船用克令吊筒體焊接裝置設(shè)計(jì)

魏海濱，朱發(fā)新，萬(wàn)偉，鄭錫珍，蔡衛(wèi)平，徐宏勛

(1.浙江增洲造船有限公司，浙江 舟山 316052;2.浙江海洋學(xué)院港航學(xué)院，浙江 舟山 316022)

船用克令吊筒體焊接裝置設(shè)計(jì)

魏海濱1，朱發(fā)新2，萬(wàn)偉1，鄭錫珍1，蔡衛(wèi)平1，徐宏勛1

(1.浙江增洲造船有限公司，浙江 舟山 316052;2.浙江海洋學(xué)院港航學(xué)院，浙江 舟山 316022)

為了提高克令吊筒體的焊接質(zhì)量，降低焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，以克令吊筒體的技術(shù)規(guī)范要求為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出新型船用克令吊筒體焊接裝置。實(shí)踐表明，該裝置滿足設(shè)計(jì)要求，可有效提高焊接工作效率。

克令吊筒體;焊接;可行性

目前，大多數(shù)船用克令吊筒體焊接采用手工焊，手工焊具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活方便、能進(jìn)行全位置焊接，且適合焊接多種材料，不足之處是勞動(dòng)強(qiáng)度高、焊接質(zhì)量與生產(chǎn)效率低、焊接材料和電能利用率低［1-2］。為了解決現(xiàn)有克令吊筒體焊接存在的問(wèn)題，提高克令吊筒體的焊接質(zhì)量，降低焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，從克令吊筒體的技術(shù)規(guī)范要求及焊接工藝方面出發(fā)，進(jìn)行船用克令吊筒體焊接裝置的設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

1．1 克令吊筒體技術(shù)規(guī)范要求

筒體材料不得低于《GB/T700-2006碳素結(jié)構(gòu)鋼》中有關(guān)Q235C的規(guī)定。鋼板應(yīng)沿最終下料后的周邊超聲波探傷檢查，每邊檢驗(yàn)寬度不小于50 mm，其質(zhì)量應(yīng)符合《GB/T2970-2004厚鋼板超聲波檢驗(yàn)方法》的規(guī)定:筒體軸向和環(huán)向焊縫應(yīng)采用自動(dòng)焊，焊縫必須退火消除焊接應(yīng)力，不能整體退火時(shí)允許紅外線熱處理，但不得降低材料的力學(xué)性能。

筒體排列必須符合下列規(guī)則:焊縫不得和人孔加強(qiáng)板重合、焊縫必須與人孔門(mén)錯(cuò)開(kāi)，其邊緣距離應(yīng)不小于75 mm、筒體縱焊縫在一周只許間隔180°，相鄰兩節(jié)縱焊縫間隔不小于90°;所有焊縫應(yīng)飽滿和均勻整齊，表面質(zhì)量應(yīng)符合《JC/T532-2007建材機(jī)械鋼焊接件通用技術(shù)條件》中Ⅰ級(jí)的規(guī)定［3］。

筒體內(nèi)部的焊縫應(yīng)磨平，焊縫凸出板面厚度不大于0.5 mm，焊縫磨平工序應(yīng)在焊縫退火之前進(jìn)行。筒體上的焊縫均要進(jìn)行超聲波探傷檢查，質(zhì)量應(yīng)符合《GB11345-2012鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》的ⅡB級(jí)。對(duì)可能部位必須用射線探傷檢查，其質(zhì)量應(yīng)符合《GB/ T3323-2005金屬熔化焊焊接接頭射線照相》中的Ⅲ級(jí)為合格［4-7］。

1．2 克令吊筒體焊接工藝特點(diǎn)

1)克令吊筒體結(jié)構(gòu)重量大、尺寸大。

2)結(jié)構(gòu)件所采用的鋼板厚度不同，在進(jìn)行不同板厚之間焊接時(shí)容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。

