一種船用吊機塔身結(jié)構(gòu)的焊接工藝方案

一種船用吊機塔身結(jié)構(gòu)的焊接工藝方案楊金;孫濤【摘要】為了控制塔身的焊接變形和裝配精度，本文介紹了吊機塔身的焊接工藝方案運用檢驗工裝、焊后矯正法及無損檢驗方法，在塔身制作過程中嚴格控制下料、焊接順序設(shè)計、裝配順序設(shè)計、焊接方法選擇等工藝環(huán)節(jié)，規(guī)范了塔身中部、塔身頂部、塔身大底板、塔身附件以及塔身舾裝件的焊接工藝方案，提高了吊機塔身的交貨質(zhì)量.【期刊名稱】《武漢船舶職業(yè)技術(shù)學院學報》【年(卷)，期】2019(018)002【總頁數(shù)】5頁(P87-91)【關(guān)鍵詞】吊機;塔身;焊接變形;尺寸精度【作者】楊金;孫濤【作者單位】武漢船舶職業(yè)技術(shù)學院，湖北武漢430050;武漢船用機械有限責任公司，湖北武漢430084【正文語種】中文【中圖分類】TG44吊機是平臺甲板上必備的配套起重設(shè)備，它的穩(wěn)定運行對船舶和海洋平臺的安全營運起著重要的作用［1］。隨著海上物流的發(fā)展，越來越多的貨物選擇集裝箱船運輸，對船用吊機的要求也越來越高［2-3］。塔身是吊機的核心部件之一，其結(jié)構(gòu)精度決定了吊機的承載能力。吊機塔身體積大、重量超重、結(jié)構(gòu)復雜、制造精度要求高，所以研究塔身鋼結(jié)構(gòu)的制造工藝，對于保證起重機產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本具有十分重要的意義［4-5］。本文在塔身制作過程中嚴格控制下料、焊接順序設(shè)計、裝配順序設(shè)計，焊接方法選擇等工藝環(huán)節(jié)，靈活運用檢驗工裝、焊前和焊后矯正法及無損檢驗方法，隨時報檢記錄焊接變形和焊縫缺陷，并及時校正，從而有效地控制了吊機塔身的焊接變形和尺寸精度，形成了規(guī)范的工藝流程和精細的工藝方案，提高了吊機的交貨質(zhì)量。1塔身及結(jié)構(gòu)件工藝方案塔身結(jié)構(gòu)主要由塔身中部、塔身頂部、塔身大底板、塔身附件以及塔身舾裝件等組成，為保證吊機塔身結(jié)構(gòu)件尺寸精度和滿足后續(xù)裝配要求，需要對塔身的各個結(jié)構(gòu)件工藝做出嚴格的質(zhì)量要求，重點討論塔身中部，塔身頂部和塔身大底板的這三個結(jié)構(gòu)件的焊接工藝方案。塔身的結(jié)構(gòu)組成見圖1。圖1吊機塔身的結(jié)構(gòu)組成1.1塔身中部結(jié)構(gòu)的焊接塔身中部結(jié)構(gòu)包括：前部筋板、前部殼體、后部殼體、后部筋板、頂板、防撞器，司機室座板等。塔身中部結(jié)構(gòu)組成見圖2。圖2塔身中部的結(jié)構(gòu)組成首先對塔身中部的零部件下料，鋼板下料前應進行100%超聲波探傷，按JB/T4730.3-2005執(zhí)行，H級合格。鋼板要進行預處理和校正，先噴丸除銹和打底漆，然后在平板矯正機上矯正，使板料原有的內(nèi)應力和波浪變形減小。型材采用火焰校正，注意避免強制裝配。要求采用數(shù)控切割機下料，采用半自動切割機開坡口，抽檢下料尺寸和坡口尺寸［5］。塔身中部的殼體零件按照圖3所示的J剖及F剖及塔身高度L、斜面高H（尺寸A和尺寸B）繪制下料圖，其余零件按照施工圖紙繪制下料圖；前部殼體與后部殼體上司機室孔、門孔、兩種通風窗孔下料時可將套料零件下出。圖3塔身中部殼體下料方法及壓制樣板放置圖前部殼體及后部殼體的壓制樣板選取J剖面及G剖面，可以采用如圖3所示的樣板或相對應的角度樣板，前部殼體及后部殼體各兩件，對稱壓制。壓制過程中及壓制完成后，均用角度樣板或圖3所示的樣板檢查，樣板與工件的間隙＜2mmo對后殼體組件進行加工，后殼體組件的結(jié)構(gòu)如圖4a所示。先裝焊后殼體，再裝環(huán)筋板、縱筋板，在縱縫上加裝4~5塊加強筋板，防止焊接縱縫的角變形。