1190E 鉆機鉆塔維修工藝

張永強，馬 波，龐志遠，王占軍，樊文華

（國能集團準能公司設備維修中心，內蒙古鄂爾多斯 010300）

1 原因分析

（1）隨著設備服役年限和產能逐步增加，設備老化加巨。部分結構已經達到疲勞極限，材料的力學性能下降，晶粒組織粗化。操作方法和操作工藝不當而出現各種問題，比如鉆機鉆桿頭部仍在孔洞中，鉆機車輛就開始移動，導致鉆架受到巨大的拉力，從而導致彎曲斷裂導致鉆機鉆塔嚴重變形和損壞。

（2）在北方的寒冷地區低溫環境下，鋼結構容易發生冷脆危害。冬季1190E 鉆機鉆塔更容易發生斷裂。

（3）結構設計不合理。鉆塔頂部承受的拉力非常大，雖然在設計的時候頂部位置增加了許多拉強筋來固定加強頂部的結構，但是長期載荷下頂部結構受力依舊比其他部位要大很多，鉆架損壞情況如圖1 所示。

圖1 鉆塔損壞情況和切割點

2 工藝技術難點

（1）在對鉆機鉆塔塔尖矯正過程中，塔尖設備龐大沉重難以使用設備對其整體進行矯正，難以判斷矯正程度是否符合原本狀態。

（2）鉆機為純進口設備，部件材料化學成分性能不明確，短時間內無法選擇合適的焊接材料、焊接參數、焊接方式等進行焊接。塔尖部位部分加強筋的拆除和重新焊接。

（3）塔尖部位鉆頭小車軌道在維修矯正后與原軌道保持水平，鉆頭小車可以在軌道上平穩正常運行。

3 詳細方案論述

（1）水平儀測量鉆塔支架有哪部分彎曲變形，彎曲變形的程度。

（2）對塔尖支架折斷的部位進行少部分切除。

根據鉆塔的工作原理：檢查鉆塔的損壞情況，測量變形梁的跨度，確定變形梁切割的具體位置。矯正變形梁，組對焊接，確保鉆塔小車順利安裝，移動自如。

（3）變形梁的測量。先測量未變形處的跨度尺寸，1730mm。在測量變形量最大處的跨度尺寸，1830mm。根據測量情況確定變形梁的切割位置。

（4）支穩支平鉆塔開始切割以地面為基準，利用橋吊和千斤頂將鉆塔頂端支平穩，確保變形梁在切割時，二次變形很小在可接受的范圍之內。經測量切割前后的差值為10～15mm，對于15m長的鉆塔這個值可以接受。

（5）矯正變形梁根據梁的變形情況，制作矯正平臺，對梁進行矯正，矯正時先矯正大灣部分，然后逐步矯正直到符合組對標準。嚴格按流程使用千斤頂，保證矯正過程安全。

（6）矯正梁的組對焊接。

①梁的厚度為8mm，打磨梁兩端20mm 露出金屬光澤并磨出V 型坡口。方梁的四面加焊墊板，以便組對質量，焊縫保證焊透。利用橋吊組對，保證兩梁的平行度和跨度距離（跨度距離的偏差控制在0～10mm），確保鉆塔小車在梁上安全有序的移動。

圖2 梁的組對焊接完成情況

②主梁、加強筋的焊接。焊修前要根據母材使用性能，考慮預熱溫度、層間溫度、焊接方式、焊接材料的選擇，以及如何均勻分布焊接應力、焊接缺陷如何控制，焊修質量如何保證，焊接檢驗如何進行等問題。主梁的厚度只有8mm，但該結構材料強度和剛性很好，綜合性能極高，對焊接工藝的要求非常嚴謹。此次的鉆塔焊修也是首次，沒有直接經驗可供參考。就以鉆機背拉桿焊修工藝，作為本次鉆塔維修的參考。本次具體工藝如下：

