克令吊大車軌道制作工藝研究

黃春娟，周力偉

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 201913）

作為工程船上的起重機(jī)，在海上行駛或作業(yè)過程中，不可避免會(huì)受到海面上的浪涌、風(fēng)力等因素的影響，導(dǎo)致船體產(chǎn)生晃動(dòng)，為了保證設(shè)備的結(jié)構(gòu)性和穩(wěn)定性，大車行走部分需滿足行走驅(qū)動(dòng)、防傾覆、糾偏等多項(xiàng)功能，且與軌道之間需要精密配合，故對(duì)軌道的強(qiáng)度和制作精度提出較高的要求，制作加工難度較大，需要進(jìn)行深入的研究制作加工方案。

1 大車行走軌道的介紹

大車行走部分包括大車行走機(jī)構(gòu)和軌道兩部分，軌道結(jié)構(gòu)形式為工字鋼結(jié)構(gòu)，大車行走機(jī)構(gòu)的4組車輪在軌道工字鋼下翼板內(nèi)平面上進(jìn)行行走，行走驅(qū)動(dòng)側(cè)的大車軌道上翼板上平面上安裝齒條及其支座，并在上翼板兩側(cè)安裝水平輪，保證大車行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)和糾偏功能。

大車行走軌道分段制作和加工（～12m/根），分段之間采用公母槽裝配形式。軌道制作采用的鋼板材質(zhì)為S460QL1高強(qiáng)度鋼板，腹板下料板厚為t=100mm、上下翼板下料板厚為t=140mm。此軌道工字鋼腹板與上下翼板焊縫需滿足CJP要求，軌道制作成工字鋼后需對(duì)上下翼板板厚方向內(nèi)外側(cè)、上下翼板寬度方向左右兩側(cè)以及分段接頭位置公母槽進(jìn)行機(jī)加工。

2 制作難點(diǎn)分析

大車軌道根據(jù)裝配關(guān)系，圖紙尺寸公差分析，制作和加工存在以下幾點(diǎn)難點(diǎn)。

（1）軌道采用的是高強(qiáng)度厚板制作，對(duì)鋼板原材料平整度控制要求較高。

（2）軌道腹板與翼板焊縫采用的是J型坡口，全熔透焊縫，腹板上的坡口需要進(jìn)行機(jī)加工，坡口加工時(shí)容易導(dǎo)致腹板產(chǎn)生旁彎。

（3）軌道焊接時(shí)，采用的是埋弧焊機(jī)進(jìn)行施焊，埋弧焊小車在軌道腹板上來回移動(dòng)，空間有限，操作比較困難，且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱施焊的目的。

（4）軌道焊接時(shí)，由于焊接量較大，且需要長(zhǎng)時(shí)間加熱保溫，焊接變形控制比較困難。

（5）軌道焊接完成后，由于尺寸較大，熱處理要求較高，基地現(xiàn)有的加熱爐不能滿足要求。

（6）軌道需進(jìn)行多面加工，形位公差較多，且精度較高，加工比較困難。

3 方案論證

方案一：大車行走軌道兩兩背對(duì)背制作

將大車軌道分段兩兩裝配固定在一起，同時(shí)施焊固定一側(cè)的腹翼板焊縫，然后拆除固定分別翻身，再次固定另一側(cè)，同時(shí)施焊另一側(cè)焊縫。

分析：此方案為工字鋼最常見的制作方法，能夠減少工裝的使用和裝配，是最方便快捷的方式。但該大車軌道為厚板焊接形成的工字鋼，焊接過程中需持續(xù)加熱，一側(cè)焊縫施焊完成，拆開連接板后，由于左右兩側(cè)應(yīng)力不均，易導(dǎo)致產(chǎn)生旁彎，無法實(shí)現(xiàn)下翼板側(cè)背對(duì)背裝配施焊。

方案二：大車軌道單根船型胎架上制作

在大車軌道的上下翼板上裝配剛性梁進(jìn)行單根制作，剛性梁與上下翼板之間采用間斷焊固定，大車軌道在水平胎架上裝配后，吊裝至船形胎架（斜胎架）上，利用定位塊進(jìn)行固定，然后在腹板上放置焊接軌道工裝，保證焊機(jī)在水平的軌道上進(jìn)行焊接。

