一種吊機(jī)用液壓絞車結(jié)構(gòu)制造工藝方案的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050)

吊機(jī)是平臺(tái)甲板上必備的配套起重設(shè)備，它的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)船舶和海洋平臺(tái)的安全營(yíng)運(yùn)起著重要的作用[1]。吊機(jī)長(zhǎng)期服役容易受到腐蝕損耗、疲勞裂紋或局部凹陷等因素影響，從而降低其承載能力和安全性[2]。隨著新型多功能船舶和海洋平臺(tái)的升級(jí)，對(duì)吊機(jī)的結(jié)構(gòu)件精度要求也更高[3]。絞車是吊機(jī)起升系統(tǒng)的主要組成部分[4]，液壓絞車結(jié)構(gòu)承載大[5]，形狀復(fù)雜，不同板厚焊接容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，并且包括較多環(huán)焊縫，焊接變形較大。

本文靈活運(yùn)用剛性固定工裝、反變形法及焊后校正法，在制作過(guò)程中嚴(yán)格控制下料、坡口設(shè)計(jì)、焊接順序設(shè)計(jì)、裝配順序設(shè)計(jì)，焊接方法選擇等工藝環(huán)節(jié)，隨時(shí)報(bào)檢記錄焊接變形并及時(shí)校正，從而有效地控制了吊機(jī)絞車結(jié)構(gòu)的焊接變形和尺寸精度，形成了規(guī)范的工藝方案，提高了吊機(jī)的交貨質(zhì)量。

1 滾筒結(jié)構(gòu)工藝方案

為保證吊機(jī)絞車的結(jié)構(gòu)件尺寸精度和滿足后續(xù)裝配要求，需要對(duì)絞車的各個(gè)結(jié)構(gòu)件工藝做出嚴(yán)格的質(zhì)量要求，本文重點(diǎn)討論滾筒、機(jī)架，液壓管路三個(gè)結(jié)構(gòu)件的焊接工藝方案。其中滾筒為絞車的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其承載較大，包括較多環(huán)焊縫，須嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)穩(wěn)性和尺寸精度。絞車滾筒一般可分為起升滾筒和俯仰滾筒，圖1和圖2為兩種滾筒的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 起升滾筒的結(jié)構(gòu)

圖2 俯仰滾筒的結(jié)構(gòu)

起升滾筒與俯仰滾筒結(jié)構(gòu)形式相似，其主要結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)工藝流程圖如圖3所示。在制造過(guò)程中多工序可同步進(jìn)行，以提升制造效率。

圖3 起升滾筒和俯仰滾筒工藝流程圖

1.1 滾筒的下料

滾筒的下料采用數(shù)控火焰切割，切割后產(chǎn)生變形的零件須校正，焊后不加工的零件周邊須打磨光滑。筒體下料尺寸=板厚δ×卷筒長(zhǎng)度L×展開(kāi)長(zhǎng)B，δ=成型尺寸+3～5 mm，L=成型尺寸+8～10 mm(余量)，B=π(ΦD內(nèi)+δ-2)+2×200 mm(預(yù)彎段，可根據(jù)實(shí)際設(shè)備需求進(jìn)行調(diào)整)。下料后在平板上劃出預(yù)彎段的切割線和檢查線，并分別打上洋沖眼，報(bào)檢以確保對(duì)角線之差小于3 mm。

滾筒的擋環(huán)可以拼接，但不得多于四處，拼縫須開(kāi)“X”形坡口，清根焊透，厚度方向預(yù)留3 mm加工余量；焊后須校平，平面度小于2m m。兩端法蘭的內(nèi)外圓直徑方向各留10 mm余量供焊前加工，無(wú)軸端法蘭厚度方向預(yù)留3 mm加工余量。扁鋼下料時(shí)劃出分段切割線，下料倒角后卷圓，然后按分段切割線切割成多件。其它零件按圖示尺寸下料，一般不留余量。

筒體焊前需要冷加工卷制成形，首先在卷板機(jī)上預(yù)彎，采用不對(duì)稱彎曲對(duì)鋼板的兩端進(jìn)行預(yù)彎。用樣板檢查，樣板的弦長(zhǎng)不小于筒體直徑的1/3。采用半自動(dòng)火焰切割機(jī)切除預(yù)彎段，并切割坡口，坡口面須打磨光滑，坡口的切除線須劃線檢查。最后在卷板機(jī)上卷圓，卷圓時(shí)須勤對(duì)樣板勤檢查，并防止端面錯(cuò)邊。

筒體在正式點(diǎn)焊前應(yīng)至少檢查外圓周長(zhǎng)三處(兩端及中央)，筒體外圓周長(zhǎng)C外=(D內(nèi)-2+2δ)×π±2 mm范圍之內(nèi)，超出公差必須要修正。

