特大型龍門吊主梁焊接變形控制的研究

顧偉明

（南通中遠(yuǎn)重工有限公司，江蘇 海門 226100）

隨著我國科技進(jìn)步和國力增強(qiáng)，大型龍門吊的重要性越來越受到相關(guān)技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。大型龍門吊設(shè)備在大型艦船的制造過程中不可或缺，其主要部件包含上小車、柔性腿、剛性腿以及主梁等結(jié)構(gòu)件。主梁作為工作部件的核心，其焊接制造的精度質(zhì)量控制就顯得尤為重要！一般來說，主梁的制造過程往往選用上下兩層分段制作、整體拼裝的工藝，而這項(xiàng)工藝技術(shù)又是把雙刃劍：它能大大縮短了工程制造周期，但很大程度上使結(jié)構(gòu)焊接施工變形復(fù)雜化，增大了主梁精控的難度。因此，相關(guān)技術(shù)人員在進(jìn)行龍門吊主梁變形控制時，應(yīng)充分統(tǒng)籌兼顧，選取多種控制辦法相結(jié)合的方式，從而在根本上解決主梁焊接控制變形的難題。接下來，本文主要就1200T龍門吊主梁(見圖1)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合幾種主梁焊接變形的情況進(jìn)行分析，闡述相對有效的大型龍門吊主梁焊接的工程控制技術(shù)。

圖1 1200T 主梁合攏現(xiàn)場

1 主梁箱體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及焊接性分析

主梁結(jié)構(gòu)包括左右腹板、上頂板、T型支撐梁、球扁鋼、中底板以及下底板等(見圖2)。主梁箱體的焊接性分析主要包含于龍門吊主梁的21個箱體分段，每個龍門吊主梁的箱體分段長、重、厚度不一樣，那么焊接所采用的拼接焊縫坡口也不一致。眾所周知，焊縫尺寸越大，焊接量就越大，那么焊接過程中出現(xiàn)的焊接收縮與變形問題的影響也就越大，由此可見，無論是何種的不均勻冷卻亦或是加熱，都會在不同程度上造成龍門吊主梁箱體的焊接變形。因此，改進(jìn)龍門吊主梁焊接工程管理方法、控制焊接變形的工作尤為重要、刻不容緩。

圖2 1200T 主梁結(jié)構(gòu)圖

2 主要的幾種主梁焊接控制變形

2.1 腹板的波浪變形

腹板波浪變形指的是在焊接過程中，由于焊縫橫截面較大或焊接焊縫過長，從而導(dǎo)致一定范圍內(nèi)的橫向收縮。腹板的波浪變形是龍門吊主梁箱體焊接時一個比較常見的焊接控制變形，通常來說腹板由不同板厚的板材拼接而成，雖然長寬不一，但焊接的坡口均為雙面坡口與單面坡口的輪流交換，因此，容易造成腹板的波浪變形。這類問題需要引起相關(guān)焊接責(zé)任人員的重視。

2.2 主梁箱體的彎曲變形

主梁箱體的彎曲變形主要指的是因箱體分片組裝而形成的偏離中性面焊接和不對稱焊接的箱體彎曲變形。而這種變形情況將對后期的修整和矯正工作產(chǎn)生較大的影響，不容易實(shí)現(xiàn)。尤其是主梁箱體產(chǎn)生的尺寸問題，一旦超標(biāo)或偏差，造成的后果是不能預(yù)估的。正確的焊接方式應(yīng)為采取正面45°或反面55°的坡口方式，從而減小焊接量和焊接熱輸入量。與此同時，還可以在腹板的拼接過程中，合理運(yùn)用反變形法，通過焊接收縮與反差角的兩兩抵消，從而消除焊接中的彎曲變形。

2.3 T型接頭處的局部翹曲

T型接頭處的局部翹曲是龍門吊主梁箱體焊接控制中的最后一種焊接變形，T型接頭處的局部翹曲指的是T型梁與腹板在焊接過程中，因角焊縫而引起的局部受熱，從而導(dǎo)致局部翹曲的情況。這種焊接變形的出現(xiàn)幾率比上面兩種相對較小，不再展開敘述。

3 重要的焊接工藝控制流程

3.1 焊接收縮量的預(yù)留

焊接收縮量的預(yù)留是重要的龍門吊主梁箱體焊接工藝控制方法之一，主要焊接下料前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的主梁分段拱度數(shù)據(jù)圖，精準(zhǔn)計(jì)算各個分段拼接口兩端的拱度數(shù)據(jù)，從而確定各分段主梁箱體的上下翼板以及腹板的準(zhǔn)確下料尺寸。在實(shí)際操作中，從寬度方向中預(yù)留一定的焊接收縮量的同時，在長度方向上預(yù)留出一定的余量，以便進(jìn)行二次修割調(diào)整。所以，焊接收縮量的預(yù)留能夠在最大程度上保障龍門吊主梁箱體尺寸的有效控制手段。

