大型起重機主梁改造質量控制

竇 瑋，申本超

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

鋼結構是大型起重機的重要組成部分，鋼結構的質量是影響起重機整體質量的重要因素之一。大型起重機的主梁在使用過程中需要根據用戶的需求進行改造。如何合理選擇焊接方法、焊接參數、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大型起重機主梁的改造為例，探討如何選用合理的焊接方法、焊接參數、坡口形式、探傷方式，以及如何有效控制焊接變形，并提出了相關的控制質量方法。

1 大型起重機主梁結構

太原重工股份有限公司為某鋼廠制造的大型起重機為四梁四軌雙小車形式，最大起重量為320 t，工作級別為A7，橋架結構如圖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標準，最大上拱值控制在L/10范圍內，其截面尺寸為2 300 mm×3 028 mm，主梁截面圖如圖2所示。

圖1 大型起重機橋架結構

圖2 主梁截面圖

該大型起重機已使用多年，鋼廠要求對起重機主梁進行調整，我們根據業主的需求對起重機主梁進行了改造。但在改造過程中個別數據難以掌控，上拱控制難度大，應制定相應的裝焊工藝指導生產，并為以后的主梁改造積累相關經驗。

主梁主要受力部件使用焊接性能、力學性能優良的低合金高強度結構鋼Q355-B，其化學成分如表1所示,力學性能如表2所示。

表1 Q355-B化學成分(質量分數) %

表2 Q355-B力學性能

為了評估鋼的焊接性能，通常引入碳當量(CE)概念，即當CE<0.4%時，鋼板的淬硬傾向較小，焊接性能優良，焊接時無需預熱；當CE=0.4%～0.6%時，鋼板的淬硬傾向較大，焊接性能變差，焊接時應采取預熱等措施。因此，Q355-B鋼板隨著碳當量(CE)及厚度的提高，焊接前需做預熱[1]。

2 大型起重機主梁的改造

2.1 方案制定

根據設計圖紙及部件明細，明確主梁改造的范圍，確定主梁具體在哪個開檔截斷，同時，保證新的蓋板、腹板、T型鋼的對接位置要與原蓋板、腹板、T型鋼對接位置的距離控制在標準要求的范圍內。要求選擇合理的坡口形式、焊接參數、焊接方法，控制好上拱、旁彎、波浪、垂直度等。

2.2 改造內容

檢查主梁的外觀質量、腐蝕情況，確認機器孔蓋、門、內部隔熱的完好情況，拆除主梁軌道，并將拆除的軌道壓板打砂，拆除機器孔蓋、門并保護好，避免損壞。檢測主梁的上拱值、垂直度、水平度、旁彎值等并記錄。

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

圖3 主梁斷開位置及坡口形式

對截斷開檔處的隔熱、內走道根據實際操作空間靈活去留，其余隔熱層、內走道不拆除，注意防護。預制上拱值，按上拱曲線支墊找正斷開的主梁兩部分，點焊加固。T型鋼對接處預熱至60 ℃左右。采用富氬混合氣體保護焊及埋弧焊焊接對接焊縫，檢測主梁的上拱值、垂直度、水平度、旁彎值等并記錄，按圖紙位置要求裝焊相應的角鋼、槽鋼。

2.3 焊接

2.3.1 坡口形式及焊接方法

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

圖4 坡口形式及焊接過程

2.3.2 焊接材料

為保證熔敷金屬的塑性、韌性和強度等力學性能與母材匹配，結合Q355-B的力學性能使用埋弧焊和富氬混合氣體保護焊進行焊接 ，埋弧焊焊絲使用H08MnA，焊劑牌號為HJ431，富氬混合氣體保護焊使用實芯焊絲ER50-6。熔敷金屬的力學性能如表3所示，焊絲的化學成分如表4所示。

表3 熔敷金屬的力學性能

表4 焊絲的化學成分(質量分數) %

2.3.3 焊接參數

富氬混合氣體保護焊與CO2氣體保護焊相比，焊接時飛濺和煙霧較小，焊件表面質量成形好，可提高力學性能。埋弧焊的焊接接頭具有優良的力學性能，焊縫化學成分穩定，成形美觀。針對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

為保證鋼結構件焊縫的成形質量，在焊后應對焊縫進行無損檢測。腹板、蓋板的對接焊縫需進行超聲波探傷(UT)、射線探傷(RT)，角焊縫進行磁粉探傷(MT)，對應的標準為JB/T 10559Ⅰ級、GB/T 3323Ⅱ級、GB/T 26952Ⅰ級。如果焊縫無損檢測不合格，必須按照返修工藝進行返修處理。

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主梁的結構制造要求。因此，焊接變形的控制是主梁改造的重要工藝攻關問題。

2.4.1 上拱

主梁的跨度L=26.5 m，標準要求上拱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[2]。經計算ΔF=23.85 mm～37.1 mm，而實測主梁的上拱ΔF′=38.5 mm，主梁上拱較大，可在主梁左、右下角適當位置支撐墊鐵，利用主梁自重引起部分下撓，同時，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再次引起部分下撓，從而達到降低上拱的目的，如圖5所示。經過上述火焰糾正，實測主梁的上拱ΔF′=35.4 mm，符合標準要求。

圖5 火焰糾正上拱

2.4.2 旁彎

主梁的主腹板厚度h=12 mm，標準要求當h<12 mm時，旁彎g≤6 mm；當h≥12 mm時，旁彎g≤h/2(≤6 mm)。實測主梁旁彎g=7.1 mm，不符合標準要求。此時應綜合考慮主梁的自重、跨距、截面尺寸和剛性，適當調整墊鐵支墊位置，在旁彎超差的大筋板處采用中性焰進行中溫糾正。此時，加熱溫度在相變溫度以下，金屬組織未發生相變，機械性能未發生大的變化，糾正旁彎效果好。同時應避免主梁形成S形旁彎甚至扭曲變形，這將使主梁火焰糾正難度加大。經過上述火焰糾正，實測主梁旁彎符合標準要求。

2.4.3 波浪

主梁的主腹板厚度h=12 mm，標準要求主梁腹板的平面度應以1 m水平尺檢驗，在距離上蓋板H/3(H為腹板高度，H/3為主梁受壓區)范圍內不大于0.7h(≤8.4 mm)，腹板其余區域不大于1.2h(≤14.4 mm)。實測主梁主腹板某局部平面度在距離上蓋板H/3處為9.1 mm，不符合標準要求。對于主梁的局部波浪變形，應同時使用點狀加熱法和手錘機械糾正，加熱點狀直徑為45 mm左右，火焰烤嘴以波峰為起點螺旋移動，采用中溫糾正，同時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]。火焰烤嘴移動軌跡如圖6所示。經過上述火焰糾正，實測主梁腹板的平面度符合標準要求。

圖6 火焰烤嘴移動軌跡

3 結語

影響起重機主梁改造質量的因素很多，應當選用合理的焊接方法、焊接參數、坡口形式、探傷方式，以及有效控制焊接變形的方法，達到在主梁改造過程中控制質量的目的。