環(huán)筋板與殼體縱縫交叉處，應先預焊縱縫100~150mm,并打磨平后裝配筋板。按圖4b所示檢查后殼體下部截面尺寸A、B，允差±10mm，并用平尺檢查鋼板的平面度＜4/1000mm,|C-D|＜10mm,并用樣板檢查后殼體角度，樣板與工件的間隙＜2mm。圖4后殼體裝焊圖后殼體組件焊接順序，先焊筋板焊縫，再焊縱縫內(nèi)側(cè)焊縫；處于立焊部位的環(huán)筋板邊緣部分留出至少距殼體板邊100mm不焊，以保證對接焊時的鋼板錯邊量符合要求；對接焊縫應由中間向兩端作分段退焊進行焊接，焊接前需在塔身殼體外側(cè)加裝防變形剛性支撐；筋板與殼體的焊縫，先焊橫向焊縫，后焊縱向焊縫，應由中間向兩端作分段倒退焊進行焊接。形成后殼體組件，并加裝工裝吊耳。接著對前殼體組件進行加工，前殼體組件的結(jié)構(gòu)如圖5(a)所示。前殼體與后殼體結(jié)構(gòu)形式比較類似，前殼體焊接順序、裝配精度要求可參照后殼體制作過程。圖5前殼體裝焊圖最后做塔身中部殼體總裝。將前殼體組件與后殼體組件合攏，前殼體與后殼體的板厚錯變量＜1mm,按圖6檢查所示的塔身下口的尺寸A、B、C、|D-E|,允差±10mm,焊接前需在塔身殼體外側(cè)加裝4~5塊加強筋板，并在塔身內(nèi)部加裝鋼管支撐，保證塔身殼體開檔尺寸。圖6塔身中部殼體總裝檢查示意圖塔身內(nèi)部焊縫焊接完成后，在塔身殼體外側(cè)進行清根，焊接外部拼縫，外部焊縫需采用埋弧焊進行蓋面。焊后對塔身中部所有未下料到位的孔進行修割并打磨。裝焊塔身頂部加強筋板、塔身頂板、吊耳及眼板、司機室座板、防撞器等零件。在焊接過程中注意采用反變形法，塔身內(nèi)部焊接產(chǎn)生的焊接角變形很大，可以采用折邊機或油壓機制造出反變形，控制平面度，不用火焰加熱比較有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量，制造焊前反變形比焊后校正可減小焊接殘余應力并節(jié)約工期［5］。如焊后確有較大變形可采用火焰矯正輔以千斤頂校正，校正達到以下要求：殼體平直度＜4/1000mm,局部最大為＜6/1000mm;司機室座板、門框的平直度＜2mm。1.2塔身頂部結(jié)構(gòu)的焊接塔身頂部結(jié)構(gòu)見圖7，首先對塔身頂部零部件下料，頂部法蘭內(nèi)孔須單邊留15mm機加工余量，下料后再機加工；鎖繩頭板下料時板厚留至少5mm余量，下料后機加工。圖7塔身頂部結(jié)構(gòu)示意圖塔身頂部工藝流程見圖8，塔身頂部裝焊，先將頂部腹板分別與頂部法蘭裝焊，焊后校平組成腹板組件。在裝配平臺上按圖紙劃出腹板的距離位置線，組對裝焊腹板組件，裝焊時保證腹板組件中頂部法蘭之間的開檔尺寸和同心度，允差0~+2mm。用三角尺檢查腹板與平臺的垂直度，三角尺與腹板的間隙小于1mm，裝配完成后，組對的腹板組件必須加兩條斜支撐和兩條橫支撐以防止變形。裝焊鎖繩頭、頂部包板及擋繩圓鋼，焊接時應盡量對稱施焊，焊接由中間向兩端施焊。腹板組件焊接后對腹板平面度進行檢查并校正至＜2mm。圖8塔身頂部工藝流程圖1.3塔身大底板的焊接塔身大底板的結(jié)構(gòu)示意見圖9。首先對塔身大底板下料，大底板下料前應進行100%超聲波探傷，按照JB/T4730.3-2005，口級合格，厚度留5~7mm余量?；剞D(zhuǎn)減速機齒輪孔單邊須留15mm余量，墊板厚度留10~12mm余量。大底板下料后、裝焊前需進行校正，平面度＜5mm,否則可采用壓力機或火焰校正；吊耳在扣塔后換成臥運吊耳，兩種吊耳焊縫均需進行100%磁粉探傷，按照JB/T4730.4-2005，口級合格。圖9吊機大底板結(jié)構(gòu)示意圖塔身大底板結(jié)構(gòu)工藝流程見圖10,大底板的裝焊首先按照大底板幾何外形劃出大底板的十字中心線、吊臂樞軸、墊板等零件的裝焊位置線。吊臂樞軸、墊板等零件與大底板應貼緊裝配，吊臂樞軸與大底板的中心線的距離允許偏差1mm，與大底板之間的裝配間隙＜1mm。吊臂樞軸焊接前，檢驗員對坡口進行確認后進行施焊。