1.2 滾筒的焊接

滾筒焊接時(shí)，先焊接內(nèi)部焊縫2～3道之后，再反面清根，后焊外部焊縫3～6道，然后依次交替施焊。焊縫檢查合格后上在滾床上校正，保證平直度≤1.5L/1000，橢圓度≤3 mm，棱角度≤2 mm，卷筒內(nèi)徑(D內(nèi)-2)±2 mm，卷筒長(zhǎng)度方向檢查至少三處(兩端及中央)，卷筒檢查周向至少四處。

筒體制作完成后再焊前加工兩端，長(zhǎng)度方向留3 mm余量。所有法蘭在機(jī)加工內(nèi)外圓及焊接坡口時(shí)，需裝焊在筒體內(nèi)的法蘭加工后外圓直徑應(yīng)比圖示尺寸小3～4 mm。

滾筒軸為鍛件，車削加工后先與法蘭裝焊，磁粉探傷合格后校正法蘭平面，法蘭平面度小于3 mm。在滾筒軸與法蘭的組件上裝加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋與軸應(yīng)先焊，然后再與法蘭焊接，采取由中心向外圓雙面對(duì)稱焊，最后與筒體總裝配。法蘭組件與筒體的裝配焊接。法蘭與筒體焊接時(shí)要內(nèi)外交錯(cuò)焊接，控制法蘭的角變形，焊后校正法蘭平面度小于3 mm。

最后裝焊其余零件，裝配時(shí)須特別注意：扁鋼與無(wú)軸端法蘭須貼緊裝焊，裝配間隙小于1 mm；法蘭在裝焊時(shí)須與筒體軸線垂直。垂直度小于2 mm；裝焊時(shí)，注意控制法蘭到筒體端面的尺寸。裝焊法蘭時(shí)，須在法蘭內(nèi)側(cè)，筒體圓周均布四塊定位板并點(diǎn)焊牢，待法蘭與筒體的焊縫焊三道以后方可撤除定位板。焊后須將滾筒的擋環(huán)校平，平面度小于3 mm。滾筒校正完成后應(yīng)除銹和防護(hù)，進(jìn)行噴丸、油漆處理。

2 機(jī)架結(jié)構(gòu)工藝方案

機(jī)架是絞車的主要受力部位，常用絞車機(jī)架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4和圖5。機(jī)架形狀復(fù)雜、受力大、焊接變形大的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)剛性較大，容易產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變，影響后續(xù)的裝配和使用壽命，因此需要利用合理的焊接工藝控制機(jī)架的尺寸精度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)性。

圖4 Ⅰ型機(jī)架示意圖

圖5 Ⅱ型機(jī)架示意圖

2.1 Ⅰ型機(jī)架的焊接

Ⅰ型機(jī)架的生產(chǎn)工藝流程圖如下圖6所示。下料時(shí)，腹板高度方向留2～3 mm焊接收縮余量，上下墊板厚度方向留5～6 mm余量。法蘭的內(nèi)外圓結(jié)構(gòu)留10～15 mm機(jī)加工余量，厚度方向留8～10 mm機(jī)加工余量。機(jī)架腹板上大孔在下料時(shí)開(kāi)出，將切割處打磨光滑。小孔留待焊后機(jī)加工鉆出。機(jī)架主體劃線和裝配要特別注意其中心線與端面的垂直度。機(jī)架主體腹板的平直度1/1000。其余按圖紙尺寸下料。

圖6 Ⅰ型機(jī)架的生產(chǎn)工藝流程圖

機(jī)架焊接裝配完畢后要加上工藝板以減少焊接變形。裝焊時(shí)，按照從下到上的順序裝配，并注意裝焊過(guò)程中經(jīng)常檢查各零件的相對(duì)位置尺寸。焊后上油壓機(jī)校正，縱、橫向撓度≤3 mm。焊后尺寸檢查要求如表1所示。

表1 Ⅰ型機(jī)架焊后尺寸檢查要求

2.2 Ⅱ型機(jī)架的焊接

Ⅱ型機(jī)架比Ⅰ型機(jī)架的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，焊后需要檢查各尺寸形位公差，其生產(chǎn)工藝流程圖如圖7所示。下料時(shí)，機(jī)架腹板高度方向留3～4 mm焊接收縮余量，上下墊板厚度方向留6～8 mm余量。腹板上大孔下料時(shí)不開(kāi)，待壓制成型后采用半自動(dòng)切割方式割去，切割后將切割處打磨光滑。機(jī)架主體劃線和裝配要特別注意其中心線與端面的垂直度，機(jī)架主體中心部位及兩翼面的平直度1/1000。其余按圖紙尺寸下料。

