设备钢结构制造难点及控制要点

孙陈晨 姜金泉

上海建工（江苏）钢结构有限公司 江苏 海门 226116

设备钢结构一般是指大型设备中的钢结构部分。对于成套设备来说，设备钢结构是最主要的受力承载部分，在结构上起到稳定性作用，在功能上起到机械、电气、液压设备配合载体作用。其不仅要满足承载要求，同时也要满足不同系统精密配合连接的要求，以保证整个设备系统的使用功能。

从加工角度而言，设备钢结构的加工制作与精密钢结构类似，介于普通结构件（对加工要求不高）与精密机械加工（要求加工较精细）之间。设备钢结构一般包含较多的构件种类，外形特殊且有些构件尺寸较大，薄板件也相对较多，部分构件需用整体机加工来保证尺寸要求。因此，不管是加工制作，还是后续的表面处理、油漆涂装、包装发运等，相对于常规钢结构，均具有一定的挑战性。

另外，对于这种设备类钢结构，为保证现场安装精度，工厂须进行2D/3D预拼装，避免后续在现场出现结构局部干涉、连接面孔位不一致等无法安装的情况，并通过有效的加工控制手段，从而保证现场安装精度。

1 工程概况

本项目位于秘鲁南部，客户方为德国ThyssenKrupp，项目执行规范为美标AWS D.1.1—2015，总工程量约2 000 t。项目主要分为三大区域：belt feeder（带式给料机）、spile bar（筛选机）和in plant（传送带框架）。典型结构如图1所示。

图1 工程三大区域典型结构

此类皮带机类设备钢结构项目的结构类型繁多且复杂。本项目中溜槽、料斗、抽屉式框架等构件设计要求内部均安装耐磨板，因此，对车间单构件制作精度、群孔尺寸精度把控、耐磨板安装孔加工精度等的要求更加严格。

2 结构制作难点

1）该项目主结构各部件之间设计均采用法兰螺栓连接的节点形式，因此，对法兰接合面的平面度控制、接合法兰面的密贴情况以及螺栓孔同心度加工控制的要求较高。

2）由于溜槽及料斗主结构板较薄、结构设计筋板较多，因此，焊接量较大，薄板焊接变形控制难度较大。

3）由于结构需要传输矿石类坚硬材料， 因此项目中溜槽及料斗结构内侧设计要求布满耐磨板，且耐磨板与耐磨板之间要求安装间隙均匀，设计间隙理论要求6 mm。耐磨板均采用螺栓固定在结构上，结构尺寸较大，且受焊接及矫正变形等诸多因素影响，因此，保证大面积的钻孔精度以及钻孔后耐磨板安装间隙的难度较大。

4）料斗结构尺寸较大，且结构分为上、下两层（下层由两半片法兰连接而成），因此，结构整体焊接变形控制以及尺寸控制的难度较大。

5）结构中厚3 mm以下的薄板表面处理难度较大，常规冲砂介质容易产生结构波浪变形，且板材较薄，无法采用火工矫正。

6）设备钢结构安装件相对较多，如防护网片、薄板结构件、机加工件、不锈钢结构件、耐磨板、甲供件等，增加了项目实施过程管理的难度。

3 典型结构加工工艺流程

3.1 溜槽结构加工方案

考虑溜槽结构特殊，且主结构板较薄、筋板较多，因此，考虑采用先做成片体单元结构形式，然后再进行组装焊接。车间加工具体流程如下：零件准备（打磨待装配焊接区域）→画线、装配筋板→片体单元焊接→小组件制作→最终装配、焊接（图2）。

图2 溜槽结构加工流程

溜槽连接法兰钻孔流程：在结构装配焊接完成之后，根据实际测量尺寸，以结构中心为基准，整体画线钻法兰连接孔。

3.2 料斗结构加工流程

料斗结构（上侧料斗1件、下侧料斗2件）的制作思路：先做片体单元，再装配焊接。为保证上、下料斗连接法兰开档尺寸一致，避免出现连接法兰错边、上下料斗外形尺寸不一致的情况，制定如下加工方案：先装配焊接上侧料斗，再将上侧料斗倒放在水平胎架上，以上侧料斗下法兰面作为胎架面，装配焊接下侧料斗，最终完成结构总拼焊接（图3）。

