設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)制造難點(diǎn)及控制要點(diǎn)

孫陳晨 姜金泉

上海建工（江蘇）鋼結(jié)構(gòu)有限公司 江蘇 海門(mén) 226116

設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)一般是指大型設(shè)備中的鋼結(jié)構(gòu)部分。對(duì)于成套設(shè)備來(lái)說(shuō)，設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)是最主要的受力承載部分，在結(jié)構(gòu)上起到穩(wěn)定性作用，在功能上起到機(jī)械、電氣、液壓設(shè)備配合載體作用。其不僅要滿(mǎn)足承載要求，同時(shí)也要滿(mǎn)足不同系統(tǒng)精密配合連接的要求，以保證整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的使用功能。

從加工角度而言，設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)的加工制作與精密鋼結(jié)構(gòu)類(lèi)似，介于普通結(jié)構(gòu)件（對(duì)加工要求不高）與精密機(jī)械加工（要求加工較精細(xì)）之間。設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)一般包含較多的構(gòu)件種類(lèi)，外形特殊且有些構(gòu)件尺寸較大，薄板件也相對(duì)較多，部分構(gòu)件需用整體機(jī)加工來(lái)保證尺寸要求。因此，不管是加工制作，還是后續(xù)的表面處理、油漆涂裝、包裝發(fā)運(yùn)等，相對(duì)于常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)，均具有一定的挑戰(zhàn)性。

另外，對(duì)于這種設(shè)備類(lèi)鋼結(jié)構(gòu)，為保證現(xiàn)場(chǎng)安裝精度，工廠(chǎng)須進(jìn)行2D/3D預(yù)拼裝，避免后續(xù)在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)局部干涉、連接面孔位不一致等無(wú)法安裝的情況，并通過(guò)有效的加工控制手段，從而保證現(xiàn)場(chǎng)安裝精度。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于秘魯南部，客戶(hù)方為德國(guó)ThyssenKrupp，項(xiàng)目執(zhí)行規(guī)范為美標(biāo)AWS D.1.1—2015，總工程量約2 000 t。項(xiàng)目主要分為三大區(qū)域：belt feeder（帶式給料機(jī)）、spile bar（篩選機(jī)）和in plant（傳送帶框架）。典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 工程三大區(qū)域典型結(jié)構(gòu)

此類(lèi)皮帶機(jī)類(lèi)設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)類(lèi)型繁多且復(fù)雜。本項(xiàng)目中溜槽、料斗、抽屜式框架等構(gòu)件設(shè)計(jì)要求內(nèi)部均安裝耐磨板，因此，對(duì)車(chē)間單構(gòu)件制作精度、群孔尺寸精度把控、耐磨板安裝孔加工精度等的要求更加嚴(yán)格。

2 結(jié)構(gòu)制作難點(diǎn)

1）該項(xiàng)目主結(jié)構(gòu)各部件之間設(shè)計(jì)均采用法蘭螺栓連接的節(jié)點(diǎn)形式，因此，對(duì)法蘭接合面的平面度控制、接合法蘭面的密貼情況以及螺栓孔同心度加工控制的要求較高。

2）由于溜槽及料斗主結(jié)構(gòu)板較薄、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)筋板較多，因此，焊接量較大，薄板焊接變形控制難度較大。

3）由于結(jié)構(gòu)需要傳輸?shù)V石類(lèi)堅(jiān)硬材料， 因此項(xiàng)目中溜槽及料斗結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)要求布滿(mǎn)耐磨板，且耐磨板與耐磨板之間要求安裝間隙均勻，設(shè)計(jì)間隙理論要求6 mm。耐磨板均采用螺栓固定在結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)尺寸較大，且受焊接及矯正變形等諸多因素影響，因此，保證大面積的鉆孔精度以及鉆孔后耐磨板安裝間隙的難度較大。

4）料斗結(jié)構(gòu)尺寸較大，且結(jié)構(gòu)分為上、下兩層（下層由兩半片法蘭連接而成），因此，結(jié)構(gòu)整體焊接變形控制以及尺寸控制的難度較大。

5）結(jié)構(gòu)中厚3 mm以下的薄板表面處理難度較大，常規(guī)沖砂介質(zhì)容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)波浪變形，且板材較薄，無(wú)法采用火工矯正。

