1 300/160 t水電橋式起重機卷筒的焊接

董志宏

（太原重工起重機分公司，山西 太原030024）

三峽集團金沙江烏東德水電站左、右兩岸電站主廠房內所使用的起重機就是由太原重工起重機分公司設計和生產的1 300/160 t型號起重機，該起重機單鉤的最大承重量是1 300 t，可以負擔起對于850 MW的地下混流式水輪發電機組安裝與運行維護。本公司所制造的橋式起重機在國際中被評定為單鉤起重量最大的機器，在烏東德水電站中是非常關鍵的一部分，其對于能否按照計劃進行投產發電起著重要的作用，所以對于該起重機的質量把控有著極其重要的意義。而卷筒焊接質量的控制能有力地保證2 300 t轉子的安全起吊，保證聯合橋梁安全平穩運行。

1 材質及相關要求

1 300/160 t水電橋式起重機卷筒所采用的焊接卷筒鋼板材料的力學性能不應低于GB/T 700—2006表2中規定的Q235B和GB/T 1591—2008表6中規定的Q345B，也可以采用力學性能和焊接性能均不低于上述材質的其他材料。下料前，為了保證鋼板的力學性能和化學成分滿足所規定的標準，除了要對鋼板進行一系列對應的超聲波檢驗以外，還需要對其表面進行拋丸、除銹等操作，這樣就可以把表面的氧化渣、鐵銹等其他雜質進行完全清理。卷筒體在壓制或卷制前，需要打磨周圍的棱角，有時需要進行提前退火處理。卷筒螺旋繩槽的槽底半徑r是根據鋼絲繩直徑d的0.53～0.6倍確定的，其槽形分為標準槽形和加深槽形2種，本卷筒選用標準槽形。

結合1 300/160 t水電橋式起重機卷筒體的設計技術要求及尺寸特點，該卷筒體選擇鋼板分段整體卷制成型，其制造主要工藝流程如下：鋼板拋丸—超聲波探傷—下料—刨邊—彎曲—縱縫焊接—縱縫檢驗—環縫坡口加工—環縫焊接—環縫檢驗—焊后處理。

2 落料

制造產品用的各種鋼材的材質、力學性能、規格必須符合圖樣和工藝要求。若不符合要求，在使用之前必須經過正式的代用手續批準。各種鋼材須有材質質量證書原件，或蓋有銷售單位公章的材質質量證書復印件，經檢查人員驗收合格后方可入庫。落料前對鋼板進行表面拋丸預處理和超聲波探傷檢驗，分別達到Sa2 1/2級和GB/T 2970中的Ⅰ級要求。

鋼板下料時軋制方向必須與卷筒體的展開方向相同，根據圖紙要求和成型的類型來決定毛坯尺寸的大小。如果把卷筒體按照整體卷制時，對于卷筒體的整個展開長度的計算要把理論延伸量先去掉，并且也不用留下壓頭的剩余量。

卷筒軸落料：焊接卷筒短軸材料的力學性能不應低于GB/T 699—1999表3中規定的正火狀態下硬度140～180 HBW的35鋼，也可以采用力學性能和焊接性能均不低于上述材質的其他材料。短軸材料應進行化學成分檢驗、硬度檢驗和超聲波無損探傷檢驗，無損探傷檢驗質量等級要達到JB/T 5000.15—2007表7中的Ⅲ級[1]。

3 焊接過程

焊接筒體的技術要求應符合JB/T 5000.3的規定。根據鋼板規格或制造工藝的需要，筒體允許環向對接（焊縫）和縱向對接（焊縫）同時存在。接長的筒體在環向對接焊縫處的兩相鄰縱向對接焊縫應符合以下規定。

3.1 卷筒體裝配對接要求

筒體縱縫的對口錯邊量b應符合b≤6%δ，且不大于2 mm。筒體縱縫處形成的棱角E，用弦長等于300 mm的樣板檢查，應符合E≤0.1δ+2，且不大于5 mm。筒體同一截面最大直徑與最小直徑之差e應符合e≤0.5%D。筒體環縫的對口錯邊量應符合b≤6%δ，且不大于2 mm。筒體環縫處形成的棱角E應符合E≤0.1δ+2，且不大于5 mm。鋼板卷制成型的焊接筒體，其對接環縫處兩相鄰縱縫錯開180°。

