船用克令吊筒體焊接裝置設計

魏海濱，朱發新，萬偉，鄭錫珍，蔡衛平，徐宏勛

(1.浙江增洲造船有限公司，浙江 舟山 316052;2.浙江海洋學院港航學院，浙江 舟山 316022)

船用克令吊筒體焊接裝置設計

魏海濱1，朱發新2，萬偉1，鄭錫珍1，蔡衛平1，徐宏勛1

(1.浙江增洲造船有限公司，浙江 舟山 316052;2.浙江海洋學院港航學院，浙江 舟山 316022)

為了提高克令吊筒體的焊接質量，降低焊工的勞動強度，以克令吊筒體的技術規范要求為基礎，設計出新型船用克令吊筒體焊接裝置。實踐表明，該裝置滿足設計要求，可有效提高焊接工作效率。

克令吊筒體;焊接;可行性

目前，大多數船用克令吊筒體焊接采用手工焊，手工焊具有設備簡單、操作靈活方便、能進行全位置焊接，且適合焊接多種材料，不足之處是勞動強度高、焊接質量與生產效率低、焊接材料和電能利用率低［1-2］。為了解決現有克令吊筒體焊接存在的問題，提高克令吊筒體的焊接質量，降低焊工的勞動強度，從克令吊筒體的技術規范要求及焊接工藝方面出發，進行船用克令吊筒體焊接裝置的設計。

1 設計依據

1．1 克令吊筒體技術規范要求

筒體材料不得低于《GB/T700-2006碳素結構鋼》中有關Q235C的規定。鋼板應沿最終下料后的周邊超聲波探傷檢查，每邊檢驗寬度不小于50 mm，其質量應符合《GB/T2970-2004厚鋼板超聲波檢驗方法》的規定:筒體軸向和環向焊縫應采用自動焊，焊縫必須退火消除焊接應力，不能整體退火時允許紅外線熱處理，但不得降低材料的力學性能。

筒體排列必須符合下列規則:焊縫不得和人孔加強板重合、焊縫必須與人孔門錯開，其邊緣距離應不小于75 mm、筒體縱焊縫在一周只許間隔180°，相鄰兩節縱焊縫間隔不小于90°;所有焊縫應飽滿和均勻整齊，表面質量應符合《JC/T532-2007建材機械鋼焊接件通用技術條件》中Ⅰ級的規定［3］。

筒體內部的焊縫應磨平，焊縫凸出板面厚度不大于0.5 mm，焊縫磨平工序應在焊縫退火之前進行。筒體上的焊縫均要進行超聲波探傷檢查，質量應符合《GB11345-2012鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》的ⅡB級。對可能部位必須用射線探傷檢查，其質量應符合《GB/ T3323-2005金屬熔化焊焊接接頭射線照相》中的Ⅲ級為合格［4-7］。

1．2 克令吊筒體焊接工藝特點

1)克令吊筒體結構重量大、尺寸大。

2)結構件所采用的鋼板厚度不同，在進行不同板厚之間焊接時容易產生較大的應力集中。

3)筒體待焊區域的焊接類型包括縱焊縫和環焊縫，在焊接過程中采取必要措施以避免產生焊接變形。

4)焊縫形式為對接焊縫，相對于角焊縫而言容易焊接，在板厚不太大的情況下焊接變形不易產生;因此可確保筒體焊接結構件的質量。

2 設計考慮因素

結合現有克令吊筒體焊接方法、裝置情況及船廠實際情況，并考慮到克令吊筒體的技術規范要求及焊接工藝性，設計新型的船用克令吊筒體焊接裝置，見圖1。

2．1 船用克令吊筒體焊接裝置原理

船用克令吊筒體焊接裝置由自動埋弧焊機2、龍門架3、筒體支撐架6、轉動機構7、電焊槍9等組成，其工作原理如下。

龍門架3采用加強肋或加強筋11保證其強度剛度，自動埋弧焊機2在龍門架3上固定不動，自動埋弧焊機2上的電焊槍9調整到適宜位置再固定，該位置與筒體鋼板接縫12(縱向接縫或周向接縫)接近。通電后電動機勻速轉動，帶動支撐架6上的轉動機構7勻速轉動，通過摩擦力使筒體4勻速轉動，隨著筒體的勻速轉動，焊劑不斷鋪施在筒體的鋼板接縫12上，使兩塊待焊的鋼板連接成克令吊筒體。