3)筒體待焊區(qū)域的焊接類(lèi)型包括縱焊縫和環(huán)焊縫，在焊接過(guò)程中采取必要措施以避免產(chǎn)生焊接變形。

4)焊縫形式為對(duì)接焊縫，相對(duì)于角焊縫而言容易焊接，在板厚不太大的情況下焊接變形不易產(chǎn)生;因此可確保筒體焊接結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量。

2 設(shè)計(jì)考慮因素

結(jié)合現(xiàn)有克令吊筒體焊接方法、裝置情況及船廠實(shí)際情況，并考慮到克令吊筒體的技術(shù)規(guī)范要求及焊接工藝性，設(shè)計(jì)新型的船用克令吊筒體焊接裝置，見(jiàn)圖1。

2．1 船用克令吊筒體焊接裝置原理

船用克令吊筒體焊接裝置由自動(dòng)埋弧焊機(jī)2、龍門(mén)架3、筒體支撐架6、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、電焊槍9等組成，其工作原理如下。

龍門(mén)架3采用加強(qiáng)肋或加強(qiáng)筋11保證其強(qiáng)度剛度，自動(dòng)埋弧焊機(jī)2在龍門(mén)架3上固定不動(dòng)，自動(dòng)埋弧焊機(jī)2上的電焊槍9調(diào)整到適宜位置再固定，該位置與筒體鋼板接縫12(縱向接縫或周向接縫)接近。通電后電動(dòng)機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)支撐架6上的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)摩擦力使筒體4勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著筒體的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，焊劑不斷鋪施在筒體的鋼板接縫12上，使兩塊待焊的鋼板連接成克令吊筒體。

圖1 克令吊筒體焊接裝置結(jié)構(gòu)

因此在焊接時(shí)，電焊槍9不用移動(dòng)，而被焊接物即克令吊筒體4自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而降低了焊接操作技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度;同時(shí)又提高了船用克令吊筒體焊接的質(zhì)量與生產(chǎn)效率，節(jié)省焊接材料和電能。

根據(jù)筒體4的直徑大小，采用不同厚度和數(shù)量的調(diào)整墊塊5，達(dá)到自動(dòng)埋弧焊機(jī)的電焊槍9與筒體鋼板接縫12的距離適當(dāng)，保證焊接的質(zhì)量。

安全措施采用人性化設(shè)計(jì)，在龍門(mén)架3的頂部四周設(shè)置保護(hù)操作人員安全的護(hù)欄1，扶梯13，方便操作人員上下，以便檢查焊接質(zhì)量或排除故障。

2．2 船用克令吊筒體焊接裝置組成部件

1)直流自動(dòng)埋弧焊機(jī)。自動(dòng)埋弧焊機(jī)在焊接性能和工作效率方面具有較大優(yōu)勢(shì)，是鋼結(jié)構(gòu)制作過(guò)程中必不可少的生產(chǎn)設(shè)備。自動(dòng)埋弧焊機(jī)電源有交流、直流之分。直流電源有磁放大器式、晶閘管式和逆變式3種。由于晶閘管式體積適中、效率高、運(yùn)行可靠且價(jià)格低廉，所以被廣泛采用，且直流電源電弧穩(wěn)定，采用反極性聯(lián)接，熔深較大，成型美觀。所以本裝置采用直流自動(dòng)埋弧焊機(jī)。

直流自動(dòng)埋弧焊機(jī)正常工作時(shí)，焊接電流、焊接電壓及焊車(chē)行走速度各參數(shù)間互相影響，操作或修理人員必須熟悉該設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理及各參數(shù)間的相互關(guān)系，才能快速找出故障點(diǎn)，排除故障，恢復(fù)其正常的工作狀態(tài)。

2)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。如圖2所示，克令吊筒體焊接裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括有設(shè)置在支撐架6兩邊的2個(gè)輥輪組。輥輪組1有2個(gè)輥輪2、8和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸12，轉(zhuǎn)動(dòng)軸12通過(guò)傳動(dòng)鏈11與輥輪2、8傳動(dòng)連接，每個(gè)輥輪都設(shè)置有中心軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸12通過(guò)傳動(dòng)鏈11與輥輪2、8中心軸相聯(lián)接。