a.焊接方式：CO2氣體保護焊。接頭為全位置平、立、仰，兩層斷續焊接，焊接速率每分鐘30～40 下。

b. 焊絲：HOBARTTM-771φ1.6 藥芯焊絲。保護氣體為純度99.5%CO2，焊接參數見表1。

表1 焊接參數

c.CO2焊的特點[1]：大都采用細絲，能量密度大，電弧靜特性呈上升特性，隨電流增加，電壓也增加。CO2氣體為多原子氣體，在電弧高溫作用下，CO2氣體快速分解，分解時產生吸熱反應，對電弧具有冷卻作用，并使弧柱收縮，熱量更加容易集中[1]。焊前選擇合理的預熱，焊后進行合理的熱處理是焊修結構件的重要工藝流程。根據結構件的使用環境、化學成分和剛性以及厚度等，選擇加熱方法和加熱溫度。預熱的局域在坡口兩側40～60mm[2]。預熱的目標主要是提高焊縫開始焊的溫度，減慢冷卻速度，使焊縫中的氫充分焊層間逸出，從而降低焊縫的淬硬傾向和氫致裂紋。同時可以降低焊接應力，焊接拘束度，對焊縫的組織沒有明顯的影響[2]。為了防止高溫下組織迅速冷卻而脆化，此次預熱溫度控制在120～140℃之間。焊接設備為Miller Dimension.TM.812 CO2焊絲型號為美國赫伯特TM—771 該焊絲為藥芯焊絲，用于碳鋼半自動焊，立仰焊性好，深坡口內脫渣好，用于船舶修造及鋼結構焊接。

焊接要點：在焊接中，多層多道焊接可以更好地減少焊接應力，提高焊縫韌性，獲得良好的焊接接頭。由于空間的限制，在整個焊接過程中使用兩臺焊機，分別在梁的兩端，兩人同時焊接。形成焊道后，由于材料較薄只用渣錘敲打焊縫。一方面能使焊縫釋放焊接應力，另一方面清理焊道間的熔渣以及熔滴飛濺等。焊縫層間溫度控制在120～150℃。每層焊道要嚴格檢查，查焊縫表面是否存在裂紋、夾渣、氣孔、未熔合、未焊透等焊接缺陷。如有缺陷，應用角磨機及時消除缺陷部分，再重新焊接。焊接完成后應及時進行保溫，用保溫棉布覆蓋焊縫，讓其緩慢冷卻。冷卻至室溫后，采用無損檢測探傷，檢測是否有超出標準的缺陷，保證焊縫質量。用角磨機把焊縫表面余高打磨平滑，使焊接應力分布均勻，降低冷裂傾向。焊后進行消應力退火[3]。退火溫度范圍為550～580℃，不得低于焊前的回火溫度，保溫時間為1/25 板厚，保溫時間0.3～0.5h 后緩慢冷卻至室溫，降低焊接殘余應力，細化晶粒，保證焊縫優良性能[3]。

d.補強筋設計與焊接：先在鉆塔中間部分加蓋長6m，直角邊為70mm 的角鋼，進行分段焊接，L=100mm，E=200mm。在變形斷裂嚴重部分加焊補強板，厚度為8mm，形狀為長方形、三角形，焊接要求內外兩側滿焊。具體尺寸和位置見圖。

e.滑塊軌道的矯正與更換：根據軌道的損壞情況，有的軌道需要矯正，有的需要更換。矯正的利用橋吊和千斤頂進行，位置合適時焊接固定。更換部分依照軌道的尺寸進行材料的選擇，當時沒有完全一樣的材料，原尺寸為寬75mm 立邊厚度為4mm 的進口槽鋼，由于生產任務緊訂購周期太長，選擇寬度為80mm 立邊厚度為5mm 的進口槽鋼。將更換部分切割掉，測量尺寸下料組對，橋吊配合。組對時要保證槽鋼內側立面在一個水平面上，因為滑塊是騎著立面進行移動。

圖3 鉆塔整體完成情況

4 結語

維修后的山特維克1190E 鉆機鉆塔使用已有半年有余，運行情況良好，焊接處沒有出現裂紋，確保完成爆破鉆孔任務。