6）設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)安裝件相對(duì)較多，如防護(hù)網(wǎng)片、薄板結(jié)構(gòu)件、機(jī)加工件、不銹鋼結(jié)構(gòu)件、耐磨板、甲供件等，增加了項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程管理的難度。

3 典型結(jié)構(gòu)加工工藝流程

3.1 溜槽結(jié)構(gòu)加工方案

考慮溜槽結(jié)構(gòu)特殊，且主結(jié)構(gòu)板較薄、筋板較多，因此，考慮采用先做成片體單元結(jié)構(gòu)形式，然后再進(jìn)行組裝焊接。車(chē)間加工具體流程如下：零件準(zhǔn)備（打磨待裝配焊接區(qū)域）→畫(huà)線(xiàn)、裝配筋板→片體單元焊接→小組件制作→最終裝配、焊接（圖2）。

圖2 溜槽結(jié)構(gòu)加工流程

溜槽連接法蘭鉆孔流程：在結(jié)構(gòu)裝配焊接完成之后，根據(jù)實(shí)際測(cè)量尺寸，以結(jié)構(gòu)中心為基準(zhǔn)，整體畫(huà)線(xiàn)鉆法蘭連接孔。

3.2 料斗結(jié)構(gòu)加工流程

料斗結(jié)構(gòu)（上側(cè)料斗1件、下側(cè)料斗2件）的制作思路：先做片體單元，再裝配焊接。為保證上、下料斗連接法蘭開(kāi)檔尺寸一致，避免出現(xiàn)連接法蘭錯(cuò)邊、上下料斗外形尺寸不一致的情況，制定如下加工方案：先裝配焊接上側(cè)料斗，再將上側(cè)料斗倒放在水平胎架上，以上側(cè)料斗下法蘭面作為胎架面，裝配焊接下側(cè)料斗，最終完成結(jié)構(gòu)總拼焊接（圖3）。

圖3 料斗結(jié)構(gòu)加工流程及現(xiàn)場(chǎng)

溜槽鉆孔流程：連接法蘭部分采用零件鉆孔，上側(cè)料斗上法蘭待結(jié)構(gòu)焊接完成后整體畫(huà)線(xiàn)鉆孔（圖4）。

3.3 耐磨板安裝孔加工流程

為保證耐磨板與結(jié)構(gòu)孔的同心度以及安裝間隙滿(mǎn)足規(guī)范要求，同時(shí)避免設(shè)備拐角處耐磨板安裝時(shí)干涉，特制定耐磨板安裝孔加工流程如下：結(jié)構(gòu)制作檢驗(yàn)合格后，根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)尺寸畫(huà)線(xiàn)，并進(jìn)行角落處耐磨板試裝，檢驗(yàn)?zāi)湍グ蹇着c畫(huà)線(xiàn)基準(zhǔn)偏差（若產(chǎn)生偏差，則對(duì)畫(huà)線(xiàn)進(jìn)行調(diào)整），檢驗(yàn)合格后拆除耐磨板并整體鉆孔，并100%整體試裝耐磨板。

4 加工過(guò)程控制要點(diǎn)

4.1 薄板結(jié)構(gòu)變形控制要點(diǎn)

由于溜槽及料斗主結(jié)構(gòu)板較薄，且筋板較多，焊接量也較大，因此，片體平面度難以控制。為控制薄壁結(jié)構(gòu)焊接變形，先將筋板點(diǎn)焊到零件上組成片體單元，再將片體單元背靠背點(diǎn)焊固定，并采取較小的焊接線(xiàn)能量，對(duì)稱(chēng)施焊，分段退焊，再焊接片體單元上的筋板零件，焊接完成后，分開(kāi)2個(gè)板單元（圖5）。經(jīng)試驗(yàn)，該加工方案對(duì)控制薄板焊接變形的效果較明顯，且片體結(jié)構(gòu)焊接完成后的平面度滿(mǎn)足美標(biāo)規(guī)范結(jié)構(gòu)平面度3 mm/m的要求。

圖5 薄板結(jié)構(gòu)焊接變形控制工藝

4.2 薄板表面處理控制要點(diǎn)

