竇 瑋，申本超

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)是大型起重機(jī)的重要組成部分，鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量是影響起重機(jī)整體質(zhì)量的重要因素之一。大型起重機(jī)的主梁在使用過(guò)程中需要根據(jù)用戶的需求進(jìn)行改造。如何合理選擇焊接方法、焊接參數(shù)、坡口形式、探傷方式以及有效控制焊接變形是焊接工藝需要克服的難題。本文以320 t大型起重機(jī)主梁的改造為例，探討如何選用合理的焊接方法、焊接參數(shù)、坡口形式、探傷方式，以及如何有效控制焊接變形，并提出了相關(guān)的控制質(zhì)量方法。

1 大型起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)

太原重工股份有限公司為某鋼廠制造的大型起重機(jī)為四梁四軌雙小車形式，最大起重量為320 t，工作級(jí)別為A7，橋架結(jié)構(gòu)如圖1所示。主梁為偏軌箱形梁，自重為45.7 t，跨距L=26.5 m，主腹板與上蓋板采用T型鋼連接，要求腹板的波浪、垂直度以及上蓋板的水平度符合GB/T 14405-2011標(biāo)準(zhǔn)，最大上拱值控制在L/10范圍內(nèi)，其截面尺寸為2 300 mm×3 028 mm，主梁截面圖如圖2所示。

圖1 大型起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)

圖2 主梁截面圖

該大型起重機(jī)已使用多年，鋼廠要求對(duì)起重機(jī)主梁進(jìn)行調(diào)整，我們根據(jù)業(yè)主的需求對(duì)起重機(jī)主梁進(jìn)行了改造。但在改造過(guò)程中個(gè)別數(shù)據(jù)難以掌控，上拱控制難度大，應(yīng)制定相應(yīng)的裝焊工藝指導(dǎo)生產(chǎn)，并為以后的主梁改造積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

主梁主要受力部件使用焊接性能、力學(xué)性能優(yōu)良的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q355-B，其化學(xué)成分如表1所示,力學(xué)性能如表2所示。

表1 Q355-B化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

表2 Q355-B力學(xué)性能

為了評(píng)估鋼的焊接性能，通常引入碳當(dāng)量(CE)概念，即當(dāng)CE<0.4%時(shí)，鋼板的淬硬傾向較小，焊接性能優(yōu)良，焊接時(shí)無(wú)需預(yù)熱；當(dāng)CE=0.4%～0.6%時(shí)，鋼板的淬硬傾向較大，焊接性能變差，焊接時(shí)應(yīng)采取預(yù)熱等措施。因此，Q355-B鋼板隨著碳當(dāng)量(CE)及厚度的提高，焊接前需做預(yù)熱[1]。

2 大型起重機(jī)主梁的改造

2.1 方案制定

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及部件明細(xì)，明確主梁改造的范圍，確定主梁具體在哪個(gè)開檔截?cái)?，同時(shí)，保證新的蓋板、腹板、T型鋼的對(duì)接位置要與原蓋板、腹板、T型鋼對(duì)接位置的距離控制在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。要求選擇合理的坡口形式、焊接參數(shù)、焊接方法，控制好上拱、旁彎、波浪、垂直度等。

2.2 改造內(nèi)容

檢查主梁的外觀質(zhì)量、腐蝕情況，確認(rèn)機(jī)器孔蓋、門、內(nèi)部隔熱的完好情況，拆除主梁軌道，并將拆除的軌道壓板打砂，拆除機(jī)器孔蓋、門并保護(hù)好，避免損壞。檢測(cè)主梁的上拱值、垂直度、水平度、旁彎值等并記錄。

根據(jù)主梁腹板、蓋板的實(shí)際對(duì)接焊縫位置，依據(jù)斷開位置示意圖調(diào)整切割位置，主梁斷開位置及坡口形式如圖3所示。調(diào)整切割位置時(shí)注意腹板對(duì)接縫a-a與蓋板對(duì)接縫b-b錯(cuò)開200 mm以上；腹板對(duì)接縫a-a和蓋板對(duì)接縫b-b分別與T型鋼對(duì)接縫c-c錯(cuò)開250 mm以上；腹板對(duì)接縫a-a、蓋板對(duì)接縫b-b、T型鋼對(duì)接縫c-c分別與大筋板錯(cuò)開150 mm以上，焊縫焊角大小及外觀質(zhì)量須滿足圖紙要求。

圖3 主梁斷開位置及坡口形式

對(duì)截?cái)嚅_檔處的隔熱、內(nèi)走道根據(jù)實(shí)際操作空間靈活去留，其余隔熱層、內(nèi)走道不拆除，注意防護(hù)。預(yù)制上拱值，按上拱曲線支墊找正斷開的主梁兩部分，點(diǎn)焊加固。T型鋼對(duì)接處預(yù)熱至60 ℃左右。采用富氬混合氣體保護(hù)焊及埋弧焊焊接對(duì)接焊縫，檢測(cè)主梁的上拱值、垂直度、水平度、旁彎值等并記錄，按圖紙位置要求裝焊相應(yīng)的角鋼、槽鋼。

2.3 焊接

2.3.1 坡口形式及焊接方法

主梁內(nèi)外側(cè)水平角鋼、槽鋼截短2 m，露出蓋板、腹板對(duì)接位置，蓋板、腹板開V型坡口，焊前清理焊縫坡口附近50 mm范圍內(nèi)的油污、雜質(zhì),經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)缺陷預(yù)熱至60 ℃左右方可施焊。內(nèi)部施焊空間有限，采用富氬混合氣體保護(hù)焊(MAG)打底、填充、蓋面，外部碳弧氣刨清根，坡口打磨出金屬光澤，經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)缺陷后再使用埋弧焊(SAW)蓋面，焊縫成形質(zhì)量好。焊接過(guò)程如圖4所示。

