220t 830E卡車元寶梁弧形板置換方案

賀贊勛

神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026015

1 研究背景

220t 830E卡車是露天礦運(yùn)輸任務(wù)的主力設(shè)備，承擔(dān)著露天礦采掘后運(yùn)輸?shù)闹匾蝿?wù)，極大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了礦山生產(chǎn)效率。隨著設(shè)備工作量和使用年限的增加，卡車梁體受到巨大物體的承壓與勞損，造成元寶梁嚴(yán)重開裂。220t 830E卡車元寶梁整車狀態(tài)下的作業(yè)空間狹小，設(shè)備停機(jī)維修保養(yǎng)時(shí)間較短，使得焊接工藝及質(zhì)量得不到保障，導(dǎo)致設(shè)備返修率高。為了消除設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂隱患，提高設(shè)備出動(dòng)率，文章就整車大修期間，創(chuàng)新元寶梁焊接維修工藝，以徹底解決結(jié)構(gòu)件開裂問題展開了研究。

為了保證設(shè)備維修質(zhì)量，使設(shè)備盡快恢復(fù)生產(chǎn)，機(jī)修整備車間制訂了詳細(xì)的維修方案。根據(jù)筆者多年的卡車焊修經(jīng)驗(yàn)，制定開窗口、更換板材、加墊板、多層多道焊接等維修工藝，對疲勞焊縫及其熱影響區(qū)予以清除，重新焊接，并進(jìn)行焊后熱處理，從而保證元寶梁的維修質(zhì)量。220t 830E卡車主機(jī)架示意圖如圖1所示。

圖1 220t 830E卡車主機(jī)架示意圖

2 220t 830E卡車元寶梁弧形板置換創(chuàng)新點(diǎn)

（1）將U形元寶梁弧形板位置進(jìn)行更換，使用折彎機(jī)將Q345板材折彎成型，將原有弧形板位置更換成新板材，以解決結(jié)構(gòu)疲勞開裂問題。

（2）元寶梁前后端板裂縫清除。疲勞焊縫及熱影響區(qū)域完全清除，加墊板保證焊縫根部焊透，提高焊縫質(zhì)量。

3 220t 830E卡車元寶梁弧形板置換方案

3.1 置換思路

（1）對元寶梁梁體端部開裂橫截面進(jìn)行實(shí)際尺寸測量，設(shè)計(jì)合理更換面積，建議更換尺寸為480mm×350mm，防止梁體在后續(xù)焊接過程中出現(xiàn)根部的搭接、啃咬、別勁等故障問題，避免發(fā)生變形。

（2）采用空腹式方法加裝結(jié)構(gòu)鋼墊條，以保證焊縫根部質(zhì)量?？崭故桨惭b結(jié)構(gòu)鋼條現(xiàn)場如圖2所示。

圖2 空腹式安裝結(jié)構(gòu)鋼條現(xiàn)場圖

（3）采用U形梁弧形鋼板（Q345）固定在墊板上，梁體母材與Q345更換板材底部接縫間隙保持在6～8mm，保持焊縫焊接應(yīng)力均勻。

3.2 具體方案

在卡車整修狀態(tài)下，需在拆除發(fā)動(dòng)機(jī)、主發(fā)動(dòng)機(jī)、排煙筒、線束、油管等相關(guān)附件，并有充足檢修空間的條件下，方可執(zhí)行焊接整修方案。

（1）開窗口工藝。①窗口截取。使用氣割方式在開裂部位開窗口，去除達(dá)到疲勞極限的母材，母材大小為480mm×350mm，梁體板材更換為厚20mm的Q345板材，以保證材質(zhì)趨同，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免因材質(zhì)不同引起二次開裂。同時(shí)，應(yīng)選擇規(guī)則的窗口形狀，以便于作業(yè)。為了減小焊縫應(yīng)力集中，窗口輪廓應(yīng)無銳角圓滑過渡，使用氧乙炔割炬切割開窗口部位，取下板材后，對窗口斷面及里外側(cè)進(jìn)行打磨。使用硬紙板拓下窗口形狀，將彎弧板通過折彎機(jī)彎成相應(yīng)弧度，根據(jù)梁體更換位置的不同，弧度為160°～170°。②開坡口。根據(jù)窗口尺寸，對元寶梁窗口和Q345板開坡口，為了減小焊縫寬度和避免損傷Q345板材，根據(jù)具體焊接位置開半“V”形坡口（元寶梁前后端面坡口和替換Q345板上下橫焊坡口）。坡口開好后，使用角磨機(jī)、直磨機(jī)對坡口內(nèi)部、焊縫周圍20mm區(qū)域進(jìn)行打磨，去除碳化層、油漆和其他雜質(zhì)。

（2）焊前預(yù)熱作業(yè)。使用氧乙炔火焰對坡口及其周圍區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱，夏季預(yù)熱溫度為150～160℃，冬季預(yù)熱溫度為260～280℃，其目的是提高母材塑性，同時(shí)均勻焊縫和母材溫度，避免施焊過程中產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致開裂，從而保證焊接性能，使焊接材料和母體在焊接前有效消除水蒸氣，避免焊縫出現(xiàn)氫脆缺陷。在預(yù)熱過程中，需要有足夠的預(yù)熱時(shí)間，使預(yù)熱各部受熱均勻，避免因預(yù)熱不均勻引起應(yīng)力問題。