通常情況下，對(duì)于板厚小于3 mm的結(jié)構(gòu)件，常規(guī)沖砂、拋丸薄板等方法均容易出現(xiàn)波浪變形，且一旦薄板結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，將無(wú)法采用火工進(jìn)行矯正。為解決這一難題，經(jīng)工廠(chǎng)試驗(yàn)證明：對(duì)厚3 mm以下薄板采用白剛玉砂或者石榴砂類(lèi)的非金屬磨料進(jìn)行掃砂，薄板構(gòu)件未產(chǎn)生變形，且復(fù)測(cè)薄板表面粗糙度滿(mǎn)足規(guī)范要求（圖6）。本項(xiàng)目采取上述工藝進(jìn)行薄板表面處理并成功應(yīng)用，為后續(xù)薄板表面處理積累了寶貴的加工經(jīng)驗(yàn)。

圖6 薄板表面處理

4.3 不同區(qū)域交界面法蘭鉆孔加工控制要點(diǎn)

帶式給料機(jī)部分上側(cè)料斗與篩選機(jī)設(shè)計(jì)要求螺栓連接，因此，要求工廠(chǎng)先進(jìn)行預(yù)裝，以確?，F(xiàn)場(chǎng)安裝螺栓的穿孔率。

由于連接法蘭尺寸較大、連接孔數(shù)量較多，如果采用單獨(dú)畫(huà)線(xiàn)鉆孔，將導(dǎo)致累積誤差較大，最終裝配時(shí)容易出現(xiàn)螺栓孔不同心或者螺栓無(wú)法安裝等情況，且由于結(jié)構(gòu)形式特殊，不滿(mǎn)足配套鉆孔要求。因此，最終采用定制專(zhuān)用鉆孔模板進(jìn)行分別配鉆，從而保證螺栓穿孔率要求（圖7）。

圖7 定制鉆孔模板加工現(xiàn)場(chǎng)

預(yù)裝完成后，采用比螺栓公稱(chēng)直徑大0.3 mm的時(shí)控器檢查時(shí)，通過(guò)率為100%，且連接法蘭無(wú)錯(cuò)邊現(xiàn)象，孔位尺寸均滿(mǎn)足安裝要求。

4.4 涂裝過(guò)程控制要點(diǎn)

1）對(duì)于設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)而言，不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型需要考慮不同的除銹方案，對(duì)于厚3 mm以下的薄板結(jié)構(gòu)件，宜采用石榴石或金剛砂進(jìn)行掃砂除銹，嚴(yán)禁采用拋丸機(jī)進(jìn)行除銹。否則，薄板構(gòu)件拋丸變形后將無(wú)法矯正。

2）構(gòu)件中的螺紋孔在沖砂油漆前，其內(nèi)側(cè)可采用布條或?qū)Ｓ寐菁y保護(hù)塞塞緊，油漆結(jié)束后去除。同時(shí)，由質(zhì)量檢測(cè)人員復(fù)測(cè)螺紋是否有損傷，若有損傷可用絲錐進(jìn)行回絲，最終涂抹防銹油進(jìn)行保護(hù)。

3）設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)中的機(jī)加工軌道、鋼套、局部不銹鋼件等，在沖砂油漆前可涂抹防銹油保護(hù)。

4）對(duì)于設(shè)計(jì)圖紙要求點(diǎn)焊在構(gòu)件中，最終由現(xiàn)場(chǎng)焊接的甲供件，在沖砂油漆前必須做好保護(hù)。但對(duì)于特殊結(jié)構(gòu)件及無(wú)法沖砂保護(hù)的甲供件，根據(jù)實(shí)際工序情況，可選擇沖砂后裝配焊接或油漆后裝配焊接。

5）為區(qū)分不同部位，不同使用功能，通常，設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)采用的面漆顏色較多。油漆施工時(shí)需注意區(qū)分，并增加專(zhuān)員復(fù)核面漆顏色，防止因顏色做錯(cuò)造成返工。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，通過(guò)將上述加工工藝方案應(yīng)用于皮帶機(jī)設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)的車(chē)間加工過(guò)程，項(xiàng)目在帶筋薄板結(jié)構(gòu)平面度控制、大尺寸連接法蘭平面度及螺栓孔同心度控制、耐磨板安裝孔精度控制、薄板除銹等方面均取得了良好的成果。同時(shí)，方案的控制要點(diǎn)總結(jié)也為后續(xù)類(lèi)似項(xiàng)目提供了借鑒。