大型龍門起重機箱型梁變形控制措施

1、<p>　　大型龍門起重機箱型梁變形控制措施</p><p><b>　　1概述 </b></p><p>　　大型龍門起重機主梁為鋼箱形梁,并采用全焊板系結(jié)構(gòu),即將鋼箱梁劃分成若干類縱橫加勁的板單元構(gòu)件在工廠預(yù)制,然后分段組裝焊接成箱梁,現(xiàn)場總裝合攏場地逐段吊裝上胎架焊接成整體,因此鋼箱型梁的幾何精度要求極高,而幾何精度取決于焊接收縮變形的控制。 <

2、/p><p><b>　　2主梁結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　我公司承接海洋石油工程(青島)有限公司船塢上方800T×185M龍門起重機制作和安裝工作,主梁為雙梁結(jié)構(gòu),主梁跨度為185m。①主梁采用梯形雙梁結(jié)構(gòu),梁高:12000mm,上翼緣板寬11960mm,上翼緣寬度4660mm,下翼緣板寬3000mm,為了利于減輕自重,翼緣板及腹板在長度和高度方向上采

3、用不同厚度的鋼板。主梁由36段標(biāo)準(zhǔn)段組成。②主梁主要用材料為Q345C的鋼板制造。 </p><p><b>　　3變形因素 </b></p><p>　　3.1焊接方法。鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接通常采用手工弧焊、CO2氣體保護焊、埋弧自動焊等焊接方法(包括針對不同焊接接頭形式選用的施焊工藝參數(shù))。因這些焊接方法輸入的熱量不同,引起的焊接殘余變形量也不同。鋼結(jié)構(gòu)焊接常用的幾種

4、焊接方法中,除電渣焊以外,埋弧焊熱輸入最大,在其他條件如焊縫斷面積等相同情況下,收縮變形最大,手工電弧焊居中,CO2氣體保護焊最小。 </p><p>　　3.2焊縫截面積的影響。焊縫截面積越大,冷卻時收縮引起的塑性變形量越大,焊縫面積對縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的,而且起主要的影響,因此板厚相同時,坡口尺寸越大,收縮變形越大。 </p><p>　　3.3接頭形式。在焊接熱輸入、

5、焊縫截面積、焊接方面等因素條件相同時,不同的接頭形式對縱向、橫向、角變形量有不同的影響。例如T形接頭和搭接接頭時,其焊縫橫向收縮情況與堆焊相似,其橫向收縮值與角焊縫面積成正比,與板厚成反比。對接接頭單層焊時,橫向收縮比堆焊和角焊大,在單面焊時坡口角度大,板厚上、下收縮量差別大,因而角變形大。雙面焊時隨著坡口角度和間隙的減小,橫向收縮減小,同時角變形減小。 </p><p>　　3.4焊接層數(shù)的影響。 </p

6、><p>　　3.4.1橫向收縮:在對接接頭多層焊接時,第一層焊縫的橫向收縮符合對接焊的一般條件和變形規(guī)律,第一層以后相當(dāng)于無間隙對接焊,接近于蓋面焊道時與堆焊的條件和變形規(guī)律相似,因此,收縮變形相對較小。 </p><p>　　3.4.2縱向收縮:多層焊接時,每層焊縫的熱輸入比一次完成的單層焊時的熱輸入小得多,加熱范圍窄,冷卻快,產(chǎn)生的收縮變形小得多,而且前層焊縫焊成后都對下層焊縫形成約束,

7、因此,多層焊時的縱向收縮變形比單層焊時小得多,而且焊的層數(shù)越多,縱向變形越小。 </p><p>　　3.5熱輸入的影響。一般情況下,熱輸入大時,加熱的高溫區(qū)范圍大,冷卻速度慢,使接頭塑性變形區(qū)增大。 </p><p>　　3.6焊接順序。對于一個立體的結(jié)構(gòu),先焊的部件對后焊的部件將產(chǎn)生不同程度的拘束,其焊接變形也不相同。 </p><p>　　4焊接殘余變形控制措