同樣地，輥輪組9有2個(gè)輥輪7、10和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸4，轉(zhuǎn)動(dòng)軸4通過(guò)傳動(dòng)鏈3與輥輪7、10傳動(dòng)連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸4的另一端通過(guò)傳動(dòng)鏈3與電機(jī)輸出軸相聯(lián)接，每個(gè)輥輪都設(shè)置有中心軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸4通過(guò)傳動(dòng)鏈3與輥輪7、10中心軸相聯(lián)接。

圖2 筒體轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成

2．3 船用克令吊筒體超聲波檢測(cè)

船用克令吊筒體超聲波檢測(cè)是很重要的一項(xiàng)工藝。由于克令吊在吊運(yùn)貨物的過(guò)程中，受交變載荷的作用，根據(jù)德國(guó)勞氏船級(jí)社的建造規(guī)范的第B卷第3篇第1節(jié)的要求，即筒體焊縫質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)，要求用100%超聲波進(jìn)行檢測(cè)。

另外筒體厚度較大，焊接層數(shù)達(dá)十幾層，焊接時(shí)，首先采用手工C02焊接筒體內(nèi)側(cè)焊縫，然后外側(cè)清根后用超聲波直射法檢測(cè)合格后，再焊接筒體外側(cè)焊縫。最后用埋弧自動(dòng)焊蓋面。為了控制焊接質(zhì)量，減少焊接返工的比例，特制作超聲波檢測(cè)工藝卡，指導(dǎo)探傷檢測(cè)人員的檢測(cè)活動(dòng)。

船用克令吊筒體內(nèi)側(cè)焊縫檢測(cè)合格后，在對(duì)筒體外側(cè)焊縫檢測(cè)時(shí)，內(nèi)部的裂紋和夾渣符合規(guī)范要求。焊接時(shí)，應(yīng)特別注意焊接收縮變形和收縮應(yīng)力的情況，避免應(yīng)力過(guò)大引起筒體焊接裂紋。

2．4 筒體內(nèi)撐裝置

為保證筒體的焊接質(zhì)量，可以設(shè)計(jì)一種筒體內(nèi)撐裝置。此裝置在筒體內(nèi)部由單件模塊組合成整體來(lái)使用，保證筒體的固定狀態(tài)，保證了焊接準(zhǔn)備條件，可完成筒體最后一道焊縫的單面焊雙面成形工作。焊接結(jié)束后，對(duì)模塊軸向稍用力，便可拆卸。這種裝置采用鋁質(zhì)材料(也可與筒體材料相同)，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重最輕、安裝拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)。此工裝的使用既提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，又保證了焊縫質(zhì)量。

3 可行性分析

3．1 結(jié)構(gòu)可行性

1)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，所用的設(shè)備如直流自動(dòng)埋弧焊機(jī)、龍門(mén)架、筒體支撐架、電動(dòng)機(jī)都是公司現(xiàn)有的，無(wú)需購(gòu)買(mǎi)。

2)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度已經(jīng)通過(guò)校核，通過(guò)加強(qiáng)肋或加強(qiáng)筋強(qiáng)化龍門(mén)架，可以滿足正常使用要求。

3)通過(guò)人性化設(shè)計(jì)保障結(jié)構(gòu)的安全性，龍門(mén)架頂部四周設(shè)有護(hù)欄，保障操作人員和設(shè)備安全。

4)設(shè)計(jì)的克令吊筒體焊接裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。該裝置設(shè)有扶梯，方便人員上下，以便檢查焊接質(zhì)量和檢修設(shè)備。支撐架下面的調(diào)整墊塊可以根據(jù)筒體直徑大小來(lái)調(diào)整筒體與電焊槍的位置，適應(yīng)各種型號(hào)筒體的焊接。

