特大型龙门吊主梁焊接变形控制分析

2021-04-03彭小东

中国设备工程 2021年11期

彭小东

（上海振华重工(集团)股份有限公司，上海 200125）

如今，主梁是特大型龙门吊设备的核心工作部件，该部件的结构变形控制成效将会直接影响设备的实用性。因此，深入研究特大型龙门吊主梁焊接变形控制十分必要。在实践工作当中，相关工作人员应该从实际出发，明确特大型龙门吊主梁的结构特点和焊接要求，从而为有效开展主梁焊接变形控制提供辅助。

1 主梁结构与焊接性概述

特大型龙门吊设备的实用性极高，能够有效提升大型舰船施工质效。这种设备额度核心部件是主梁，设备中还包含上小车、刚性腿和柔性腿等其他结构件。而特大型龙门吊的主梁结构则主要分为左右腹板、上顶板、中底板、下底板、球扁钢以及T型支撑梁。这些结构相互连接，共同保障主梁的结构稳定性。在生产主梁的过程中，往往需要开展上下层分段制作和整体拼装，所以保证各结构部件的参数协调性与一致性十分重要。

开展主梁结构焊接性分析时，需要重点关注其箱体分段。特大型龙门吊主梁共有21个箱体分段，不同龙门吊主梁的箱体分段尺寸和参数也存在差异，所以焊拼接焊缝坡口也不相同。从施工角度来看，焊接尺寸与焊接量成正比关系，尺寸越大工程量越大，且施工环节所面对的变形和收缩压力也会随着焊接尺寸扩大而扩大。对于特大型龙门吊主梁箱体而言，冷热温度变化均会造成焊接变形，进而影响特大型龙门吊的使用效果。正是这一焊接性特点，才使得控制特大型龙门吊主梁焊接变形成为了设备管理和施工管理工作的重要内容。

2 特大型龙门吊主梁焊接控制变形分类

2.1 腹板变形

在焊接过程中，若出现特大型龙门吊主梁焊接的横截面或焊缝过大，就会使腹板横向收缩变形，这种变形就被称为腹板波浪变形。在特大型龙门吊主梁焊接变形控制环节，腹板变形控制十分常见，而这一结构经常出现变形的根本原因是，腹板是由不同的板材拼接而成的，且焊接坡口为双面、单面轮流交换的形式，所以容易出现变形。为避免影响特大型龙门吊主梁结构稳定性和设备使用成效，相关工作人员应该重视腹板的波浪变形问题。

2.2 主梁箱体变形

特大型龙门吊的主梁箱体常常出现弯曲变形，这种变形会严重干扰后期修正和矫正工作质效，对施工质量控制有着极为严重的影响。主梁箱体以分片组装工艺制造，所以会形成偏离中性面焊接和不对称焊接，进而引发结构的弯曲变形。若是主梁箱体的尺寸出现偏差，则出现弯曲变形的几率会大幅上升，且产生的不良影响将无法预估。为避免出现这种变形，相关工作人员应以正面45°或反面55°坡口的标准开展焊接工作，还应基于反变形法开展腹板拼接。

2.3 T型接头变形

T型接头也是特大型龙门吊主梁结构中的重要组成部分，该部分的变形问题主要表现为局部翘曲。焊接特大型龙门吊主梁箱体的T型梁和腹板时，若出现角焊缝受热不均问题，就会引发局部过热和翘曲变形。这种变形情况产生条件比较固定，出现的几率相对较小，所以变形控制难度也相对较低。

3 主梁焊接变形工艺控制节点

特大型龙门吊主梁属于大箱体结构，所以焊接难度大、技术要求高。但特大型龙门吊主梁变形控制事关工程质量，必须得到施工单位的重视，也必须找到正确的时间路径。为此，相关工作人员需要强化特大型龙门吊主梁焊接变形工艺控制的节点把控，为切实提高焊接变形控制成效奠定基础。