3.2 焊前準備

清理：清理焊接范圍內的油污、銹、氧化皮等雜質，為了保證焊接的成功率，需要先把焊接區域表面存在的雜質等污物進行清理，比如，要在離焊縫邊緣20 mm范圍內的區域對鐵表面存在的鐵銹氧化物、油污和油漆等雜質進行清理。如果是在天氣極其不好的情況下，比如下雪天和下雨天，若不對焊接環境和焊接物采取保護措施，那么就要中斷焊接行為。

預熱：正常環境溫度下，一些低碳鋼的焊接件不需要通過預熱行為就可以直接進行焊接，但是如果出現環境溫度在0℃以下的條件下，就要對焊接件按照工藝不同，采取不同的預熱和換熱方式。并且如果發現焊接件厚度較大影響焊接，那么也需要進行一定程度的預熱。

低合金結構剛的焊接件有多種預熱溫度的條件要求，根據含碳量、焊接件厚度、焊接接頭有何種的拘束度以及不同焊接材料所需要環境溫度的不同，來確定對于焊接件的預熱溫度，表1給出了最常用的焊接件最佳的預熱溫度。

如果選用的焊接件是非低氫焊接材料，就要降低臨界板的厚度或加大預熱溫度。雖然有一定的推薦溫度，但是具體情況具體分析，對構件選用什么樣的預熱溫度還是需要有經驗的技術人員來確定。如果共同使用多種不同材質的焊接件，那么溫度一定要按照焊接性最差的焊接件來選用。如果有同種材質但是不一樣厚度的焊接件一同使用，那么溫度應該是由最厚的地方來決定。預熱區域為焊縫每側距離焊縫中心不小于2倍板厚，且不小于75 mm。如果有一些不經常使用的焊接件材料或者是結構很特殊的焊接材料，那么它們的預熱溫度和層間溫度就要按照規定的工藝來進行。根據參數表1選擇相應的預熱溫度，如果有特別要求的工藝圖紙，那么就按照圖紙執行。

表1 預熱溫度參數表[2]

焊工應經過專門培訓，合格后才能擔任焊接工作。同時，縱向焊縫裝點引弧板和收弧板。

3.3 焊接過程

筒體內側使用混合氣體保護焊，焊材型號為ER50-6，焊絲直徑為1.2 mm，保護氣體成分為80%Ar+20%CO2，筒體外側使用埋弧自動焊，焊材型號為H08MnA，焊絲直徑為4 mm，焊劑為HJ431，焊縫應進行外觀檢驗，不應有弧坑、飛濺、熔渣、咬邊、表面裂紋等影響性能和外觀質量的缺陷。短軸與端板（含筋板和錐筋板）焊接時應根據其材料的焊接性能，必要時采取焊前預熱和焊后緩冷的工藝措施。短軸與端板（含筋板和錐筋板）焊接時應根據其材料的焊接性能，必要時采取焊前預熱和焊后緩冷的工藝措施。

3.3.1 縱縫焊接

縱縫坡口采用非對稱型X形坡口，對接后采用混合氣體保護焊80%Ar+20%CO2焊接，一個優秀的焊工不只要有產品相對應的焊接資格證書，在整個過程中更應該按照相應的安全規程來進行焊接。

3.3.2 環縫焊接

所有的焊接方法，預熱和縱縫的焊接要求都是一樣的，所以卷銅體環縫的焊接要求也是一樣的。由于卷筒體是由鋼板卷制成型的，所以對接環縫的兩相鄰縱縫應該錯開180°。卷筒體環縫的錯邊量b應滿足b≤6%δ，且b≤3 mm。采用埋弧自動焊及混合氣體保護焊80%Ar+20%CO2焊接，焊工應當具備相關產品的焊接資質證書，焊接過程嚴格按照相應安全規程執行。制造與筒體內徑相同的樣板，樣板長300 mm，用來檢查壓頭后的彎曲半徑，其間隙差控制在0.5～1 mm之間，并控制對角線差值小于2 mm。

