機械制造結構節點深熔焊的焊接應用與起重機鋼結構節點焊接要求的對比

謝驊 唐山重型裝備集團有限責任公司

機械制造技術中的關鍵技術就是焊接技術，隨著經濟的發展以及焊接工藝技術的不斷成熟，造船工業中焊接工藝的數量在不斷地增加，同時也實現了一定的機械化和自動化，當然這些與焊接新材料的應用有著重要關系。當前機械制造關鍵節點的角焊縫多采用的是深熔焊，但是在某些行業中關鍵的結構節點則采用的是全焊透，本文主要就機械制造結構節點深熔焊的焊接應用與起重機鋼結構節點焊接要求的比較分析如下：

1.在中垂以及中供極限強度條件下，船體舯剖面結構節點焊接分析

在船舶制造中使用連續變截面板,可以在實現減重的同時保證船舶的高強度。激光焊接技術是進行變截面板連接的有效手段,對連續變截面板的激光焊接要求熔深隨材料厚度的變化而適應性變化。但連續變截面板的激光焊接過程極易受到焦點、焊接位置,保護氣體波動以及材料本身厚度變化的影響對熔透性造成影響。因此,對連續變截面板激光焊接過程進行在線監測與實時控制成為保證焊縫熔透性的關鍵。在力學分析中，船體可以看做是一個變截面的空心梁，許多學者對創痛梁上的彎曲正應力分布情況進行了研究，并且得出了一致的結論，那就是應力最大的位置主要是船體的船底以及甲板面位置，因此在船體焊接中這兩個位置的焊接要求較高。本次研究中以76000DWT散貨船船體的舯剖面結構為例進行說明，該船體中的船底、甲板面、艙壁以及弦側采用的是縱骨架式，材料采用的是AH32，厚度約15―20mm。

在中拱條件下，船體的底部受到所有縱向壓力的作用，并且形成了一種特殊的節點連接形式，在這種特殊的連接形式下，節點1與節點2位置處對應的壓應力是最大的，具體的可見圖1，其中在節點1位置采用的旁桁材有一開坡口，而這一開坡口適是以50°削斜留根t/3的形式完成的，內底板與斜頂板之間形成了自然的坡口，在焊接過程中對于焊接板材的反面沒有進行碳刨去根處理，直接通過雙面焊接就可完成，這樣就形成了深熔焊角焊縫，這種焊接方式可以保證機械制造的正常航行需要，但是根據修船人員的描述，通常內底板、斜頂板以及旁桁板之間形成的角焊縫在一定范圍內存在著應力集中現象，由于應力集中的出現，該區域內容易出現裂紋，所以這部分的焊縫就需要滿足全熔透焊縫要求，所以節點1位置在焊接過程中需要進行碳刨去根處理。節點2位置處在焊接過程中采用的而是雙面焊接，不需要進行碳刨去根處理，聽過深熔焊就可以滿足要求。

2.起重機箱型結構焊接分析

本次研究中以德國設計生產的600噸龍門起重機為例進行分析，該起重機主梁采用的是雙箱式結構，箱梁截面高度為10.075m，下部翼緣板寬度為2.14m，上部翼緣板寬度為4.3m，主梁的底部標高為76m，行車規矩為185m，剛性腿采用的是變截面箱式結構。

該龍門吊車的主梁結構以及剛性腿部是一個整體的箱形結構，在設計過程綜合了經濟因素、技術因素以及材料因素等，也就是設計的主梁、剛性腿截面以及腹板厚度均是根據受力變形設置成變截面。通過對該龍門吊車起重運行狀況進行分析，最大彎矩負荷位置為主梁的中間段，此外，剛性腿還存在有動荷載作用，具體的表現在剛性腿運行、剛性腿起吊階段，這些都會對箱型結構連接位置處的角焊縫有著重大影響。根據常規的設計經驗在設計過程中應該采用的是全熔透焊縫，但是本次研究中的箱形起重機的設計與上述船體結構節點的設計有著較大的相似之處，焊接縫采用了深熔焊，圖2所示為龍門起重機梯形主梁主視圖、俯視圖、橫截面以及相關焊接節點示意圖，圖中所示的節點Ⅰ和節點Ⅱ就采用的是與船體關鍵節點類似的焊接方法。在這兩個節點位置，通過厚度1/3t以及2/3t削斜開雙向坡口，并且留根2mm，這部分用于承受壓應力，對于腹板的下端，不需要開設坡口，在使用雙面焊接過程中也不用進行碳刨去根處理，全部采用的是深熔焊角焊縫。此外，在剛性腿箱型結構的四面連接角焊縫過程中，同樣的不需要開設坡口，可直接進行雙面焊接，此時形成的焊縫為貼腳焊焊縫。當然這些設計均是根據結構的受力特點進行分析的。

3.結語

大型起重機的箱型梁、剛性腿均屬于結構中的關鍵位置，而船體的舯剖面同樣的屬于船體中的重要位置，在本次研究中分析了機械制造結構節點深熔焊的焊接應用與起重機鋼結構節點焊接要求，結果顯示深熔焊的焊接在船體的焊接以及大型起重機箱梁、剛性腿等方面均有重要的應用，這種焊接方式結合了結構的受力特點，根據受力特點完成焊接，這樣不僅有利于提高結構設計的經濟性，同時還能達到節約材料的目的，在實際應用中可結合受力特點進行分析應用。