圖4 坡口形式及焊接過(guò)程

2.3.2 焊接材料

為保證熔敷金屬的塑性、韌性和強(qiáng)度等力學(xué)性能與母材匹配，結(jié)合Q355-B的力學(xué)性能使用埋弧焊和富氬混合氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接 ，埋弧焊焊絲使用H08MnA，焊劑牌號(hào)為HJ431，富氬混合氣體保護(hù)焊使用實(shí)芯焊絲ER50-6。熔敷金屬的力學(xué)性能如表3所示，焊絲的化學(xué)成分如表4所示。

表3 熔敷金屬的力學(xué)性能

表4 焊絲的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

2.3.3 焊接參數(shù)

富氬混合氣體保護(hù)焊與CO2氣體保護(hù)焊相比，焊接時(shí)飛濺和煙霧較小，焊件表面質(zhì)量成形好，可提高力學(xué)性能。埋弧焊的焊接接頭具有優(yōu)良的力學(xué)性能，焊縫化學(xué)成分穩(wěn)定，成形美觀。針對(duì)上述坡口形式采取的焊接方法如表5所示。

表5 焊接方法

2.3.4 探傷方式

為保證鋼結(jié)構(gòu)件焊縫的成形質(zhì)量，在焊后應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。腹板、蓋板的對(duì)接焊縫需進(jìn)行超聲波探傷(UT)、射線探傷(RT)，角焊縫進(jìn)行磁粉探傷(MT)，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為JB/T 10559Ⅰ級(jí)、GB/T 3323Ⅱ級(jí)、GB/T 26952Ⅰ級(jí)。如果焊縫無(wú)損檢測(cè)不合格，必須按照返修工藝進(jìn)行返修處理。

2.4 控制焊接變形

主梁截面為矩形，剛性高、截面積大，焊接變形的影響因素多。上拱、旁彎、波浪、垂直度等焊接變形的控制不能超過(guò)主梁的結(jié)構(gòu)制造要求。因此，焊接變形的控制是主梁改造的重要工藝攻關(guān)問(wèn)題。

2.4.1 上拱

主梁的跨度L=26.5 m，標(biāo)準(zhǔn)要求上拱ΔF=(0.9/1 000～1.4/1 000)L，并且最大上拱值控制在L/10范圍內(nèi)[2]。經(jīng)計(jì)算ΔF=23.85 mm～37.1 mm，而實(shí)測(cè)主梁的上拱ΔF′=38.5 mm，主梁上拱較大，可在主梁左、右下角適當(dāng)位置支撐墊鐵，利用主梁自重引起部分下?lián)?，同時(shí)，使用三角形加熱法在大筋板位置的腹板高度2/3處采用中性焰600 ℃～700 ℃中溫糾正，利用鋼板熱脹冷縮的特點(diǎn)再次引起部分下?lián)?，從而達(dá)到降低上拱的目的，如圖5所示。經(jīng)過(guò)上述火焰糾正，實(shí)測(cè)主梁的上拱ΔF′=35.4 mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 火焰糾正上拱

2.4.2 旁彎

主梁的主腹板厚度h=12 mm，標(biāo)準(zhǔn)要求當(dāng)h<12 mm時(shí)，旁彎g≤6 mm；當(dāng)h≥12 mm時(shí)，旁彎g≤h/2(≤6 mm)。實(shí)測(cè)主梁旁彎g=7.1 mm，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。此時(shí)應(yīng)綜合考慮主梁的自重、跨距、截面尺寸和剛性，適當(dāng)調(diào)整墊鐵支墊位置，在旁彎超差的大筋板處采用中性焰進(jìn)行中溫糾正。此時(shí)，加熱溫度在相變溫度以下，金屬組織未發(fā)生相變，機(jī)械性能未發(fā)生大的變化，糾正旁彎效果好。同時(shí)應(yīng)避免主梁形成S形旁彎甚至扭曲變形，這將使主梁火焰糾正難度加大。經(jīng)過(guò)上述火焰糾正，實(shí)測(cè)主梁旁彎符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4.3 波浪

主梁的主腹板厚度h=12 mm，標(biāo)準(zhǔn)要求主梁腹板的平面度應(yīng)以1 m水平尺檢驗(yàn)，在距離上蓋板H/3(H為腹板高度，H/3為主梁受壓區(qū))范圍內(nèi)不大于0.7h(≤8.4 mm)，腹板其余區(qū)域不大于1.2h(≤14.4 mm)。實(shí)測(cè)主梁主腹板某局部平面度在距離上蓋板H/3處為9.1 mm，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)于主梁的局部波浪變形，應(yīng)同時(shí)使用點(diǎn)狀加熱法和手錘機(jī)械糾正，加熱點(diǎn)狀直徑為45 mm左右，火焰烤嘴以波峰為起點(diǎn)螺旋移動(dòng)，采用中溫糾正，同時(shí)手錘錘擊加熱處邊緣，使波峰處金屬在錘擊力作用下，冷卻收縮而拉平[3]。火焰烤嘴移動(dòng)軌跡如圖6所示。經(jīng)過(guò)上述火焰糾正，實(shí)測(cè)主梁腹板的平面度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖6 火焰烤嘴移動(dòng)軌跡

3 結(jié)語(yǔ)

影響起重機(jī)主梁改造質(zhì)量的因素很多，應(yīng)當(dāng)選用合理的焊接方法、焊接參數(shù)、坡口形式、探傷方式，以及有效控制焊接變形的方法，達(dá)到在主梁改造過(guò)程中控制質(zhì)量的目的。