圖1 克令吊筒體焊接裝置結構

因此在焊接時，電焊槍9不用移動，而被焊接物即克令吊筒體4自動轉動，從而降低了焊接操作技術人員的勞動強度;同時又提高了船用克令吊筒體焊接的質量與生產效率，節省焊接材料和電能。

根據筒體4的直徑大小，采用不同厚度和數量的調整墊塊5，達到自動埋弧焊機的電焊槍9與筒體鋼板接縫12的距離適當，保證焊接的質量。

安全措施采用人性化設計，在龍門架3的頂部四周設置保護操作人員安全的護欄1，扶梯13，方便操作人員上下，以便檢查焊接質量或排除故障。

2．2 船用克令吊筒體焊接裝置組成部件

1)直流自動埋弧焊機。自動埋弧焊機在焊接性能和工作效率方面具有較大優勢，是鋼結構制作過程中必不可少的生產設備。自動埋弧焊機電源有交流、直流之分。直流電源有磁放大器式、晶閘管式和逆變式3種。由于晶閘管式體積適中、效率高、運行可靠且價格低廉，所以被廣泛采用，且直流電源電弧穩定，采用反極性聯接，熔深較大，成型美觀。所以本裝置采用直流自動埋弧焊機。

直流自動埋弧焊機正常工作時，焊接電流、焊接電壓及焊車行走速度各參數間互相影響，操作或修理人員必須熟悉該設備的結構原理及各參數間的相互關系，才能快速找出故障點，排除故障，恢復其正常的工作狀態。

2)筒體轉動機構。如圖2所示，克令吊筒體焊接裝置的轉動機構包括有設置在支撐架6兩邊的2個輥輪組。輥輪組1有2個輥輪2、8和1個轉動軸12，轉動軸12通過傳動鏈11與輥輪2、8傳動連接，每個輥輪都設置有中心軸，轉動軸12通過傳動鏈11與輥輪2、8中心軸相聯接。

同樣地，輥輪組9有2個輥輪7、10和1個轉動軸4，轉動軸4通過傳動鏈3與輥輪7、10傳動連接，轉動軸4的另一端通過傳動鏈3與電機輸出軸相聯接，每個輥輪都設置有中心軸，轉動軸4通過傳動鏈3與輥輪7、10中心軸相聯接。

圖2 筒體轉動機構組成

2．3 船用克令吊筒體超聲波檢測

船用克令吊筒體超聲波檢測是很重要的一項工藝。由于克令吊在吊運貨物的過程中，受交變載荷的作用，根據德國勞氏船級社的建造規范的第B卷第3篇第1節的要求，即筒體焊縫質量的標準等級，要求用100%超聲波進行檢測。

另外筒體厚度較大，焊接層數達十幾層，焊接時，首先采用手工C02焊接筒體內側焊縫，然后外側清根后用超聲波直射法檢測合格后，再焊接筒體外側焊縫。最后用埋弧自動焊蓋面。為了控制焊接質量，減少焊接返工的比例，特制作超聲波檢測工藝卡，指導探傷檢測人員的檢測活動。

船用克令吊筒體內側焊縫檢測合格后，在對筒體外側焊縫檢測時，內部的裂紋和夾渣符合規范要求。焊接時，應特別注意焊接收縮變形和收縮應力的情況，避免應力過大引起筒體焊接裂紋。

2．4 筒體內撐裝置

為保證筒體的焊接質量，可以設計一種筒體內撐裝置。此裝置在筒體內部由單件模塊組合成整體來使用，保證筒體的固定狀態，保證了焊接準備條件，可完成筒體最后一道焊縫的單面焊雙面成形工作。焊接結束后，對模塊軸向稍用力，便可拆卸。這種裝置采用鋁質材料(也可與筒體材料相同)，該裝置具有結構簡單、重最輕、安裝拆卸方便等優點。此工裝的使用既提高了生產效率，降低了生產成本，又保證了焊縫質量。

