一種用于雙行車吊運工件的大型結(jié)構(gòu)件工裝焊接方法

涂俊魁,范興海,許杰峰,陳雪兵

(馬鋼設(shè)備檢修有限公司馬鋼輪軸事業(yè)部 安徽馬鞍山 243000)

雙梁橋式起重機(行車)是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的核心設(shè)備，已成為生產(chǎn)作業(yè)線上主體設(shè)備的重要組成部分，考慮采購和維護成本以及安裝空間，一般鋼鐵企業(yè)工廠中行車的起吊重量都是按照常規(guī)生產(chǎn)維修時需要吊運物體的重量進行設(shè)計，對于一些偶爾需要吊運的大噸位工件，單臺行車的吊運能力不能滿足要求，以前遇到大噸位工件吊運時，采用汽車吊，但因場地限制，需要做大量的輔助工作，如搭建大臨，拆除部分設(shè)備等，給吊運帶來很大麻煩，影響了施工進度和合理組產(chǎn)。

某鋼廠軋機到了設(shè)備大修周期，重達(dá)180 t的軋機牌坊需要拆卸，軋機所在的主廠房內(nèi)行車最大起吊重量為100 t，為了解決單臺行車吊運能力不足問題，滿足軋機檢修需要，決定制作一種雙行車吊運大噸位工件的中間過渡工裝，通過使用兩臺100 t行車并行的方式進行180 t軋機牌坊的調(diào)運。

1 大型結(jié)構(gòu)件工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計

兩臺100 t行車并行吊運180 t軋機牌坊的中間過渡工裝采用焊接結(jié)構(gòu)，由主梁和吊耳構(gòu)成，主梁由兩根H型鋼沿翼緣一端開坡口對接后焊接而成，主梁內(nèi)每隔1 m左右加有一塊襯板，一方面增加主梁的剛度，另一方面防止主梁兩根H型鋼沿翼緣外側(cè)焊接時產(chǎn)生過大變形量，影響主梁的強度，主梁上方兩端焊有吊耳，分別用于同兩臺行車的連接，主梁下方吊耳用于掛吊大噸位工件，主梁上下面的吊耳為掛吊方便，略有差異，每個吊耳兩側(cè)各焊有兩塊筋板，分別與兩根H型鋼翼緣外側(cè)連接起來，增加吊耳的焊接強度，另外，根據(jù)雙行車可能存在的起吊噸位不同，主梁下面的吊耳位置通過杠桿原理計算確定，確保起吊時每臺行車承受合理載荷。

根據(jù)使用的100 t行車結(jié)構(gòu)尺寸及兩臺100 t行車并行時的安全距離，確定出兩臺100 t行車并行吊運180 t軋機牌坊的中間過渡工裝焊接結(jié)構(gòu)件主梁H型鋼長度，結(jié)合有限元進行分析，算出H型鋼高度、寬度、腹板厚度、翼緣厚度，再根據(jù)兩根H型鋼相關(guān)尺寸，計算出襯板高度、襯板寬度，根據(jù)行車吊鉤尺寸及掛斷索具確定出吊耳大小。

兩臺100 t行車并行吊運180 t軋機牌坊的中間過渡工裝結(jié)構(gòu)件襯板、吊耳、筋板 采用Q235材質(zhì)的鋼板，H型鋼采用馬鋼生產(chǎn)的熱軋H型鋼，過渡工裝結(jié)構(gòu)件各部位尺寸見表1。

2 焊接工藝的制定與實施

2.1 焊接設(shè)備和焊材的準(zhǔn)備

結(jié)合雙行車吊運工件的大型結(jié)構(gòu)件工裝的各部尺寸及材質(zhì)性能，焊接設(shè)備和焊材如下：兩根H型鋼、襯板、吊耳、筋板、半自動火焰切割機、鎢極氬弧焊機(φ2.5 J506焊絲)、二氧化碳?xì)怏w保護焊自動焊接機(φ1.2 藥芯焊絲)、逆變式直流焊機(φ4.0 E5015)焊條、碳弧氣刨一臺。

1-H型鋼；2-行車吊耳；3-大件吊耳；4-襯板；5-筋板；6-H型鋼焊縫；7-吊耳焊縫圖1 為吊運工裝主視圖 圖2 為吊運工裝俯視圖 圖3 為吊運工裝側(cè)視圖表1 過渡工裝結(jié)構(gòu)件各部位尺寸

名稱襯板吊耳H型鋼筋板實際尺寸/mm357×357×12800×600×901280×H400×408×21×21500×500×25

針對購置的二氧化碳?xì)怏w保護焊接自動焊接機的導(dǎo)向機構(gòu)不能滿足夾持焊槍全程焊接適H型鋼主梁，重新制作導(dǎo)向機構(gòu)工裝，同時對二氧化碳?xì)怏w保護焊接自動焊接機夾持焊槍支撐桿結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改進，焊接時不能滿足現(xiàn)場縱縫下端200 mm以下焊接環(huán)縫的冷板孔位置距離。