8、施 </p><p>　　4.1龍門起重機設(shè)計跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、板厚、焊接量較大,為了減少焊接應(yīng)力,盡量減少焊縫截面積(指熔合線范圍內(nèi)的金屬面積)。因此,除設(shè)計時盡可能避免焊縫密集、交叉,還要考慮在施焊時盡量減小焊縫截面積,在得到完整、無超標(biāo)缺陷焊縫的前提下,盡量采用較小的坡口尺寸(角度和間隙)。 </p><p>　　4.2厚板焊接時盡可能采用多層焊代替單層焊。 </p>

9、<p>　　4.3在滿足設(shè)計要求情況下,縱向加強肋和橫向加強妥的焊接可采用間斷焊接法。 </p><p>　　4.4雙面均可焊接操作時,要采用雙面對稱坡口,并在多層焊時采用與構(gòu)件中和軸對稱的焊接順序。 </p><p>　　4.5T形接頭板厚較大時采用開坡口角對接焊縫。 </p><p>　　4.6采用焊前反變形方法控制焊后的角變形。 </p>

10、<p>　　4.7采用鋼性夾具固定法控制焊后變形。 </p><p>　　4.8采用構(gòu)件預(yù)留長度法補償焊縫縱向收縮變形,如H形縱向焊縫每米長可預(yù)留0.5～0.7mm。 </p><p>　　4.9對于長構(gòu)件的扭曲變形,主要靠提高板材平整度和構(gòu)件組裝精度,使坡口角度和間隙準(zhǔn)確,電弧指向或?qū)χ袦?zhǔn)確,以使焊縫角度變形和翼板及腹板縱向變形值與構(gòu)件長度方向一致。 </p>

11、<p>　　4.10在焊縫眾多的構(gòu)件組焊時或結(jié)構(gòu)安裝時,要采取合理的焊接順序。 </p><p>　　4.11應(yīng)遵循縱向焊縫同向焊接,同類焊縫對稱焊接,先中間后兩邊,先里邊后外邊的焊接原則,多人焊接時采用分段退焊的原則。 </p><p>　　4.12焊接前及打底焊接時,不可隨意切除固定馬板。 </p><p>　　4.13優(yōu)先選用CO2氣體保護焊接,以

12、減小焊接變形。 </p><p>　　5焊接應(yīng)力的控制措施 </p><p>　　構(gòu)件焊接時產(chǎn)生瞬時內(nèi)應(yīng)力,焊接后產(chǎn)生殘余應(yīng)力,并同時產(chǎn)生殘余變形,這是不可避免的現(xiàn)象。對于一些本身剛性較大的構(gòu)件,如板厚較大,截面本身的慣性矩較大時,雖然變形會較小,但卻同時產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力,甚至產(chǎn)生裂紋。因此,對于一些構(gòu)件截面厚大,焊接節(jié)點復(fù)雜,拘束度大,鋼材強度級別高,使用條件惡劣的重要結(jié)構(gòu)要注意焊接應(yīng)力

13、的控制。控制應(yīng)力的目標(biāo)是降低其峰值使其均勻分布,其控制措施有以下幾種: </p><p>　　5.1減小焊縫尺寸:焊接內(nèi)應(yīng)力由局部加熱循環(huán)而引起,為此,在滿足設(shè)計要求的條件下,不應(yīng)加大焊縫尺寸和層高。 </p><p>　　5.2減小焊接拘束度:拘束度越大,焊接應(yīng)力越大,首先應(yīng)盡量使焊縫在較小拘束度下焊接,盡可能不用剛性固定的方法控制變形,以免增大焊接拘束度。 </p>&l

14、t;p>　　5.3采取合理的焊接順序:在焊縫較多的組裝條件下,應(yīng)根據(jù)構(gòu)件形狀和焊縫的布置,采取先焊收縮量較大的焊縫,后焊收縮量較小的焊縫;先焊拘束度較大而不能自由收縮的焊縫,后焊拘束度較小而能自由收縮的焊縫的原則。 </p><p>　　5.4降低焊件剛度,創(chuàng)造自由收縮的條件。 </p><p>　　6T形鋼焊接變形的控制 </p><p>　　6.1為了控制