焊接參數如表2所示。

表2 焊接參數

3.3.3 焊接裝配定位焊

裝配時用于焊接零件所必須的點焊縫（定位焊），是構成正式焊縫的一部分，應按下列要求執行：①裝配電焊和正式焊接使用的焊接材料都是相同的，如果工藝規程允許，可采用具有相同功能的不同材料。②如果正式焊縫焊接需要預熱，那么裝配定位焊也需要預熱，不僅如此，配定位焊還要比正式焊縫焊接溫度要高30℃以上。當結構剛度較大或環境溫度較低時，還應采取保溫緩冷措施。③定位焊焊縫的長度和焊角大小應由工藝人員根據焊接結構件的具體情況確定。一般情況下定位焊的最小長度為50 mm；當材料的厚度小于12 mm時，定位焊的最小長度為板厚的4倍；當材料的厚度大于等于50 mm或使用強度級別為Q460以上的材料時，工藝必須適當增加定位焊的焊縫尺寸和長度。定位焊焊縫長度及間距如表3所示。④每個零件的厚板定位點焊縫都采取的是多層的焊接工藝，層與層之間都需要保持5～10 mm的距離。焊縫施焊前必須打磨點焊縫（定位焊）的起弧、收弧處，以保證焊縫質量。定位焊焊縫的弧坑必須填滿，出現裂紋的定位焊縫必須清理后重新進行施縫。⑤重要結構件和主要件的定位焊縫可要求焊工進行裝配定位焊接。擔任定位焊的裝配人員必須經相應的焊工考試，合格后方可上崗。禁止在工件上的非焊接區任意打弧。

表3 定位焊焊縫長度及間距

3.3.4 焊縫返修

碳弧氣刨是一種清理焊縫根部或焊接缺陷的工藝方法，它具有簡單、易操作的特點，但氣刨后容易在焊縫中殘留氣刨殘渣或形成夾碳物，因此刨后應對刨槽進行修磨，使焊縫表面露出金屬光澤后再進行焊接。碳弧氣刨清根或返修焊縫時須按焊接時的預熱溫度進行預熱。碳弧氣刨采用直流電源極性反接法，壓縮空氣壓力為0.4～0.6 MPa，且空氣中水分不得過大；一般電弧長度為1～3 mm，過長電弧不穩，過短則易“夾碳”等缺陷；碳棒伸出長度為80～100 mm，當燒損至20～30 mm時，應進行調整[3]。

3.4 探傷檢驗

縱縫外觀質量檢驗合格后，進行探傷檢驗，探傷的比例應不小于20%，包括筒體兩端各160 mm，探傷的級別為GB 3323的Ⅱ級或GB/T 11345的Ⅰ級，或按圖紙要求進行探傷檢驗。環縫100%探傷，探傷的級別為GB 3323的Ⅱ級或GB/T 11345的Ⅰ級驗收，或按圖紙要求進行探傷檢驗[4]。

3.5 卷筒熱處理

對卷筒體的縱向與環向接焊縫進行檢驗合格以后，再將相關法蘭及軸后組裝完畢，所有完成以后要進行整體的退火熱處理，釋放卷筒的焊接應力，這樣就可以對卷筒體的性能進行改善，也可以保證卷筒加工尺寸的精度。

3.6 卷筒加工后處理

需配合的部位應涂抗腐蝕的防銹油，其余應涂防銹漆，在貯存過程中，不應與酸、堿性等腐蝕性物質接觸，防止被水侵蝕和在陽光下長期暴曬。

4 結語

卷筒是1 300/160 t水電橋式起重機的重要部件，通過對卷筒體的多方面分析，確定了非常完善的焊接工藝操作重點，確保了卷筒的可靠性和安全性，對于產品質量的提升有著非常重要的影響和意義。