吊臂樞軸焊前須預熱至150OC，層間溫度不低于預熱溫度，焊后用石棉布包覆緩冷。焊接時應兩名焊工進行對稱施焊。圖10塔身大底板工藝流程圖焊后對吊臂樞軸的焊縫進行100%磁粉探傷，JB/T4730.4-2005,H級合格。焊后校正，在劃線平臺上進行檢查，劃線平臺平面度要求在0~0.5mm以內(nèi)；在平臺上放置3個等高鐵，將大底板放在等高鐵上，調(diào)整吊臂樞軸的高度，高度差＜1mm，再調(diào)整大底板相對另外兩邊的高度差＜1mm;用3m的平尺檢查大底板的平面度，對非回轉(zhuǎn)支承的面平面度＜5mm,局部允許7mm;用等高線檢查回轉(zhuǎn)支承安裝面的平面度及回轉(zhuǎn)減速機安裝墊板的平面度＜5mm,局部允許7mm，至少檢查21個點，點與點的間距約400mm。若平面度無法滿足要求需進行校正。2塔身總裝工藝方案在裝配階段要嚴格控制公差，否則在后續(xù)工序中產(chǎn)生的累積誤差必然會造成尺寸超差［4］，從而影響塔身的尺寸精度。要求塔身中心線直線度不大于1/2000，平面度不大于1mm，并用激光經(jīng)緯儀檢查直線度和平面度，及時調(diào)準［1］。2.1塔身頂部與塔身中部的裝配在塔身頂板上劃出四塊頂部腹板組件的安裝線，注意該安裝線根據(jù)塔身的中心線劃出。讓塔身頂部與安裝線對正，注意塔身頂部須對應塔身中部的筋板裝配。焊接前，在塔身中部頂板無筋板的兩個1/4面裝焊防變形支撐。焊接時，盡量對稱施焊，焊接由中間向兩端施焊，應嚴格控制焊縫高度。焊后校正，應達到以下要求（如圖11）。座板的間距B、B1、C、C1應達到圖面要求；兩組座板滑輪孔軸線應垂直塔身中心線，不垂直度不超過2mm；塔身頂板的平面度不超過1/1000；探傷標準參照脂/T4730.3-2005。前門組件與塔身焊接，在吊車試驗扣塔完成或試驗完成后對前門進行沖水試驗，不得漏水。圖11塔身頂部與塔身中部焊后矯正圖2.2塔身舾裝件、附件裝焊塔身主結(jié)構(gòu)完成后進行塔身舾裝件和附件的裝配、焊接。舾裝件、附件裝配前需對其油漆情況進行檢查，確保所有舾裝件及附件均已進行預處理（噴丸、車間底漆）；依照圖紙尺寸裝配、焊接塔身各舾裝件，焊縫外觀依照相關(guān)規(guī)定進行報檢。3焊接操作塔身結(jié)構(gòu)的制作工藝方案為：①裝配-②報檢-③焊接-④校正-⑤報檢-⑥探傷-⑦噴丸-⑧油漆；工藝流程圖見圖12。圖12塔身結(jié)構(gòu)工藝流程圖由于吊機塔身為箱體式厚壁大型焊接結(jié)構(gòu)，焊接工作量非常大［6］，壁厚大剛性大，焊接時易產(chǎn)生較大的焊接變形和應力，嚴重時會影響后續(xù)裝配和使用壽命，因此需要合理的焊接方法來控制變形，焊接方法選用CO2氣體保護焊，該方法焊接熱輸入集中，變形小，生產(chǎn)效率高，成本低［7］。對于厚度超過20mm的板材對接接頭，開X形坡口代替V形坡口，X形坡口的熔敷金屬比V形坡口的熔敷金屬約少一半，降低了焊接熱輸入從而控制焊接變形，同時嚴格控制角焊縫高度，最好能一焊成形［8］。4結(jié)論吊機塔身結(jié)構(gòu)的焊接變形控制是一個涉及到各方面的系統(tǒng)工程，需要一套規(guī)范有效的焊接工藝方案配合。對吊機塔身結(jié)構(gòu)采用分部件制作再總裝的工藝方案比較合理，可操作性強，優(yōu)化工藝后制造的塔身尺寸精度大大提升，并可降低生產(chǎn)成本。參考文獻【相關(guān)文獻】1楊金，孫濤.天圓地方型吊機基柱的焊接工藝方案［J］.船海工程,2018,47(3):23-27.2邢艷秋.基于有限元分析的船用起重機吊臂參數(shù)化設(shè)計［J］.艦船科學技術(shù),2017,39(11):180-182.3唐文獻，李亞男漲建，等.增加海上風電安裝船起吊高度的起重機設(shè)計方法研究［J］.船舶工程2013,35(5):44-47.4魏海濱，朱發(fā)新，萬偉，等.船用克令吊筒體焊接裝置設(shè)計［J］.船海工程,2015,44(2):51-53.5蔡鈿，楊新明,