3.2 焊接方法的選擇

合理科學(xué)的焊接工藝選擇是龍門吊主梁箱體焊接工藝控制的第2個有效舉措。一方面焊接人員可在結(jié)構(gòu)自由狀態(tài)下，采用埋弧焊的方法完成腹板拼接，在最大程度上釋放焊接殘余應(yīng)力。另一方面，針對那些球扁鋼、腹板與T型梁的特殊焊接要求，焊接人員可以采取二氧氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，最大程度上降低焊接線能量的輸入。合理科學(xué)有效的采取不同種類的焊接方法，不僅能夠提高龍門吊主梁箱體焊縫的質(zhì)量、提高焊接效率，也能有效將變形控制在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。

3.3 坡口尺寸的設(shè)計(jì)

精確設(shè)計(jì)坡口尺寸就要求相關(guān)技術(shù)人員對于不同坡口形式有更為深入的研究和創(chuàng)新。例如，在很多腹板的拼接焊接過程中，對于較厚的腹板，采取K型坡口的拼接模式，并組對2mm的間隙焊縫，與此同時，在保障焊縫效率的前提情況下，底板、頂板適當(dāng)采取反面55°、正面45°的坡口形式，從而降低反面清根的焊接量和減小焊接的熱輸入量。由此可見，精確坡口設(shè)計(jì)的作用和意義明顯，應(yīng)引起相關(guān)焊接責(zé)任人員的重視和注意。

3.4 裝配焊接順序的正確選擇

裝配焊接順序的選擇是指在腹板拼接中，可以采取先拼版、再裝配球扁鋼以及最后裝配T型梁的裝配焊接順序，此外，在腹板的焊接過程中，最好先采取焊接T型梁相互間的角焊縫，之后再進(jìn)行焊接腹板與T型梁間的相交角焊縫，最后進(jìn)行焊接T型梁之間的相交上翼板坡口角焊縫。主梁拱度一般采用的是以直代拱的形式，這類舉措的好處在于有效減少了腹板的局部翹曲，并完整連接了T型板和腹板，從而在根本上有效控制了大型龍門吊主梁焊接控制變形，并且提高了大型龍門吊的使用壽命。

3.5 剛性固定法

剛性固定法主要用于龍門吊主梁合攏：首先在龍門吊主梁箱體板材的焊縫反面，利用定位鋼板進(jìn)行板厚方向上的限位鞏固；其次利用定位馬板抗彎作用力，對鋼板與鋼板接頭間擾度方向上施加約束，并加強(qiáng)鋼板的局部剛性，在很大程度上有效增加了龍門吊主梁箱體的質(zhì)量。現(xiàn)場施工人員因地制宜地靈活利用這種固定方法進(jìn)行鋼板固定，更有利于焊接接頭的準(zhǔn)確性和焊接施工的便利性。

3.6 焊接過程中動態(tài)調(diào)整主梁的變形

實(shí)際生產(chǎn)中的焊接變形，受到了焊接參數(shù)、材料屬性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差異、坡口差異、焊接順序、環(huán)境溫度等多方面因素的影響，存在著較大的不確定性。對主梁兩側(cè)方向進(jìn)行監(jiān)控，利用焊接收縮規(guī)律，動態(tài)調(diào)節(jié)兩側(cè)焊接參數(shù)并對進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整，以將產(chǎn)生的變形抵制此前存在的變形，能將龍門吊主梁箱體動態(tài)地控制在合格標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。當(dāng)然此項(xiàng)焊接技術(shù)，需要有熟練技術(shù)人員在生產(chǎn)一線及時靈活的指導(dǎo)運(yùn)用，才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)語

伴隨著我國綜合國力的不斷提升，海軍國防事業(yè)的不斷壯大，以及國內(nèi)外對大型艦船制造工業(yè)設(shè)備的需求熱度持續(xù)升溫的環(huán)境背景下，特大型龍門吊制造技術(shù)越來越受到相關(guān)企業(yè)、媒體的廣泛關(guān)注。

龍門吊結(jié)構(gòu)的制造中，結(jié)構(gòu)焊接變形問題存在的弊端和改善后的經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，而合理有效地控制變形是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，需要引起相關(guān)技術(shù)管理人員的重視與探究，具體可以通過進(jìn)行焊接收縮量的預(yù)留、合理科學(xué)的選擇焊接方法、精確設(shè)計(jì)坡口、正確選擇裝配焊接順序、合理運(yùn)用剛性固定法以及焊接過程中動態(tài)調(diào)整主梁變形等方法，對大型龍門吊主梁的焊接變形進(jìn)行控制。

我們有理由相信：我國的大型龍門吊焊接工程控制技術(shù)在未來必將具有好的發(fā)展前景。