3 可行性分析

3．1 結構可行性

1)裝置的結構設計具有很強的實用性和經濟性，所用的設備如直流自動埋弧焊機、龍門架、筒體支撐架、電動機都是公司現有的，無需購買。

2)結構的強度已經通過校核，通過加強肋或加強筋強化龍門架，可以滿足正常使用要求。

3)通過人性化設計保障結構的安全性，龍門架頂部四周設有護欄，保障操作人員和設備安全。

4)設計的克令吊筒體焊接裝置結構簡單、操作方便。該裝置設有扶梯，方便人員上下，以便檢查焊接質量和檢修設備。支撐架下面的調整墊塊可以根據筒體直徑大小來調整筒體與電焊槍的位置，適應各種型號筒體的焊接。

3．2 技術及經濟可行性

在解決技術問題時，本裝置采用的是筒體自動轉動焊接技術，技術方案為:應用本焊接裝置，通過自動埋弧焊機、龍門架、轉動機構提供一種操作方便、焊接勞動強度低，主要是能使克令吊筒體自動轉動，以便得到更快的焊接速度和更好的焊接效果。自動焊接裝置結構簡單，制造方便，提高了產品質量，延長了使用年限，減少作業人員勞動強度，提高作業效率，能在降低焊接操作技術人員的勞動強度的同時，提高船用克令吊筒體焊接的質量與生產效率，節省焊接材料和電能，降低作業成本，符合經濟性要求。

3．3 操作可行性

本裝置操作簡單。首先，在筒體支撐架上放好待焊筒體，登上龍門架，根據筒體直徑大小，調整好電焊槍與筒體待焊鋼板接縫位置;然后，再根據實際需要通過調整支撐架下面的調整墊塊，使焊縫達到距離焊槍更匹配的位置;最后，啟動自動埋弧焊機，然后通過筒體下面轉動裝置的中心軸轉動與之連接的兩個輥輪，帶動克令吊筒體轉動，達到持續均勻焊接，保證焊接質量。

4 生產實踐結果

船用克令吊筒體焊接裝置已經成功運用于公司建造的各型散貨船(75 300 DWT、64 000 DWT、57 000 DWT、45 000 DWT等)、遠洋拖船(5 000 kW)以及漁船(5 600 m3超低溫冷藏運輸船、47 m金槍魚釣船、76 m魷魚釣船兼秋刀魚船)等船舶的克令吊筒體焊接生產。實踐表明，運用該裝置后，克令吊筒體焊接生產效率提高1倍以上，節省工時超過60%。

［1］蔡衛華，李劍，徐宏勛，等.一種船用克令吊筒體的焊接裝置，中國:201120274869.7［P］.2012-03-28.

［2］伍平平.一種船體克令吊筒體板埋弧自動焊焊接平臺:中國，201020575529.0［P］.2011-08-17.

［3］孫雪榮，許彬.克令吊基座的局部加強結構優化設計研究［J］.船舶，2006(6):21-26.

［4］趙潔，徐得志，涂永彬.高強度船體結構用鋼EH36超厚板焊接工藝研究［J］.船海工程，2014，43(3): 44-47.

［5］蔣翔，周海波.舭龍骨墊板對接焊工藝的改進［J］.船海工程，2013，42(3):79-80，98.

［6］喬慧坡，茅云生.板單元焊接變形輥式矯平方案研究［J］.船海工程，2012，41(2):63-66.

［7］DONALD J.BUTLER，DAVID G.BRASHER.Explosion welding high temperature and wear resistant metal liners into 25mm gun barrels［J］.Materials and Manufacturing Processes，2012，27(8):888-891.

Design of the Welding Device of the Marine Crane Shell

WEI Hai-bin1，ZHU Fa-xin2，WAN Wei1，ZHENG Xi-zhen1，CAI Wei-ping1，XU Hong-xun1
(1.Zhejiang Zengzhou Shipbuilding Co.，Ltd，Zhoushan Zhejiang 316052，China; 2.School of Shipping and Ports Architecture，Zhejiang Ocean University，Zhoushan Zhejiang 316022，China)

In order to improve welding quality of the shell for marine crane，reduce intensity of labour for the welders，a new type welding device of the marine crane shell was designed on the basis of the technical specification requirements in the crane shell.The practical results indicated that the device can meet the design requirements and increase the efficiency of welding.

crane shell;welding;feasibility analyses.

U671.81

A

1671-7953(2015)02-0051-03

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.02.013

2014-10-22

修回日期:2014-11-18

浙江省重大科技專項(2013C03033);舟山市科技局項目(2013C11015)

魏海濱(1981-)，男，學士，工程師

研究方向:船體設計

E-mail:609200146@qq.com