15、焊接的變形,將兩個T型梁的剖面板相靠卡到一起,放到一個可轉(zhuǎn)動的胎架上施焊。 </p><p>　　6.2施焊前檢查一下T型梁腹板的垂直度,如果附合公差要求,就采用兩個焊工在兩側(cè)同時施焊兩條角焊縫,在1、2的部位上每焊完一遍檢查一下垂直度,直至完全焊好,然后旋轉(zhuǎn)180°再焊另一個T型梁,施焊前如果發(fā)現(xiàn)腹板的垂直度超出公差,則先焊一些角焊縫,將腹板的垂直度校正好后,再同上述一樣進行焊接。 </p>

16、;<p>　　6.3兩個T型梁全部焊好,待完全涼透后,再將卡具全部拆除。 </p><p>　　6.4專職檢查人員在T形梁的施工過程中,對上述的各個工序隨時進行抽查,修正施工誤差,待T型梁涼透拆除卡具后由檢查組人員對每個T型梁進行檢查記錄,附合公差的打上標(biāo)記予以檢收,對超差的亦打上標(biāo)記,進行下步的熱校,對長度方向翹曲的超差在正中間處加墊,校正好后驗收合格。 </p><p>

17、　　7片單元焊接變形的控制 </p><p>　　7.1對于單側(cè)有縱肋的板單元采用反變形焊接是一種較為理想的控制焊接變形的方法。 </p><p>　　7.2通過以往的生產(chǎn)實踐表明,我們設(shè)計的反變形胎,實現(xiàn)了板單元焊后基本能夠達到技術(shù)要求,只要稍加火焰修整,板單元的平面度就能完全符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。 </p><p>　　7.3對于單側(cè)有縱肋及球扁鋼的板單元,焊接時從中軸

18、線附近先中間后兩邊,先里邊后外邊的焊接原則。當(dāng)焊縫分布對稱時,應(yīng)有偶數(shù)焊工對稱地施焊;當(dāng)焊縫分布不對稱時,應(yīng)先焊接焊縫少的一側(cè),多人焊接時采用分段退焊的焊接方法控制變形。 </p><p>　　8段單元焊接變形的控制 </p><p>　　8.1通過合理的焊接順序來控制焊接變形,在胎架上不再做反變形設(shè)置,具體焊接順序按下圖試行,首制段結(jié)束后根據(jù)實際情況再作調(diào)整。 </p>&

19、lt;p>　?、?、2、3#為下側(cè)板在平臺兩兩相拼后上胎架后拼接成整個側(cè)板的拼接焊縫。②4#為隔板組件和下側(cè)板的角焊縫。③5、6、7#為上側(cè)板在平臺兩兩相拼后上胎架后拼接成整個側(cè)板的拼接焊縫。④8#為隔板組件和上側(cè)板的角焊縫。⑤9#為隔板組件和上側(cè)板的角焊縫。⑥10#為隔板組件和下側(cè)板的角焊縫。⑦11#為上板和下側(cè)板的角焊縫。⑧12#為上板和上側(cè)板的角焊縫。⑨13、14#為側(cè)板內(nèi)和二層板的角焊縫。⑩15、16#為側(cè)板外和底板的角焊

20、縫。 </p><p>　　8.2梁段焊接順序:為保證梁段的外形和幾何尺寸,防止產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力,梁段的焊接應(yīng)分步進行,并根據(jù)焊縫分布規(guī)律,以中軸線為基準(zhǔn),遵循先內(nèi)后外、先下后上、由中心向兩邊的施焊原則。優(yōu)先選用CO2焊方法,同時盡量采用陶質(zhì)襯墊單面焊雙面成型的焊接工藝。 </p><p>　　8.3片單元組對時,采用陶瓷襯墊單面焊雙面成形的焊接工藝,根據(jù)片單元拼板板厚預(yù)留間隙6～8mm,

