一种用于双行车吊运工件的大型结构件工装焊接方法

涂俊魁,范兴海,许杰峰,陈雪兵

(马钢设备检修有限公司马钢轮轴事业部 安徽马鞍山 243000)

双梁桥式起重机(行车)是钢铁企业生产中不可缺少的核心设备，已成为生产作业线上主体设备的重要组成部分，考虑采购和维护成本以及安装空间，一般钢铁企业工厂中行车的起吊重量都是按照常规生产维修时需要吊运物体的重量进行设计，对于一些偶尔需要吊运的大吨位工件，单台行车的吊运能力不能满足要求，以前遇到大吨位工件吊运时，采用汽车吊，但因场地限制，需要做大量的辅助工作，如搭建大临，拆除部分设备等，给吊运带来很大麻烦，影响了施工进度和合理组产。

某钢厂轧机到了设备大修周期，重达180 t的轧机牌坊需要拆卸，轧机所在的主厂房内行车最大起吊重量为100 t，为了解决单台行车吊运能力不足问题，满足轧机检修需要，决定制作一种双行车吊运大吨位工件的中间过渡工装，通过使用两台100 t行车并行的方式进行180 t轧机牌坊的调运。

1 大型结构件工装结构设计

两台100 t行车并行吊运180 t轧机牌坊的中间过渡工装采用焊接结构，由主梁和吊耳构成，主梁由两根H型钢沿翼缘一端开坡口对接后焊接而成，主梁内每隔1 m左右加有一块衬板，一方面增加主梁的刚度，另一方面防止主梁两根H型钢沿翼缘外侧焊接时产生过大变形量，影响主梁的强度，主梁上方两端焊有吊耳，分别用于同两台行车的连接，主梁下方吊耳用于挂吊大吨位工件，主梁上下面的吊耳为挂吊方便，略有差异，每个吊耳两侧各焊有两块筋板，分别与两根H型钢翼缘外侧连接起来，增加吊耳的焊接强度，另外，根据双行车可能存在的起吊吨位不同，主梁下面的吊耳位置通过杠杆原理计算确定，确保起吊时每台行车承受合理载荷。

根据使用的100 t行车结构尺寸及两台100 t行车并行时的安全距离，确定出两台100 t行车并行吊运180 t轧机牌坊的中间过渡工装焊接结构件主梁H型钢长度，结合有限元进行分析，算出H型钢高度、宽度、腹板厚度、翼缘厚度，再根据两根H型钢相关尺寸，计算出衬板高度、衬板宽度，根据行车吊钩尺寸及挂断索具确定出吊耳大小。

两台100 t行车并行吊运180 t轧机牌坊的中间过渡工装结构件衬板、吊耳、筋板 采用Q235材质的钢板，H型钢采用马钢生产的热轧H型钢，过渡工装结构件各部位尺寸见表1。

2 焊接工艺的制定与实施

2.1 焊接设备和焊材的准备

结合双行车吊运工件的大型结构件工装的各部尺寸及材质性能，焊接设备和焊材如下：两根H型钢、衬板、吊耳、筋板、半自动火焰切割机、钨极氩弧焊机(φ2.5 J506焊丝)、二氧化碳气体保护焊自动焊接机(φ1.2 药芯焊丝)、逆变式直流焊机(φ4.0 E5015)焊条、碳弧气刨一台。

1-H型钢；2-行车吊耳；3-大件吊耳；4-衬板；5-筋板；6-H型钢焊缝；7-吊耳焊缝图1 为吊运工装主视图 图2 为吊运工装俯视图 图3 为吊运工装侧视图表1 过渡工装结构件各部位尺寸

名称衬板吊耳H型钢筋板实际尺寸/mm357×357×12800×600×901280×H400×408×21×21500×500×25

针对购置的二氧化碳气体保护焊接自动焊接机的导向机构不能满足夹持焊枪全程焊接适H型钢主梁，重新制作导向机构工装，同时对二氧化碳气体保护焊接自动焊接机夹持焊枪支撑杆结构进行优化改进，焊接时不能满足现场纵缝下端200 mm以下焊接环缝的冷板孔位置距离。

