特大型龙门吊主梁焊接变形控制的研究

顾伟明

（南通中远重工有限公司，江苏 海门 226100）

随着我国科技进步和国力增强，大型龙门吊的重要性越来越受到相关技术人员的广泛关注。大型龙门吊设备在大型舰船的制造过程中不可或缺，其主要部件包含上小车、柔性腿、刚性腿以及主梁等结构件。主梁作为工作部件的核心，其焊接制造的精度质量控制就显得尤为重要！一般来说，主梁的制造过程往往选用上下两层分段制作、整体拼装的工艺，而这项工艺技术又是把双刃剑：它能大大缩短了工程制造周期，但很大程度上使结构焊接施工变形复杂化，增大了主梁精控的难度。因此，相关技术人员在进行龙门吊主梁变形控制时，应充分统筹兼顾，选取多种控制办法相结合的方式，从而在根本上解决主梁焊接控制变形的难题。接下来，本文主要就1200T龙门吊主梁(见图1)的结构特点，结合几种主梁焊接变形的情况进行分析，阐述相对有效的大型龙门吊主梁焊接的工程控制技术。

图1 1200T 主梁合拢现场

1 主梁箱体的结构特点及焊接性分析

主梁结构包括左右腹板、上顶板、T型支撑梁、球扁钢、中底板以及下底板等(见图2)。主梁箱体的焊接性分析主要包含于龙门吊主梁的21个箱体分段，每个龙门吊主梁的箱体分段长、重、厚度不一样，那么焊接所采用的拼接焊缝坡口也不一致。众所周知，焊缝尺寸越大，焊接量就越大，那么焊接过程中出现的焊接收缩与变形问题的影响也就越大，由此可见，无论是何种的不均匀冷却亦或是加热，都会在不同程度上造成龙门吊主梁箱体的焊接变形。因此，改进龙门吊主梁焊接工程管理方法、控制焊接变形的工作尤为重要、刻不容缓。

图2 1200T 主梁结构图

2 主要的几种主梁焊接控制变形

2.1 腹板的波浪变形

腹板波浪变形指的是在焊接过程中，由于焊缝横截面较大或焊接焊缝过长，从而导致一定范围内的横向收缩。腹板的波浪变形是龙门吊主梁箱体焊接时一个比较常见的焊接控制变形，通常来说腹板由不同板厚的板材拼接而成，虽然长宽不一，但焊接的坡口均为双面坡口与单面坡口的轮流交换，因此，容易造成腹板的波浪变形。这类问题需要引起相关焊接责任人员的重视。

2.2 主梁箱体的弯曲变形

主梁箱体的弯曲变形主要指的是因箱体分片组装而形成的偏离中性面焊接和不对称焊接的箱体弯曲变形。而这种变形情况将对后期的修整和矫正工作产生较大的影响，不容易实现。尤其是主梁箱体产生的尺寸问题，一旦超标或偏差，造成的后果是不能预估的。正确的焊接方式应为采取正面45°或反面55°的坡口方式，从而减小焊接量和焊接热输入量。与此同时，还可以在腹板的拼接过程中，合理运用反变形法，通过焊接收缩与反差角的两两抵消，从而消除焊接中的弯曲变形。

2.3 T型接头处的局部翘曲

T型接头处的局部翘曲是龙门吊主梁箱体焊接控制中的最后一种焊接变形，T型接头处的局部翘曲指的是T型梁与腹板在焊接过程中，因角焊缝而引起的局部受热，从而导致局部翘曲的情况。这种焊接变形的出现几率比上面两种相对较小，不再展开叙述。

3 重要的焊接工艺控制流程

3.1 焊接收缩量的预留

焊接收缩量的预留是重要的龙门吊主梁箱体焊接工艺控制方法之一，主要焊接下料前，根据设计图纸中的主梁分段拱度数据图，精准计算各个分段拼接口两端的拱度数据，从而确定各分段主梁箱体的上下翼板以及腹板的准确下料尺寸。在实际操作中，从宽度方向中预留一定的焊接收缩量的同时，在长度方向上预留出一定的余量，以便进行二次修割调整。所以，焊接收缩量的预留能够在最大程度上保障龙门吊主梁箱体尺寸的有效控制手段。