3．2 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)可行性

在解決技術(shù)問(wèn)題時(shí)，本裝置采用的是筒體自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)焊接技術(shù)，技術(shù)方案為:應(yīng)用本焊接裝置，通過(guò)自動(dòng)埋弧焊機(jī)、龍門(mén)架、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供一種操作方便、焊接勞動(dòng)強(qiáng)度低，主要是能使克令吊筒體自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，以便得到更快的焊接速度和更好的焊接效果。自動(dòng)焊接裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)了使用年限，減少作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，能在降低焊接操作技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，提高船用克令吊筒體焊接的質(zhì)量與生產(chǎn)效率，節(jié)省焊接材料和電能，降低作業(yè)成本，符合經(jīng)濟(jì)性要求。

3．3 操作可行性

本裝置操作簡(jiǎn)單。首先，在筒體支撐架上放好待焊筒體，登上龍門(mén)架，根據(jù)筒體直徑大小，調(diào)整好電焊槍與筒體待焊鋼板接縫位置;然后，再根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)調(diào)整支撐架下面的調(diào)整墊塊，使焊縫達(dá)到距離焊槍更匹配的位置;最后，啟動(dòng)自動(dòng)埋弧焊機(jī)，然后通過(guò)筒體下面轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)與之連接的兩個(gè)輥輪，帶動(dòng)克令吊筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到持續(xù)均勻焊接，保證焊接質(zhì)量。

4 生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果

船用克令吊筒體焊接裝置已經(jīng)成功運(yùn)用于公司建造的各型散貨船(75 300 DWT、64 000 DWT、57 000 DWT、45 000 DWT等)、遠(yuǎn)洋拖船(5 000 kW)以及漁船(5 600 m3超低溫冷藏運(yùn)輸船、47 m金槍魚(yú)釣船、76 m魷魚(yú)釣船兼秋刀魚(yú)船)等船舶的克令吊筒體焊接生產(chǎn)。實(shí)踐表明，運(yùn)用該裝置后，克令吊筒體焊接生產(chǎn)效率提高1倍以上，節(jié)省工時(shí)超過(guò)60%。

［1］蔡衛(wèi)華，李劍，徐宏勛，等.一種船用克令吊筒體的焊接裝置，中國(guó):201120274869.7［P］.2012-03-28.

［2］伍平平.一種船體克令吊筒體板埋弧自動(dòng)焊焊接平臺(tái):中國(guó)，201020575529.0［P］.2011-08-17.

［3］孫雪榮，許彬.克令吊基座的局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］.船舶，2006(6):21-26.

［4］趙潔，徐得志，涂永彬.高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼EH36超厚板焊接工藝研究［J］.船海工程，2014，43(3): 44-47.

［5］蔣翔，周海波.舭龍骨墊板對(duì)接焊工藝的改進(jìn)［J］.船海工程，2013，42(3):79-80，98.

［6］喬慧坡，茅云生.板單元焊接變形輥式矯平方案研究［J］.船海工程，2012，41(2):63-66.

［7］DONALD J.BUTLER，DAVID G.BRASHER.Explosion welding high temperature and wear resistant metal liners into 25mm gun barrels［J］.Materials and Manufacturing Processes，2012，27(8):888-891.

Design of the Welding Device of the Marine Crane Shell

WEI Hai-bin1，ZHU Fa-xin2，WAN Wei1，ZHENG Xi-zhen1，CAI Wei-ping1，XU Hong-xun1
(1.Zhejiang Zengzhou Shipbuilding Co.，Ltd，Zhoushan Zhejiang 316052，China; 2.School of Shipping and Ports Architecture，Zhejiang Ocean University，Zhoushan Zhejiang 316022，China)

In order to improve welding quality of the shell for marine crane，reduce intensity of labour for the welders，a new type welding device of the marine crane shell was designed on the basis of the technical specification requirements in the crane shell.The practical results indicated that the device can meet the design requirements and increase the efficiency of welding.

crane shell;welding;feasibility analyses.

U671.81

A

1671-7953(2015)02-0051-03

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.02.013

2014-10-22

修回日期:2014-11-18

浙江省重大科技專(zhuān)項(xiàng)(2013C03033);舟山市科技局項(xiàng)目(2013C11015)

魏海濱(1981-)，男，學(xué)士，工程師

研究方向:船體設(shè)計(jì)

E-mail:609200146@qq.com