分析：此方案能夠保證上下翼板的裝配，船形胎架能夠方便角接焊縫的施焊。但在軌道焊縫進(jìn)行施焊時(shí)，由于埋弧焊機(jī)放置在軌道中間的腹板上，腹板上則需點(diǎn)焊固定水平工裝以便放置埋弧焊機(jī)，點(diǎn)焊對(duì)母材容易造成損傷，同時(shí)會(huì)影響施工作業(yè)空間，埋弧焊機(jī)操作存在困難。此外，此方式不利于左右對(duì)稱施焊，需要不斷的進(jìn)行翻身，增加現(xiàn)場(chǎng)的工作量。

方案三：大車軌道單根水平胎架上制作

在大車軌道的上下翼板上安裝滾道梁進(jìn)行單根制作，剛性梁與上下翼板之間采用間斷焊固定。大車軌道組件裝配后吊裝至水平胎架上，保證焊機(jī)在水平的軌道進(jìn)行焊接。

分析：此方案既方便埋弧焊機(jī)操作，也可以保證對(duì)稱施焊，雖然焊縫成型不如在船形胎架上好，但可以滿足探傷要求。

綜上所述，采用方案三較為合理，操作較方便，質(zhì)量也能得到保證。

4 模擬段制作及方案優(yōu)化

4.1 軌道2m模擬段制作

（1）尺寸測(cè)量及焊縫檢驗(yàn)。①焊縫施焊結(jié)束后，測(cè)量了相關(guān)的數(shù)據(jù)，腹翼板的垂直度能夠滿足要求。②焊縫經(jīng)過UT100%探傷，存在通條缺陷，缺陷主要集中在焊縫與母材熔合線位置。

（2）經(jīng)過模擬段的試驗(yàn)跟蹤，發(fā)現(xiàn)存在如下幾點(diǎn)問題：①焊縫的坡口和角度較小，焊縫成形質(zhì)量較差，易造成缺陷（未熔合或夾渣）；②焊接的操作空間有限；③焊機(jī)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)稱施焊；④焊縫質(zhì)量較差。

4.2 方案優(yōu)化

根據(jù)模擬段的制作試驗(yàn)出現(xiàn)的難點(diǎn)和問題，對(duì)原制定的方案進(jìn)行優(yōu)化，以改善焊縫的焊接質(zhì)量。

（1）對(duì)于焊接坡口較小，影響埋弧焊機(jī)施焊的問題，將坡口角度增加至40度，并增加根部坡口的R角尺寸，減少了背面埋弧打底焊碰到腹板而產(chǎn)生缺陷。

（2）選擇先進(jìn)的合適的埋弧焊機(jī)，減小設(shè)備的操作空間要求，并設(shè)計(jì)了兩臺(tái)可以對(duì)稱操作的焊接，滿足了焊接空間要求以及對(duì)稱施焊的方向性要求。

（3）對(duì)于焊接時(shí)需要嚴(yán)格控制焊接過程的問題，需加強(qiáng)對(duì)預(yù)熱溫度、層間溫度及焊接工藝參數(shù)的控制，對(duì)于根部焊道特別需要注意打磨清渣，提高焊縫的一次合格率，避免焊接過程中大量缺陷而返修。

5 過程質(zhì)量控制要求

（1）電加熱設(shè)備和溫度控制。由于軌道為高強(qiáng)鋼并且厚度達(dá)到100/140mm，焊接時(shí)需要嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度、層間溫度、焊后保溫后熱、焊后熱處理等工序，溫度的控制對(duì)焊縫的質(zhì)量及變形影響也較大。為了防止焊接裂紋的產(chǎn)生，需要保證預(yù)熱溫度不得低于155℃，并且需要連續(xù)施焊焊接，連續(xù)加熱保溫，對(duì)于加熱設(shè)備及人員需要嚴(yán)格保證正常工作和運(yùn)轉(zhuǎn)。并且在施焊過程中質(zhì)檢對(duì)溫度需進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，對(duì)溫度的高低進(jìn)行嚴(yán)格控制。