圖7 Ⅱ型機(jī)架的生產(chǎn)工藝流程圖

機(jī)架的腹板需要冷壓折彎，先在鋼板上劃出折彎線，再在油壓機(jī)上仔細(xì)對(duì)線冷壓，直至壓制成型。用樣板檢查腹板壓制成型后的尺寸，采用多點(diǎn)測(cè)量。檢查樣板與工件的間隙不得大于2 mm。

機(jī)架裝配完畢后要加上工藝板以減少焊接變形。機(jī)架上下4件方板與中間撐板焊成組件，再焊中部腹板，然后焊方法蘭與圓法蘭的組件，最后再焊其它零件。焊后上油壓機(jī)校正，使縱向撓度≤4 mm。Ⅱ型機(jī)架焊后尺寸檢查形位公差按表2執(zhí)行。

表2 Ⅱ型機(jī)架焊后尺寸檢查要求

3 液壓管路結(jié)構(gòu)工藝方案

3.1 液壓管路的焊接

絞車液壓管道的打底層采用手工鎢極氬弧焊，氬氣純度≥99.99%。填充層和蓋面層采用CO2氣體保護(hù)焊[6]，采用直徑1.2 mm的YCJ501-1。手工電弧焊用于管路配管中的固定用馬板的點(diǎn)焊，焊條采用 E4315，直徑為2.5 mm或3.2 mm。焊絲表面應(yīng)清潔、無(wú)油污、銹蝕等污染，使用前用丙酮清洗干凈。焊工必須持有相應(yīng)船級(jí)社認(rèn)可的合格證書。液壓管路對(duì)接坡口如圖8所示，坡口及坡口兩側(cè)各20 mm范圍內(nèi)應(yīng)清潔，無(wú)油污、銹蝕等污染，并呈現(xiàn)金屬光澤。

圖8 液壓管路坡口示意圖

液壓管路對(duì)接焊需要采用馬板固定，馬板尺寸為4 mm×75 mm×25 mm，布置如圖9所示，采用氬弧焊點(diǎn)焊固定。點(diǎn)焊的焊點(diǎn)質(zhì)量良好，無(wú)任何缺陷,有缺陷的焊點(diǎn)必須認(rèn)真清除。

圖9 馬板布置示意圖

高壓管及低壓管用氬弧焊打底，一般不加絲或少加絲，但必須保證焊透，點(diǎn)焊的焊點(diǎn)必須重新熔透，不能保證熔透的焊點(diǎn)在焊前磨薄或清除，沒(méi)有熔透的部位必須磨薄重新熔焊。角度過(guò)小或鈍邊過(guò)大的焊接坡口，必須用角向砂輪打磨修整，液壓管路的焊接規(guī)范見(jiàn)表3。

3.2 液壓管路的焊縫質(zhì)量檢查

焊縫尺寸及外觀檢查：焊縫余高為0～2 mm，背面0～1.5 mm；焊縫高低差≤1.5(管徑在25 mm范圍內(nèi))；焊縫寬窄差≤2.5(管徑在150 mm范圍內(nèi))；焊縫浸潤(rùn)角≥120°；咬邊深度：≤0.3 mm；焊腳高度尺寸為圖樣名義尺寸K+2-0；內(nèi)外焊道及其周圍應(yīng)清潔，無(wú)任何焊渣、焊瘤和飛濺 。單面焊雙面成形的液壓管道必要時(shí)焊縫部位進(jìn)行通球檢查，球徑=管內(nèi)徑-3.5 mm，對(duì)于管道內(nèi)部的焊縫質(zhì)量增加內(nèi)窺鏡檢查。

表3 液壓管路的焊接參數(shù)

高壓管路的對(duì)接縫的外徑大于76 mm的液壓管進(jìn)行100%射線檢查，外徑小于等于76 mm的液壓管進(jìn)行10%射線抽查，但每根管子最少要拍一張片。最后做液壓試驗(yàn)，檢驗(yàn)接頭區(qū)域有無(wú)泄露等異常情況。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以一種吊機(jī)液壓絞車的工藝方案為依托，探討了一套規(guī)范有效的焊接工藝方案。此方案廣泛應(yīng)用于吊機(jī)絞車的生產(chǎn)中，實(shí)踐證明方案措施合理，可操作性強(qiáng)，優(yōu)化工藝后制造的絞車尺寸精度大大提升，帶來(lái)的質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益明顯。這種規(guī)范的焊接工藝方案對(duì)其它絞車及類似結(jié)構(gòu)能提供借鑒。