图3 料斗结构加工流程及现场

溜槽钻孔流程：连接法兰部分采用零件钻孔，上侧料斗上法兰待结构焊接完成后整体画线钻孔（图4）。

3.3 耐磨板安装孔加工流程

为保证耐磨板与结构孔的同心度以及安装间隙满足规范要求，同时避免设备拐角处耐磨板安装时干涉，特制定耐磨板安装孔加工流程如下：结构制作检验合格后，根据结构实测尺寸画线，并进行角落处耐磨板试装，检验耐磨板孔与画线基准偏差（若产生偏差，则对画线进行调整），检验合格后拆除耐磨板并整体钻孔，并100%整体试装耐磨板。

4 加工过程控制要点

4.1 薄板结构变形控制要点

由于溜槽及料斗主结构板较薄，且筋板较多，焊接量也较大，因此，片体平面度难以控制。为控制薄壁结构焊接变形，先将筋板点焊到零件上组成片体单元，再将片体单元背靠背点焊固定，并采取较小的焊接线能量，对称施焊，分段退焊，再焊接片体单元上的筋板零件，焊接完成后，分开2个板单元（图5）。经试验，该加工方案对控制薄板焊接变形的效果较明显，且片体结构焊接完成后的平面度满足美标规范结构平面度3 mm/m的要求。

图5 薄板结构焊接变形控制工艺

4.2 薄板表面处理控制要点

通常情况下，对于板厚小于3 mm的结构件，常规冲砂、抛丸薄板等方法均容易出现波浪变形，且一旦薄板结构出现变形，将无法采用火工进行矫正。为解决这一难题，经工厂试验证明：对厚3 mm以下薄板采用白刚玉砂或者石榴砂类的非金属磨料进行扫砂，薄板构件未产生变形，且复测薄板表面粗糙度满足规范要求（图6）。本项目采取上述工艺进行薄板表面处理并成功应用，为后续薄板表面处理积累了宝贵的加工经验。

图6 薄板表面处理

4.3 不同区域交界面法兰钻孔加工控制要点

带式给料机部分上侧料斗与筛选机设计要求螺栓连接，因此，要求工厂先进行预装，以确保现场安装螺栓的穿孔率。

由于连接法兰尺寸较大、连接孔数量较多，如果采用单独画线钻孔，将导致累积误差较大，最终装配时容易出现螺栓孔不同心或者螺栓无法安装等情况，且由于结构形式特殊，不满足配套钻孔要求。因此，最终采用定制专用钻孔模板进行分别配钻，从而保证螺栓穿孔率要求（图7）。

图7 定制钻孔模板加工现场

预装完成后，采用比螺栓公称直径大0.3 mm的时控器检查时，通过率为100%，且连接法兰无错边现象，孔位尺寸均满足安装要求。

4.4 涂装过程控制要点

1）对于设备钢结构而言，不同结构类型需要考虑不同的除锈方案，对于厚3 mm以下的薄板结构件，宜采用石榴石或金刚砂进行扫砂除锈，严禁采用抛丸机进行除锈。否则，薄板构件抛丸变形后将无法矫正。

2）构件中的螺纹孔在冲砂油漆前，其内侧可采用布条或专用螺纹保护塞塞紧，油漆结束后去除。同时，由质量检测人员复测螺纹是否有损伤，若有损伤可用丝锥进行回丝，最终涂抹防锈油进行保护。

3）设备钢结构中的机加工轨道、钢套、局部不锈钢件等，在冲砂油漆前可涂抹防锈油保护。

4）对于设计图纸要求点焊在构件中，最终由现场焊接的甲供件，在冲砂油漆前必须做好保护。但对于特殊结构件及无法冲砂保护的甲供件，根据实际工序情况，可选择冲砂后装配焊接或油漆后装配焊接。

5）为区分不同部位，不同使用功能，通常，设备钢结构采用的面漆颜色较多。油漆施工时需注意区分，并增加专员复核面漆颜色，防止因颜色做错造成返工。

5 结语

实践证明，通过将上述加工工艺方案应用于皮带机设备钢结构的车间加工过程，项目在带筋薄板结构平面度控制、大尺寸连接法兰平面度及螺栓孔同心度控制、耐磨板安装孔精度控制、薄板除锈等方面均取得了良好的成果。同时，方案的控制要点总结也为后续类似项目提供了借鉴。