（2）焊縫質(zhì)量控制。在每道焊接完成后，觀察焊縫的成形情況，對(duì)咬邊及夾渣的位置進(jìn)行打磨，然后再用手工焊進(jìn)行修補(bǔ)，避免焊接過程中產(chǎn)生大量缺陷而造成返修。

（3）焊接量及變形控制。由于軌道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，厚板焊接量較大，容易導(dǎo)致整體直線度和上、下翼板的開檔尺寸以及水平度超差。嚴(yán)格控制焊接量、焊接順序及翻身順序，并在過程中多次測(cè)量變形數(shù)據(jù)（特別是在翻身前），工藝人員及時(shí)分析，通過改變燒焊量和翻身次數(shù)等方法進(jìn)行糾偏，盡量避免出現(xiàn)大的變形。

6 方案實(shí)施

根據(jù)模擬段制作的經(jīng)驗(yàn)，按照優(yōu)化后的方案，軌道制作可以分以下幾步來進(jìn)行實(shí)施。

（1）切割下料。為了更好的保證零件的平整度，在鋼板切割下料前進(jìn)行檢查，并進(jìn)行滾壓，釋放鋼板應(yīng)力，若平整度超差則需用油壓機(jī)進(jìn)行校正；零件切割時(shí)利用多頭切割機(jī)進(jìn)行切割，能夠更好的控制零件的旁彎，提高切割效率；零件切割之后對(duì)其直線度、平整度以及氣割邊的垂直度進(jìn)行檢查，不合格需再次進(jìn)行校正。

（2）腹板J型坡口機(jī)加工。為了減少機(jī)加工量、避免出現(xiàn)加工應(yīng)力釋放引起的變形，要求利用兩臺(tái)半自動(dòng)割刀先同時(shí)進(jìn)行雙面切割坡口余量（粗切割），然后再利用機(jī)床同時(shí)機(jī)加工兩側(cè)的寬度余量，最后再分別單獨(dú)機(jī)加工剩余的坡口余量。

（3）合理布置胎架。

（4）結(jié)構(gòu)裝配。在大車軌道B側(cè)面安裝卡碼進(jìn)行裝配固定，然后在大車軌道上下翼板上安裝滾道梁，滾道梁與上下翼板之間采用墊板進(jìn)行連接固定，再將裝配完成的大車軌道組件吊裝放置到胎架上。

（5）焊接。①采用電加熱設(shè)備對(duì)焊縫進(jìn)行連續(xù)預(yù)熱至155～226℃。②焊接時(shí)同一側(cè)焊縫從中間向兩端同時(shí)對(duì)稱施焊，上下翼板兩側(cè)焊縫進(jìn)行跳焊的焊接方法。③焊接流程和翻身過程。

（6）后熱和熱處理。大車軌道焊接完成后立即進(jìn)行后熱至250℃，保溫后緩冷。待大車軌道焊縫檢測(cè)合格后放置到加熱房?jī)?nèi)進(jìn)行熱處理。

（7）劃線檢驗(yàn)及機(jī)加工。①將熱處理結(jié)束后的軌道放置在機(jī)床上，檢測(cè)整體直線度、平面度等尺寸，均滿足加工要求。②調(diào)整大車軌道的腹板垂直度，將腹板垂直度控制在2mm范圍內(nèi)。③先劃出下翼板上的余量加工線，并以此為基準(zhǔn)，利用機(jī)床劃出上翼板的余量加工線。④對(duì)軌道上下翼板厚度余量、寬度方向余量進(jìn)行加工，然后再加工接頭位置的公母定位槽。⑤加工結(jié)束后進(jìn)行了預(yù)裝配，并進(jìn)行了檢驗(yàn)，均滿足圖紙尺寸要求。

7 結(jié)語

通過對(duì)大車軌道圖紙要求分析，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)能力，對(duì)部分難點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和討論，制定了切實(shí)可行的制作、加工方案，通過優(yōu)化焊接設(shè)備、加強(qiáng)過程控制，對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行處理、糾偏，最終保證了焊后的總體尺寸要求，加工時(shí)采用機(jī)床一次裝夾進(jìn)行加工多個(gè)平面和接頭定位槽，保證了最終的裝配要求。