2.2 焊缝接头形式选择

按照焊接时两块焊接板料之间结合位置的不同，焊接接头形式分为：对接接头、搭接接头、T型接头、角接接头、塞焊接头。各种焊接接头焊接适应性如下：

对接接头适用于两块板的端面位置相对配置，两板表面在一平面内。按照两板的端面加工成不同的形状，对接接头分为I形对接、V形对接、X形对接和U形对接。

搭接接头指两块要连接的板料一块叠在另一块上，在两板的顶端边缘进行焊接，搭接接头适用于薄板结构的焊接。

T形接头是将一块板料的端部放在另一块板料面上进行焊接， T形接头坡口形式可分为I形坡口、单边V形坡口、K形坡口。

角接接头是指两块板料成直角，在两板的顶端边缘上进行焊接的接头。根据板料厚度和坡口形状、角接接头可分为I形坡口、单边V形坡口、V形坡口和K形坡口等。

塞焊接头是在两块重叠在一起的板料上开孔，利用孔和另一块板料焊接，使两块板料连接在一起。

根据两台100 t行车并行吊运180 t轧机牌坊的中间过渡工装结构件两两母材之间焊接连接部位结合位置不一样，采用了多种焊接接头，主梁两根H型钢之间焊接采用对接接头，H型钢端部与衬板之间采用角接接头，H型钢与其它衬板之间、吊耳与主梁之间、吊耳与两侧筋板之间采用T形接头，各焊缝坡口形式根据板材的厚度来确定。

2.3 焊接工艺的实施：

选定H型钢高度侧两表面，清除油污及表面铁锈，半自动火焰切割机切口—火焰矫正—角向沙轮机打磨，单边坡口为30°。

选定主梁两根H型钢，在翼缘内侧沿H型钢长度方向每隔2 m左右加焊一块衬板，衬板只焊与H型钢翼缘内侧接触部分，衬板与H型钢幅板之间采用小间隙配合，不加焊接，一方面便于衬板与H型钢之间的装配，另一方面防止后期沿H型钢高度侧两表面焊接时，H型钢沿长度方向变形，并保证吊运工装主梁主体承载部位结构近似为箱型结构，从而减少主梁焊接过程中变形量，增加主梁的刚度两根H型钢的衬板焊接位置沿H型钢长度方向是相互错开1m左右，确保两根H型钢对接焊接后衬板之间的距离为1 m左右。

将焊好衬板的H型钢沿坡口对接起来，构成V型坡口，为了保证焊接工艺要求，减少大厚度主梁预热变形及单面焊接双面成型，采用手工氩弧焊(φ2.5 J506焊丝)打底两边焊缝一同焊接，填充和盖面全部采用二氧化碳气体保护焊接自动焊接机(φ1.2药芯焊丝)多层多道正反更换焊接，确保主梁的机械性能，主梁焊接工艺参数见表2。

表2 主梁工艺参数如下：

将加工好的吊耳按设计好的位置放到工装主梁上，采用K型坡口。

吊耳两侧加焊筋板，采用对称焊接，双边三角焊缝，以防焊接变形。

吊耳及两侧筋板焊接，K型坡口底层均采用手工焊条电弧焊及逆变式直流焊机(φ4.0 E5015)焊条连续对称焊接，第一层焊接后反面对称焊时要清根保证底部熔透，填充层及盖面采用二氧化碳气体保护焊接自动焊接机(φ1.2 药芯焊丝)连续对称焊接，吊耳焊接工艺参数见表3。

表3 吊耳焊接工艺参数

3 结语

两台100吨行车并行吊运180吨轧机牌坊的中间过渡工装制作焊接后，结构件外形尺寸经过测量，符合设计要求，焊接变形量在允许范围内，所有焊接缝通过超声波探伤达到等级标准，经现场使用，效果良好。

二氧化碳气体保护自动焊接机适用于较长的直线焊缝，省工、省时、焊缝美观整齐。

焊接性好的材料能采用加热法矫正，利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形, 使较长的金属在冷却后缩短来消除变形，方法简单, 机动灵活, 适用面广。

对于箱式梁结构，使用衬板，增加了箱式梁结构的刚性，而箱式梁结构件的刚性与焊接变形成反比，通过合理布置箱式梁结构衬板，能够有效减少箱式梁变形率。

科学控制焊接参数，使用二氧化碳气体保护自动焊这种较小热输入的方法来控制焊接变形。

对有些结构由于尺寸和形状的限制，无法进行双面施焊，采用单面焊双面成形焊接技术，能够保证焊接后坡口的正面和反面都能得到焊缝美观、成形良好而且表面和内在质量均符合工艺要求的焊缝。