3.1 预留收缩量

焊接收缩量与铸件材质和结构特点有关，合理控制和计算焊接收缩量并做好收缩量预留实现特大型龙门吊主梁箱体焊接变形工艺控制的主要方法。在这一环节，施工人员必须科学开展施工主梁箱体分段的参数设计，明确分段拱度数据和结构图，进而确定主梁分段箱体的翼板和腹板下料尺寸。此时，应充分考虑主梁箱体的上下翼板，为有效预估焊接收缩量做好充足准备。计算预留焊接收缩量时，施工人员应考虑材料特质并从多角度出发，保证焊接收缩量预留的全面性。比如，从宽度和长度方面着手计算焊接收缩量，保证横纵方向均有焊接收缩量预留，有效开展修割调整奠定基础。

3.2 优选焊接方法与顺序

焊接方法与焊接顺序不合理，也是特大型龙门吊主梁箱体焊接变形的主要原因。因此，在开展特大型龙门吊主梁焊接变形工艺控制时，相关工作人员基于实际需要科学选定焊接方法与顺序。

从焊接方法优选角度来看，相关工作人员必须明确特大型龙门吊主梁分段箱体和结构部件的焊接需求差异性，进而有针对性地选用焊接方法，保障焊接有效性。比如，基于结构自由状态，相关工作人员可选用埋弧焊方式拼接腹板，从而有效释放和降低焊接残余应力，规避大幅度变形风险。同时，面对拥有特殊结构特点或焊接要求的主梁部件，相关工作人员也需要灵活选用焊接方法。比如，基于二氧气体保护焊接方式，开展T型梁、球扁钢和腹板焊接，为减少焊接线能量输入提供辅助。总之，在选用焊接方法时，相关工作人员需要重点关注易变形结构和特大型龙门吊主体箱梁的特殊焊接需求，以保障焊接质量、提升焊接效率和有效控制焊接变形为根本目的优选焊接方法。

从焊接顺序优选的角度来看，相关工作人员应该重点关注腹板拼接的装配式施工有效性。特大型龙门吊主梁腹板需要通过装配焊接的方式组合而成，所以在拼接过程中理顺工序、明确要点十分必要。比如，基于拼版、装配球扁钢、装配T型梁的顺序装配焊接特大型龙门吊主梁腹板可以有效提高主梁变形控制有效性。焊接时，还应该着重关心角焊缝处理问题，应确定腹板和T型梁的相交与相互间角焊缝焊接顺序。比如，先焊接二者的相互间角焊缝，再焊接二者的相交角焊缝，最后焊接T型梁间的相交上翼板坡口角焊缝。为有效控制特大型龙门吊主梁焊接变形，相关工作人员应合理选用主梁拱度形式，从而降低T型接头和腹板变形风险。比如，基于以直代拱形式设计主梁拱度，保证腹板与T型板的完整连接、降低腹板变形可能性，进而从根源解决主梁焊接控制变形问题，延长特大型龙门吊设备的使用年限。

3.3 优化参数设计

特大型龙门吊主梁变形工艺控制环节，最为重要的参数设计就是焊接坡口尺寸设计。在此环节，相关工作人员必须保证设计的精确性，从而为提高变形控制有效性奠定基础。设计时，需深入研究焊接坡口差异，并且基于实际要求合理设计坡口尺寸。以特大型龙门吊主梁腹板拼装焊接为例，若腹板较厚则可选用K型坡口焊接并将间隙焊缝控制设定为2mm；在此基础之上，顶板和底板的焊接坡口应采取正面45°和反面55°形式，以便于降低热输入量，减少焊接变形几率。

3.4 动态化调整变形

特大型龙门吊主梁焊接变形影响因素众多，无论是焊接参数、结构特点、焊接材料属性，还是坡口尺寸、焊接方法顺序和环境温度，都会容易引发变形。所以，为有效开展特大型龙门吊主梁焊接变形控制，必须基于动态化眼光完成变形调整。这样一来，相关工作人员就能对众多不确定性因素进行综合考量，理清焊接收缩变形规律，从而制定科学调整方案。比如，基于特大型龙门吊主梁横纵向动态化监控结果，灵活调整焊接参与进度，依托于将要产生的变形抵制已有变形，进而保证特大型龙门吊主梁控制变形符合相关标准。为切实达到这一目标，施工单位需要选用经验丰富、技术娴熟的焊接技术人员进入生产一线，为特大型龙门吊主梁焊接变形控制工作的有效开展提供关键性指导。