21、并做相應(yīng)的反變形控制措施,然后用馬板固定好,粘上陶瓷襯墊后迅速焊接,在一定程度上預(yù)防了收縮變形和角變形。 </p><p>　　8.4組裝頂板時,必須精確預(yù)留橫隔板焊接收縮量,控制箱體高度。 </p><p>　　8.4.1焊接工藝控制:底板:采用二道CO2氣體焊打底,平焊;二道埋弧自動焊蓋面,平焊 </p><p>　　頂板:采用二道CO2氣體焊打底,平焊;二道埋

22、弧自動焊蓋面,平焊 </p><p>　　斜底板:采用二道CO2氣體焊打底,平焊;二道埋弧自動焊蓋面,平焊 </p><p>　　橫隔板:CO2氣體保護焊2～3道,平焊 </p><p>　　8.4.2焊接橫向收縮變形的補償:根據(jù)測試經(jīng)驗及分析,鋼箱梁制造過程中采取一定措施對焊接橫向收縮量予以補償:頂板、底板、斜底板等單元下料寬度比設(shè)計尺寸放寬3mm,即縱基線兩側(cè)每

23、側(cè)放寬1.5mm。橫隔板單元件長度放長2.0mm;考慮焊接收縮變形的離散性以及頂板、底板總拼時多道焊縫引起收縮變形誤差的累積,在面板和底板邊緣處各留一塊板單元件配切寬度。大拼裝焊接變形的控制 </p><p><b>　　9其它控制措施 </b></p><p>　　除了以上工藝措施外,在施工中,還應(yīng)控制好焊接之外的影響因素,如組裝精度,坡口大小,環(huán)境溫度,吊裝、翻轉(zhuǎn)

24、等人為因素。 </p><p>　　9.1組裝精度:組裝質(zhì)量直接影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量和變形大小,因此,施焊前應(yīng)認真檢測各部位尺寸,特別是各道焊縫的坡口組裝質(zhì)量必須符合圖紙要求。 </p><p>　　9.2為了防止吊裝、就位和翻轉(zhuǎn)時產(chǎn)生變形,必須增加和加長組裝焊點以及進行必要的加固和支撐。在焊接上下翼緣T形接頭時,應(yīng)使其處于自由狀態(tài),并要防止因自重而產(chǎn)生扭曲及角變形。 </p>&l

25、t;p>　　9.3焊前應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度和接頭形式進行予熱,并保持層間溫度,焊后注意緩冷。 </p><p>　　9.4焊接時,應(yīng)及時用風(fēng)錘錘擊焊縫,以消除應(yīng)力,減少變形。 </p><p><b>　　10焊接變形矯正 </b></p><p>　　焊件制作過程中,盡管采取了相應(yīng)的預(yù)防措施,控制和減少了不同程度的變形,但少量的殘余變形再所難

26、免,變形的程序也不一樣。下面介紹幾種常用簡單的矯正方法。 </p><p>　　10.1使用錘擊法矯正T形接頭及拼板接頭的角變形,即通過錘擊焊縫來延展焊縫及其周圍的壓縮變形區(qū)域的金屬,從而達到緩解焊縫殘余應(yīng)力變形的目的,操作簡單,方便靈活,即可消除焊縫及熱影響區(qū)的密度,提高焊接接頭的強度,改善焊縫性能。 </p><p>　　10.2合理地選擇矯正部位,如翼緣板T形接頭部位及上下翼緣板、腹

27、板拼接對接接頭的角變形。 </p><p>　　10.3矯正區(qū)域的劃分與矯正順序。矯正區(qū)域的劃分一般以焊縫中心向兩側(cè)各50mm的區(qū)域為宜,矯正順序橫向以焊縫中心向兩側(cè)連續(xù)平移;縱向焊縫一端向另一端連續(xù)平移。 </p><p>　　10.4拼板對接及板面不平度矯正時,錘擊應(yīng)選在凹面,T形接頭視其變形方向合理選擇。 </p><p><b>　　11結(jié)語 &l