機(jī)械制造結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)深熔焊的焊接應(yīng)用與起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)焊接要求的對(duì)比

謝驊 唐山重型裝備集團(tuán)有限責(zé)任公司

機(jī)械制造技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)就是焊接技術(shù)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及焊接工藝技術(shù)的不斷成熟，造船工業(yè)中焊接工藝的數(shù)量在不斷地增加，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了一定的機(jī)械化和自動(dòng)化，當(dāng)然這些與焊接新材料的應(yīng)用有著重要關(guān)系。當(dāng)前機(jī)械制造關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的角焊縫多采用的是深熔焊，但是在某些行業(yè)中關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)則采用的是全焊透，本文主要就機(jī)械制造結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)深熔焊的焊接應(yīng)用與起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)焊接要求的比較分析如下：

1.在中垂以及中供極限強(qiáng)度條件下，船體舯剖面結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)焊接分析

在船舶制造中使用連續(xù)變截面板,可以在實(shí)現(xiàn)減重的同時(shí)保證船舶的高強(qiáng)度。激光焊接技術(shù)是進(jìn)行變截面板連接的有效手段,對(duì)連續(xù)變截面板的激光焊接要求熔深隨材料厚度的變化而適應(yīng)性變化。但連續(xù)變截面板的激光焊接過(guò)程極易受到焦點(diǎn)、焊接位置,保護(hù)氣體波動(dòng)以及材料本身厚度變化的影響對(duì)熔透性造成影響。因此,對(duì)連續(xù)變截面板激光焊接過(guò)程進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)控制成為保證焊縫熔透性的關(guān)鍵。在力學(xué)分析中，船體可以看做是一個(gè)變截面的空心梁，許多學(xué)者對(duì)創(chuàng)痛梁上的彎曲正應(yīng)力分布情況進(jìn)行了研究，并且得出了一致的結(jié)論，那就是應(yīng)力最大的位置主要是船體的船底以及甲板面位置，因此在船體焊接中這兩個(gè)位置的焊接要求較高。本次研究中以76000DWT散貨船船體的舯剖面結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說(shuō)明，該船體中的船底、甲板面、艙壁以及弦側(cè)采用的是縱骨架式，材料采用的是AH32，厚度約15―20mm。

在中拱條件下，船體的底部受到所有縱向壓力的作用，并且形成了一種特殊的節(jié)點(diǎn)連接形式，在這種特殊的連接形式下，節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)2位置處對(duì)應(yīng)的壓應(yīng)力是最大的，具體的可見(jiàn)圖1，其中在節(jié)點(diǎn)1位置采用的旁桁材有一開(kāi)坡口，而這一開(kāi)坡口適是以50°削斜留根t/3的形式完成的，內(nèi)底板與斜頂板之間形成了自然的坡口，在焊接過(guò)程中對(duì)于焊接板材的反面沒(méi)有進(jìn)行碳刨去根處理，直接通過(guò)雙面焊接就可完成，這樣就形成了深熔焊角焊縫，這種焊接方式可以保證機(jī)械制造的正常航行需要，但是根據(jù)修船人員的描述，通常內(nèi)底板、斜頂板以及旁桁板之間形成的角焊縫在一定范圍內(nèi)存在著應(yīng)力集中現(xiàn)象，由于應(yīng)力集中的出現(xiàn)，該區(qū)域內(nèi)容易出現(xiàn)裂紋，所以這部分的焊縫就需要滿足全熔透焊縫要求，所以節(jié)點(diǎn)1位置在焊接過(guò)程中需要進(jìn)行碳刨去根處理。節(jié)點(diǎn)2位置處在焊接過(guò)程中采用的而是雙面焊接，不需要進(jìn)行碳刨去根處理，聽(tīng)過(guò)深熔焊就可以滿足要求。

2.起重機(jī)箱型結(jié)構(gòu)焊接分析

本次研究中以德國(guó)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的600噸龍門起重機(jī)為例進(jìn)行分析，該起重機(jī)主梁采用的是雙箱式結(jié)構(gòu)，箱梁截面高度為10.075m，下部翼緣板寬度為2.14m，上部翼緣板寬度為4.3m，主梁的底部標(biāo)高為76m，行車規(guī)矩為185m，剛性腿采用的是變截面箱式結(jié)構(gòu)。

該龍門吊車的主梁結(jié)構(gòu)以及剛性腿部是一個(gè)整體的箱形結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)過(guò)程綜合了經(jīng)濟(jì)因素、技術(shù)因素以及材料因素等，也就是設(shè)計(jì)的主梁、剛性腿截面以及腹板厚度均是根據(jù)受力變形設(shè)置成變截面。通過(guò)對(duì)該龍門吊車起重運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，最大彎矩負(fù)荷位置為主梁的中間段，此外，剛性腿還存在有動(dòng)荷載作用，具體的表現(xiàn)在剛性腿運(yùn)行、剛性腿起吊階段，這些都會(huì)對(duì)箱型結(jié)構(gòu)連接位置處的角焊縫有著重大影響。根據(jù)常規(guī)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該采用的是全熔透焊縫，但是本次研究中的箱形起重機(jī)的設(shè)計(jì)與上述船體結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)有著較大的相似之處，焊接縫采用了深熔焊，圖2所示為龍門起重機(jī)梯形主梁主視圖、俯視圖、橫截面以及相關(guān)焊接節(jié)點(diǎn)示意圖，圖中所示的節(jié)點(diǎn)Ⅰ和節(jié)點(diǎn)Ⅱ就采用的是與船體關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)類似的焊接方法。在這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)位置，通過(guò)厚度1/3t以及2/3t削斜開(kāi)雙向坡口，并且留根2mm，這部分用于承受壓應(yīng)力，對(duì)于腹板的下端，不需要開(kāi)設(shè)坡口，在使用雙面焊接過(guò)程中也不用進(jìn)行碳刨去根處理，全部采用的是深熔焊角焊縫。此外，在剛性腿箱型結(jié)構(gòu)的四面連接角焊縫過(guò)程中，同樣的不需要開(kāi)設(shè)坡口，可直接進(jìn)行雙面焊接，此時(shí)形成的焊縫為貼腳焊焊縫。當(dāng)然這些設(shè)計(jì)均是根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)進(jìn)行分析的。

3.結(jié)語(yǔ)

大型起重機(jī)的箱型梁、剛性腿均屬于結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵位置，而船體的舯剖面同樣的屬于船體中的重要位置，在本次研究中分析了機(jī)械制造結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)深熔焊的焊接應(yīng)用與起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)焊接要求，結(jié)果顯示深熔焊的焊接在船體的焊接以及大型起重機(jī)箱梁、剛性腿等方面均有重要的應(yīng)用，這種焊接方式結(jié)合了結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，根據(jù)受力特點(diǎn)完成焊接，這樣不僅有利于提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還能達(dá)到節(jié)約材料的目的，在實(shí)際應(yīng)用中可結(jié)合受力特點(diǎn)進(jìn)行分析應(yīng)用。