克令吊大车轨道制作工艺研究

黄春娟，周力伟

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 201913）

作为工程船上的起重机，在海上行驶或作业过程中，不可避免会受到海面上的浪涌、风力等因素的影响，导致船体产生晃动，为了保证设备的结构性和稳定性，大车行走部分需满足行走驱动、防倾覆、纠偏等多项功能，且与轨道之间需要精密配合，故对轨道的强度和制作精度提出较高的要求，制作加工难度较大，需要进行深入的研究制作加工方案。

1 大车行走轨道的介绍

大车行走部分包括大车行走机构和轨道两部分，轨道结构形式为工字钢结构，大车行走机构的4组车轮在轨道工字钢下翼板内平面上进行行走，行走驱动侧的大车轨道上翼板上平面上安装齿条及其支座，并在上翼板两侧安装水平轮，保证大车行走机构的驱动和纠偏功能。

大车行走轨道分段制作和加工（～12m/根），分段之间采用公母槽装配形式。轨道制作采用的钢板材质为S460QL1高强度钢板，腹板下料板厚为t=100mm、上下翼板下料板厚为t=140mm。此轨道工字钢腹板与上下翼板焊缝需满足CJP要求，轨道制作成工字钢后需对上下翼板板厚方向内外侧、上下翼板宽度方向左右两侧以及分段接头位置公母槽进行机加工。

2 制作难点分析

大车轨道根据装配关系，图纸尺寸公差分析，制作和加工存在以下几点难点。

（1）轨道采用的是高强度厚板制作，对钢板原材料平整度控制要求较高。

（2）轨道腹板与翼板焊缝采用的是J型坡口，全熔透焊缝，腹板上的坡口需要进行机加工，坡口加工时容易导致腹板产生旁弯。

（3）轨道焊接时，采用的是埋弧焊机进行施焊，埋弧焊小车在轨道腹板上来回移动，空间有限，操作比较困难，且不能实现对称施焊的目的。

（4）轨道焊接时，由于焊接量较大，且需要长时间加热保温，焊接变形控制比较困难。

（5）轨道焊接完成后，由于尺寸较大，热处理要求较高，基地现有的加热炉不能满足要求。

（6）轨道需进行多面加工，形位公差较多，且精度较高，加工比较困难。

3 方案论证

方案一：大车行走轨道两两背对背制作

将大车轨道分段两两装配固定在一起，同时施焊固定一侧的腹翼板焊缝，然后拆除固定分别翻身，再次固定另一侧，同时施焊另一侧焊缝。

分析：此方案为工字钢最常见的制作方法，能够减少工装的使用和装配，是最方便快捷的方式。但该大车轨道为厚板焊接形成的工字钢，焊接过程中需持续加热，一侧焊缝施焊完成，拆开连接板后，由于左右两侧应力不均，易导致产生旁弯，无法实现下翼板侧背对背装配施焊。

方案二：大车轨道单根船型胎架上制作

在大车轨道的上下翼板上装配刚性梁进行单根制作，刚性梁与上下翼板之间采用间断焊固定，大车轨道在水平胎架上装配后，吊装至船形胎架（斜胎架）上，利用定位块进行固定，然后在腹板上放置焊接轨道工装，保证焊机在水平的轨道上进行焊接。

分析：此方案能够保证上下翼板的装配，船形胎架能够方便角接焊缝的施焊。但在轨道焊缝进行施焊时，由于埋弧焊机放置在轨道中间的腹板上，腹板上则需点焊固定水平工装以便放置埋弧焊机，点焊对母材容易造成损伤，同时会影响施工作业空间，埋弧焊机操作存在困难。此外，此方式不利于左右对称施焊，需要不断的进行翻身，增加现场的工作量。

方案三：大车轨道单根水平胎架上制作

在大车轨道的上下翼板上安装滚道梁进行单根制作，刚性梁与上下翼板之间采用间断焊固定。大车轨道组件装配后吊装至水平胎架上，保证焊机在水平的轨道进行焊接。

分析：此方案既方便埋弧焊机操作，也可以保证对称施焊，虽然焊缝成型不如在船形胎架上好，但可以满足探伤要求。

综上所述，采用方案三较为合理，操作较方便，质量也能得到保证。

4 模拟段制作及方案优化

4.1 轨道2m模拟段制作

（1）尺寸测量及焊缝检验。①焊缝施焊结束后，测量了相关的数据，腹翼板的垂直度能够满足要求。②焊缝经过UT100%探伤，存在通条缺陷，缺陷主要集中在焊缝与母材熔合线位置。

