°，將另4塊隔板按照此線進(jìn)行固定。按照裝配位置線組對(duì)外圍筒體圍板，保證內(nèi)外筒體中心一致，同時(shí)在上蓋板的四個(gè)突出端點(diǎn)焊固定4塊隔板，所有隔板外側(cè)加焊可調(diào)節(jié)的斜支撐進(jìn)行固定，保持其垂直度。內(nèi)、外筒體圍板、內(nèi)部隔板固定完成后，調(diào)整結(jié)構(gòu)整體位置度、垂直度及整體尺寸報(bào)檢合格后進(jìn)行連續(xù)焊接。

門座架組焊難點(diǎn)在于如何控制焊接變形，通過(guò)不斷工藝改進(jìn)及對(duì)比，可采取以下方案進(jìn)行：

1)焊接時(shí)總體遵循由內(nèi)而外、先立后平、從中間向兩側(cè)依次對(duì)稱焊接、長(zhǎng)焊縫分段退步焊的焊接原則，待焊滿1/2后，再清理外側(cè)焊根，內(nèi)外交替焊接，這樣可以防止出現(xiàn)因產(chǎn)生較大變形而無(wú)法修復(fù)的局面[4]，焊接順序具體參照?qǐng)D3完成。

2)焊接過(guò)程中應(yīng)采取小電流，多層多道焊完成。對(duì)于對(duì)稱焊縫，施焊時(shí)采用交叉對(duì)稱焊接，焊接方向從中間順次向兩端延伸，每段長(zhǎng)度約100 mm，滿足焊縫的自由收縮，如果焊縫不對(duì)稱，先焊一側(cè)，后焊另一側(cè)，并采用同樣的工藝參數(shù)，建議把先焊?jìng)?cè)改為多層多道焊，并降低每層(道)焊接熱輸入，再采用兩面交替施焊順序，以使每側(cè)引起的變形最后都得以抵消[5]，這樣有利于環(huán)形箱型梁整體的焊接質(zhì)量控制，防止或減少構(gòu)件的扭曲、旁彎等變形。

表1 CO2氣體保護(hù)焊焊接參數(shù)

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

1)環(huán)形箱型梁上、下蓋板為異形件，拼接焊縫不允許在轉(zhuǎn)角處，且要相互錯(cuò)開(kāi)300 mm以上，距彎折處200 mm以上，距隔板100 mm以上。蓋板拼接焊縫需做100%UT探傷檢查達(dá)I級(jí)要求，加10%RT探傷檢查達(dá)Ⅱ級(jí)要求。由于蓋板焊接成整圓后無(wú)法采用設(shè)備整平，故采用不斷翻身的方法控制變形，如果超差，采用火焰加熱并用重物的方法矯正，確保焊后平面度≤2 mm。

2)組焊筒體與上蓋板時(shí)，為避免后續(xù)連續(xù)焊產(chǎn)生焊接變形，筒體與上蓋板點(diǎn)焊固定前要在內(nèi)部加焊十字撐，待整體焊接完成并機(jī)械振動(dòng)去除應(yīng)力后拆除。

3)支腿腹板與上、下蓋板，環(huán)形箱型梁筒體圍板與上、下蓋板T型接頭對(duì)接焊縫及角焊縫要求焊后必須進(jìn)行100%超聲波探傷，達(dá)到I級(jí)要求，保證焊縫無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象。

4)四支腿門座架整體組裝后，支腿上蓋板與環(huán)形箱型梁上蓋板焊縫，支腿下蓋板與環(huán)形箱型梁下蓋板及內(nèi)部隔板、圓鋼對(duì)接焊縫，支腿自身轉(zhuǎn)角處焊縫(見(jiàn)圖4)在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中不斷承受交變載荷作用，容易引起應(yīng)力集中，焊縫很有可能產(chǎn)生疲勞導(dǎo)致開(kāi)裂，要求整體焊接完成后要對(duì)以上焊縫進(jìn)行100%UT探傷達(dá)I級(jí)要求，確保焊縫內(nèi)外無(wú)裂紋、銹蝕等現(xiàn)象。

5)環(huán)形箱型梁內(nèi)部隔板與上、下蓋板、筒體圍板T型對(duì)接處角焊縫均要求焊接以增加強(qiáng)度，為方便施焊及排煙，可在上蓋板切割中心對(duì)稱人孔。人孔處在兩隔板中間。箱體內(nèi)部焊接完成后封人孔，可采用在人孔位置內(nèi)部加襯墊，外部用與人孔尺寸對(duì)應(yīng)的圓板將人孔封閉，上蓋板與圓板焊接處必須開(kāi)坡口，焊后將焊縫磨平，保證外觀。

5 結(jié)論

以臂架型斗輪堆取料機(jī)四支腿門座架從構(gòu)件組裝、焊接工藝過(guò)程及制造質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的闡述。通過(guò)采用上述工藝，結(jié)構(gòu)整體焊接變形量及焊縫質(zhì)量較以前得到很大的改善。支腿的中心距既軌距A、B控制在相應(yīng)尺寸公差范圍內(nèi)。支腿四塊底板到上蓋板的距離通過(guò)檢驗(yàn)，相互誤差最大為2 mm，特別是上蓋板平面度達(dá)到1 mm左右，保證了門座架上部與座圈連接的穩(wěn)定性。

[1] 趙繼俊，張錫清，關(guān)吉堯. 斗輪堆取料機(jī)門座架有限元分析[J] .哈爾濱電工學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，17(4)：375-381.

[2] 廉書生，張鋒鋒，董達(dá)善,等.岸橋大車平衡梁疲勞壽命預(yù)測(cè)[J].計(jì)算機(jī)輔助工程，2011，20(3)：81-84.

[3] 韓曙光，董戰(zhàn)虎. 13MnNiMoNbR鋼焊接[J].承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2001，3(2)：12-15.

[4] 李英.C 型轉(zhuǎn)子式翻車機(jī)端環(huán)制造技術(shù)分析與探討[J].有色設(shè)備，2011(4)：44-47.

[5] 逯宏偉. 挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)焊接工藝改進(jìn)[J].金屬加工(熱加工)，2012(18)：25-26.

AssemblingandWeldingTechnologyofFourLegPortalFrametoWallFrameTypeBucket-WheelStackerReclaimer

WANG Jing

(Industrial Technology Center, Chengde Petroleum College， Chengde067000, Hebei, China)

Portal frame, which is under bucket-wheel stacker reclaimer, is a large frame structure welded in different thickness steels. It can connect walking mechanism with upper units and sustain weight from upper units. So the assembling and welding quality of it will influence the safety of device. In this paper，reasonable assembling, welding technology and method of quality control for main unit in manufacture process to four leg portal frame were summed up according to the features of using and the structure of portal frame in a wall frame type bucket-wheel stacker reclaimer. Analysis has proved that the reasonable welding technology may control effectively the deformation of welding, ensure the quality of welding and can provide experience for the production of other device.

four leg portal frame; assembling technology; welding technology; quality control

2017-05-02

王晶(1978-)，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，講師，碩士，主要從事焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與焊接工藝評(píng)定方面的研究，E-mail：wangjing1953@qq.com。

TH237

A

1008-9446(2017)06-0039-05