（3）窗口閉合。①元寶梁前后端面斜向上開裂的疲勞焊縫開“V”形坡口，坡口底部間隙為5～8mm，加焊打磨光潔的結(jié)構(gòu)鋼墊板。②根據(jù)窗口尺寸使用結(jié)構(gòu)鋼墊條，制作墊板框架，并用角磨機(jī)清除墊板上的銹跡，將制作完成的墊板框架與窗體進(jìn)行焊接固定，以保證后續(xù)焊接閉合窗口不出現(xiàn)缺陷，可將墊板框架整體與窗口焊接，再將焊縫打磨平整。③U形Q345板材的裝配。使用窗口模板制作Q345替換板材，再對其尺寸進(jìn)行修理，要求替換板材上下端嵌入元寶梁部位的輪廓線比模板小5～8mm，并開半“V”形坡口，打磨拋光。完成Q345窗口板材的制作后，將其焊接裝配到卡車梁體窗口位置加以固定。固定元寶梁弧形鋼板現(xiàn)場如圖3所示。

圖3 固定元寶梁弧形鋼板現(xiàn)場圖

（4）坡口焊接。使用在300℃下預(yù)熱2h的E7018-1 Φ3.2焊條進(jìn)行焊接，坡口打底焊要求焊縫填充金屬將元寶梁窗口母材、墊板、Q345板三者全部熔合，避免應(yīng)組織機(jī)構(gòu)不均勻產(chǎn)生層狀撕裂現(xiàn)象。焊后將焊渣清理干凈后才可進(jìn)行填充和蓋面焊接，避免出現(xiàn)夾渣，造成應(yīng)力集中，影響焊接質(zhì)量。填充和蓋面焊接要求采用多層多道焊，采取上下橫焊縫和端面前后立焊縫對稱交替焊接的方式，以達(dá)到焊縫受力均勻，避免焊接變形的目的，同時(shí)改善焊縫熔池金屬組織均勻細(xì)化的問題，避免連續(xù)焊接導(dǎo)致熱影響區(qū)組織晶粒粗大。此外，蓋面焊要避免咬邊、余高過高等表面缺陷。

（5）焊后退火保溫。焊接完畢后，使用氧乙炔火焰對焊接區(qū)域100mm范圍進(jìn)行均勻加熱，加熱至550～600℃，并使用保溫材料（保溫毯）對退火焊縫進(jìn)行包裹，保溫緩冷至室溫，以消除焊后殘余應(yīng)力。

（6）打磨拋光作業(yè)。待焊縫緩慢冷卻至室溫后，使用角磨機(jī)對焊縫進(jìn)行打磨拋光，要求焊縫打磨平整。

（7）焊后探傷。作業(yè)完畢后檢查焊縫是否開裂，進(jìn)行著色探傷和超聲波探傷，對焊縫表面和內(nèi)部進(jìn)行探傷。經(jīng)探傷可知，已完成焊接整修的元寶梁焊縫內(nèi)外質(zhì)量均零缺陷，質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)，達(dá)到設(shè)備出廠狀態(tài)。置換完成的元寶梁如圖4所示。

圖4 置換完成的元寶梁

4 220t 830E卡車元寶梁弧形板置換的經(jīng)濟(jì)效益

220t 830E卡車元寶梁整修完成后，可為同類型疲勞的元寶梁U形梁弧形板的更換提供科學(xué)、可靠的技術(shù)參考，以便及時(shí)針對類似開裂進(jìn)行修復(fù)指導(dǎo)。采用該工藝整修的元寶梁可有效解決結(jié)構(gòu)件的疲勞開裂問題，降低設(shè)備的焊接檢修停機(jī)率。對已應(yīng)用該技術(shù)的車輛的跟蹤顯示，采用新工藝焊修后的220t 830E卡車運(yùn)行平順，狀態(tài)良好，在日常運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)二次開裂現(xiàn)象。

（1）元寶梁與主車梁架的價(jià)格為整車價(jià)值的40%，約為2400萬元×40%=960萬元，運(yùn)行14年，每年的價(jià)值約為960÷14≈68.57萬元/年。

（2）220t 830E卡車元寶梁整修工作可單獨(dú)操作也可在卡車整修期間進(jìn)行。單獨(dú)整修需使設(shè)備停機(jī)5d，整修過程中需要維修人員6人（150元/d），人工成本總共為4500元；焊接整修所用材料成本為8000元。設(shè)備跟蹤及模擬數(shù)據(jù)顯示，單次整修元寶梁可保證設(shè)備整修部位3年內(nèi)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不出現(xiàn)開裂。根據(jù)以往卡車元寶梁保養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，平均1.5個(gè)保養(yǎng)周期（33d）就需要對元寶梁開裂部位進(jìn)行焊接維修，焊接維修工時(shí)為8h，合理估算3年可節(jié)約單臺(tái)設(shè)備檢修工時(shí)265h，單臺(tái)卡車運(yùn)行1h創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益為5000元，采用此工藝檢修后的卡車結(jié)構(gòu)件創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益約199.57萬元。

5 結(jié)束語

220t 830E卡車作為礦山大型運(yùn)輸設(shè)備，隨著服役年限的增長、負(fù)載的增加，其元寶梁逐漸出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。元寶梁在卡車中起著至關(guān)重要的作用，創(chuàng)新卡車元寶梁焊修新工藝不僅可以縮短焊修周期，還可以節(jié)約焊修成本。同時(shí)，修復(fù)完成后提高了卡車元寶梁的耐用性、承重性，從而可以有效保證設(shè)備的高效運(yùn)行。