（2）经过模拟段的试验跟踪，发现存在如下几点问题：①焊缝的坡口和角度较小，焊缝成形质量较差，易造成缺陷（未熔合或夹渣）；②焊接的操作空间有限；③焊机无法实现对称施焊；④焊缝质量较差。

4.2 方案优化

根据模拟段的制作试验出现的难点和问题，对原制定的方案进行优化，以改善焊缝的焊接质量。

（1）对于焊接坡口较小，影响埋弧焊机施焊的问题，将坡口角度增加至40度，并增加根部坡口的R角尺寸，减少了背面埋弧打底焊碰到腹板而产生缺陷。

（2）选择先进的合适的埋弧焊机，减小设备的操作空间要求，并设计了两台可以对称操作的焊接，满足了焊接空间要求以及对称施焊的方向性要求。

（3）对于焊接时需要严格控制焊接过程的问题，需加强对预热温度、层间温度及焊接工艺参数的控制，对于根部焊道特别需要注意打磨清渣，提高焊缝的一次合格率，避免焊接过程中大量缺陷而返修。

5 过程质量控制要求

（1）电加热设备和温度控制。由于轨道为高强钢并且厚度达到100/140mm，焊接时需要严格控制预热温度、层间温度、焊后保温后热、焊后热处理等工序，温度的控制对焊缝的质量及变形影响也较大。为了防止焊接裂纹的产生，需要保证预热温度不得低于155℃，并且需要连续施焊焊接，连续加热保温，对于加热设备及人员需要严格保证正常工作和运转。并且在施焊过程中质检对温度需进行复验，对温度的高低进行严格控制。

（2）焊缝质量控制。在每道焊接完成后，观察焊缝的成形情况，对咬边及夹渣的位置进行打磨，然后再用手工焊进行修补，避免焊接过程中产生大量缺陷而造成返修。

（3）焊接量及变形控制。由于轨道长度较长，厚板焊接量较大，容易导致整体直线度和上、下翼板的开档尺寸以及水平度超差。严格控制焊接量、焊接顺序及翻身顺序，并在过程中多次测量变形数据（特别是在翻身前），工艺人员及时分析，通过改变烧焊量和翻身次数等方法进行纠偏，尽量避免出现大的变形。

6 方案实施

根据模拟段制作的经验，按照优化后的方案，轨道制作可以分以下几步来进行实施。

（1）切割下料。为了更好的保证零件的平整度，在钢板切割下料前进行检查，并进行滚压，释放钢板应力，若平整度超差则需用油压机进行校正；零件切割时利用多头切割机进行切割，能够更好的控制零件的旁弯，提高切割效率；零件切割之后对其直线度、平整度以及气割边的垂直度进行检查，不合格需再次进行校正。

（2）腹板J型坡口机加工。为了减少机加工量、避免出现加工应力释放引起的变形，要求利用两台半自动割刀先同时进行双面切割坡口余量（粗切割），然后再利用机床同时机加工两侧的宽度余量，最后再分别单独机加工剩余的坡口余量。

（3）合理布置胎架。

（4）结构装配。在大车轨道B侧面安装卡码进行装配固定，然后在大车轨道上下翼板上安装滚道梁，滚道梁与上下翼板之间采用垫板进行连接固定，再将装配完成的大车轨道组件吊装放置到胎架上。

（5）焊接。①采用电加热设备对焊缝进行连续预热至155～226℃。②焊接时同一侧焊缝从中间向两端同时对称施焊，上下翼板两侧焊缝进行跳焊的焊接方法。③焊接流程和翻身过程。

（6）后热和热处理。大车轨道焊接完成后立即进行后热至250℃，保温后缓冷。待大车轨道焊缝检测合格后放置到加热房内进行热处理。

（7）划线检验及机加工。①将热处理结束后的轨道放置在机床上，检测整体直线度、平面度等尺寸，均满足加工要求。②调整大车轨道的腹板垂直度，将腹板垂直度控制在2mm范围内。③先划出下翼板上的余量加工线，并以此为基准，利用机床划出上翼板的余量加工线。④对轨道上下翼板厚度余量、宽度方向余量进行加工，然后再加工接头位置的公母定位槽。⑤加工结束后进行了预装配，并进行了检验，均满足图纸尺寸要求。

7 结语

通过对大车轨道图纸要求分析，结合实际生产能力，对部分难点进行了总结和讨论，制定了切实可行的制作、加工方案，通过优化焊接设备、加强过程控制，对出现的问题及时进行处理、纠偏，最终保证了焊后的总体尺寸要求，加工时采用机床一次装夹进行加工多个平面和接头定位槽，保证了最终的装配要求。