2.2 焊縫接頭形式選擇

按照焊接時兩塊焊接板料之間結(jié)合位置的不同，焊接接頭形式分為：對接接頭、搭接接頭、T型接頭、角接接頭、塞焊接頭。各種焊接接頭焊接適應(yīng)性如下：

對接接頭適用于兩塊板的端面位置相對配置，兩板表面在一平面內(nèi)。按照兩板的端面加工成不同的形狀，對接接頭分為I形對接、V形對接、X形對接和U形對接。

搭接接頭指兩塊要連接的板料一塊疊在另一塊上，在兩板的頂端邊緣進行焊接，搭接接頭適用于薄板結(jié)構(gòu)的焊接。

T形接頭是將一塊板料的端部放在另一塊板料面上進行焊接， T形接頭坡口形式可分為I形坡口、單邊V形坡口、K形坡口。

角接接頭是指兩塊板料成直角，在兩板的頂端邊緣上進行焊接的接頭。根據(jù)板料厚度和坡口形狀、角接接頭可分為I形坡口、單邊V形坡口、V形坡口和K形坡口等。

塞焊接頭是在兩塊重疊在一起的板料上開孔，利用孔和另一塊板料焊接，使兩塊板料連接在一起。

根據(jù)兩臺100 t行車并行吊運180 t軋機牌坊的中間過渡工裝結(jié)構(gòu)件兩兩母材之間焊接連接部位結(jié)合位置不一樣，采用了多種焊接接頭，主梁兩根H型鋼之間焊接采用對接接頭，H型鋼端部與襯板之間采用角接接頭，H型鋼與其它襯板之間、吊耳與主梁之間、吊耳與兩側(cè)筋板之間采用T形接頭，各焊縫坡口形式根據(jù)板材的厚度來確定。

2.3 焊接工藝的實施：

選定H型鋼高度側(cè)兩表面，清除油污及表面鐵銹，半自動火焰切割機切口—火焰矯正—角向沙輪機打磨，單邊坡口為30°。

選定主梁兩根H型鋼，在翼緣內(nèi)側(cè)沿H型鋼長度方向每隔2 m左右加焊一塊襯板，襯板只焊與H型鋼翼緣內(nèi)側(cè)接觸部分，襯板與H型鋼幅板之間采用小間隙配合，不加焊接，一方面便于襯板與H型鋼之間的裝配，另一方面防止后期沿H型鋼高度側(cè)兩表面焊接時，H型鋼沿長度方向變形，并保證吊運工裝主梁主體承載部位結(jié)構(gòu)近似為箱型結(jié)構(gòu)，從而減少主梁焊接過程中變形量，增加主梁的剛度兩根H型鋼的襯板焊接位置沿H型鋼長度方向是相互錯開1m左右，確保兩根H型鋼對接焊接后襯板之間的距離為1 m左右。

將焊好襯板的H型鋼沿坡口對接起來，構(gòu)成V型坡口，為了保證焊接工藝要求，減少大厚度主梁預(yù)熱變形及單面焊接雙面成型，采用手工氬弧焊(φ2.5 J506焊絲)打底兩邊焊縫一同焊接，填充和蓋面全部采用二氧化碳?xì)怏w保護焊接自動焊接機(φ1.2藥芯焊絲)多層多道正反更換焊接，確保主梁的機械性能，主梁焊接工藝參數(shù)見表2。

表2 主梁工藝參數(shù)如下：

將加工好的吊耳按設(shè)計好的位置放到工裝主梁上，采用K型坡口。

吊耳兩側(cè)加焊筋板，采用對稱焊接，雙邊三角焊縫，以防焊接變形。

吊耳及兩側(cè)筋板焊接，K型坡口底層均采用手工焊條電弧焊及逆變式直流焊機(φ4.0 E5015)焊條連續(xù)對稱焊接，第一層焊接后反面對稱焊時要清根保證底部熔透，填充層及蓋面采用二氧化碳?xì)怏w保護焊接自動焊接機(φ1.2 藥芯焊絲)連續(xù)對稱焊接，吊耳焊接工藝參數(shù)見表3。

表3 吊耳焊接工藝參數(shù)

3 結(jié)語

兩臺100噸行車并行吊運180噸軋機牌坊的中間過渡工裝制作焊接后，結(jié)構(gòu)件外形尺寸經(jīng)過測量，符合設(shè)計要求，焊接變形量在允許范圍內(nèi)，所有焊接縫通過超聲波探傷達(dá)到等級標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)現(xiàn)場使用，效果良好。

二氧化碳?xì)怏w保護自動焊接機適用于較長的直線焊縫，省工、省時、焊縫美觀整齊。

焊接性好的材料能采用加熱法矯正，利用火焰加熱時產(chǎn)生的局部壓縮塑性變形, 使較長的金屬在冷卻后縮短來消除變形，方法簡單, 機動靈活, 適用面廣。

對于箱式梁結(jié)構(gòu)，使用襯板，增加了箱式梁結(jié)構(gòu)的剛性，而箱式梁結(jié)構(gòu)件的剛性與焊接變形成反比，通過合理布置箱式梁結(jié)構(gòu)襯板，能夠有效減少箱式梁變形率。

科學(xué)控制焊接參數(shù)，使用二氧化碳?xì)怏w保護自動焊這種較小熱輸入的方法來控制焊接變形。

對有些結(jié)構(gòu)由于尺寸和形狀的限制，無法進行雙面施焊，采用單面焊雙面成形焊接技術(shù)，能夠保證焊接后坡口的正面和反面都能得到焊縫美觀、成形良好而且表面和內(nèi)在質(zhì)量均符合工藝要求的焊縫。