3.2 焊接方法的选择

合理科学的焊接工艺选择是龙门吊主梁箱体焊接工艺控制的第2个有效举措。一方面焊接人员可在结构自由状态下，采用埋弧焊的方法完成腹板拼接，在最大程度上释放焊接残余应力。另一方面，针对那些球扁钢、腹板与T型梁的特殊焊接要求，焊接人员可以采取二氧气体保护焊进行焊接，最大程度上降低焊接线能量的输入。合理科学有效的采取不同种类的焊接方法，不仅能够提高龙门吊主梁箱体焊缝的质量、提高焊接效率，也能有效将变形控制在标准要求的范围内。

3.3 坡口尺寸的设计

精确设计坡口尺寸就要求相关技术人员对于不同坡口形式有更为深入的研究和创新。例如，在很多腹板的拼接焊接过程中，对于较厚的腹板，采取K型坡口的拼接模式，并组对2mm的间隙焊缝，与此同时，在保障焊缝效率的前提情况下，底板、顶板适当采取反面55°、正面45°的坡口形式，从而降低反面清根的焊接量和减小焊接的热输入量。由此可见，精确坡口设计的作用和意义明显，应引起相关焊接责任人员的重视和注意。

3.4 装配焊接顺序的正确选择

装配焊接顺序的选择是指在腹板拼接中，可以采取先拼版、再装配球扁钢以及最后装配T型梁的装配焊接顺序，此外，在腹板的焊接过程中，最好先采取焊接T型梁相互间的角焊缝，之后再进行焊接腹板与T型梁间的相交角焊缝，最后进行焊接T型梁之间的相交上翼板坡口角焊缝。主梁拱度一般采用的是以直代拱的形式，这类举措的好处在于有效减少了腹板的局部翘曲，并完整连接了T型板和腹板，从而在根本上有效控制了大型龙门吊主梁焊接控制变形，并且提高了大型龙门吊的使用寿命。

3.5 刚性固定法

刚性固定法主要用于龙门吊主梁合拢：首先在龙门吊主梁箱体板材的焊缝反面，利用定位钢板进行板厚方向上的限位巩固；其次利用定位马板抗弯作用力，对钢板与钢板接头间扰度方向上施加约束，并加强钢板的局部刚性，在很大程度上有效增加了龙门吊主梁箱体的质量。现场施工人员因地制宜地灵活利用这种固定方法进行钢板固定，更有利于焊接接头的准确性和焊接施工的便利性。

3.6 焊接过程中动态调整主梁的变形

实际生产中的焊接变形，受到了焊接参数、材料属性、结构强度差异、坡口差异、焊接顺序、环境温度等多方面因素的影响，存在着较大的不确定性。对主梁两侧方向进行监控，利用焊接收缩规律，动态调节两侧焊接参数并对进度进行调整，以将产生的变形抵制此前存在的变形，能将龙门吊主梁箱体动态地控制在合格标准允许的范围内。当然此项焊接技术，需要有熟练技术人员在生产一线及时灵活的指导运用，才能达到预期目标。

4 结语

伴随着我国综合国力的不断提升，海军国防事业的不断壮大，以及国内外对大型舰船制造工业设备的需求热度持续升温的环境背景下，特大型龙门吊制造技术越来越受到相关企业、媒体的广泛关注。

龙门吊结构的制造中，结构焊接变形问题存在的弊端和改善后的经济效益是明显的，而合理有效地控制变形是保证工程质量的关键性因素，需要引起相关技术管理人员的重视与探究，具体可以通过进行焊接收缩量的预留、合理科学的选择焊接方法、精确设计坡口、正确选择装配焊接顺序、合理运用刚性固定法以及焊接过程中动态调整主梁变形等方法，对大型龙门吊主梁的焊接变形进行控制。

我们有理由相信：我国的大型龙门吊焊接工程控制技术在未来必将具有好的发展前景。