圓形料場堆取料機環形回轉平臺組裝及焊接工藝

王晶

（承德石油高等專科學校，河北承德067000）

圓形料場堆取料機環形回轉平臺組裝及焊接工藝

王晶

（承德石油高等專科學校，河北承德067000）

環形回轉平臺位于圓形料場堆取料機下部，承載了上部中心立柱、堆料系統的全部質量及刮板取料機構和門架鋼結構的部分質量，是整機設備的中心支撐部件，也是設備運行過程中旋轉的基礎，對其焊接質量要求極為嚴格。分析某圓形料場堆取料機環形回轉平臺的使用及結構特點，詳細闡述制造過程中的焊接工藝、組裝工藝及重點控制細節，為保證環形回轉平臺的整體焊接質量以及整機平穩運行奠定基礎。

環形回轉平臺；焊接工藝；組裝工藝；控制要點

0 前言

圓形料場堆取料機是一種連續、高效的散狀物料裝卸輸送機械，廣泛應用于港口、鋼廠、礦山等[1]。中心立柱環形回轉平臺是圓形料場堆取料機的主要承載部件，屬于環形大型整體式的準對稱焊接結構。該結構位于中心立柱下部，與門架鋼結構、刮板取料機組成堆取料機的取料系統。環形回轉平臺由下至上承載了上部中心立柱、堆料系統（堆料臂鋼結構、中部回轉機構、回轉中間架、上部回轉機構、棧橋支撐平臺、主機附屬鋼結構等）的全部質量以及門架鋼結構、刮板取料機構的部分質量。門架鋼結構、刮板取料機構一端鉸接于環形回轉平臺上，該平臺固定在回轉支承外圈上，用螺栓聯接回轉支承的內外圈與中心立柱下部，這一結構使平臺圍繞中心立柱回轉，如圖1所示。環形回轉平臺在360°旋轉過程中不僅承載幾百噸質量，而且承受來自其上部回轉、皮帶機運行和落料、取料機取料、俯仰等各種不均衡、非周期作用力的綜合影響，受力很不穩定，動載大，各種力及它們產生的彎矩、扭矩共同疊加，最終作用于環形回轉平臺上[2]。因此，環形回轉平臺是設備下部穩定的基礎，是整機正常運行的必要保障，其制作工藝決定著圓形料場堆取料機整機的運行質量。

圖1 圓形料場堆取料機結構Fig.1 Structure diagram of circular stockyard stacker reclaimer

1 中心立柱環形回轉平臺結構

該圓形料場堆取料機中心立柱環形回轉平臺材質為低合金高強鋼Q345D，外觀呈環形，整體尺寸為外口直徑φ5 400 mm、內口直徑φ4 202 mm、高度1 850 mm，如圖2所示。該平臺采用全封閉環形箱型梁結構，上下蓋板為類似環形圓板，外圍焊有長方形筒體圍板，箱體內環360°均布人孔隔板方便內部施焊、控制焊接變形和加強結構強度，結構中間焊有部分立柱筒體，筒體底端焊有厚法蘭，待環形平臺整體焊接完成并檢驗合格后利用10 m立式車床加工法蘭平面，最后與回轉大軸承螺栓連接。

圖2 中心立柱環形回轉平臺三維圖Fig.2 Three-dimensional plot of annular rotating platform

2 焊接坡口形式

中心立柱環形回轉平臺焊縫數量多，焊接質量要求高，鋼板平對接焊縫及T型對接處角焊縫的坡口形式對焊接質量起關鍵作用，特別是環形平臺上蓋板平對接焊縫主要承受拉應力，中心立柱筒體與法蘭及筒體與下蓋板T型對接角焊縫在平臺圍繞立柱旋轉過程中還會產生扭矩和彎矩。根據受力關系及焊接要求，承受拉應力、扭矩、彎矩的焊縫必須開坡口，全部焊透且無缺陷，以保證其能承受箱體本身的自重載荷及外界的應力載荷。制作時要求打磨清理坡口表面及兩側30 mm范圍，不得有氧化皮、熔渣、油污及水銹。坡口表面用5倍(含5倍)以上放大鏡進行宏觀檢查，不允許有裂紋、分層等缺陷[3]。由于該平臺鋼板厚度為10～50 mm，根據要求焊縫均采用全焊透坡口形式，平對接焊縫采用不對稱X坡口，T型焊縫采用V型坡口，坡口形式及尺寸如圖3所示。經生產實踐證明，該坡口形式可有效防止未焊透，探傷合格率達100%。

圖3 環形回轉平臺鋼板對接焊接坡口形式Fig.3 Groove diagram of butt weld in steel of annular rotating platform

3 中心立柱環形回轉平臺焊接參數

目前針對受力結構的焊接，為確保焊接質量，尤其是焊縫根部質量，多采用焊條電弧焊或TIG焊打底、焊條電弧焊或埋弧焊填充及蓋面。但是這兩種打底焊方法對操作者技術要求高、生產率低，特別是焊條電弧焊焊縫質量難以保證，采用TIG焊可保證打底質量，但成本太高，而采用CO2氣體保護焊焊接操作簡便，效率高、成本低、焊接變形小。根據NB/T 47014-2011《承壓設備用焊接工藝評定》標準，對CO2氣體保護焊打底、CO2氣體保護焊或埋弧焊填充及蓋面兩種焊接工藝在環形回轉平臺的應用可行性進行試驗研究，并進行了板厚20 mm焊接接頭的焊接工藝評定。其中在采用埋弧焊焊接時，由于熱輸入較焊條電弧焊大，易造成焊縫低溫韌性惡化，所以選用SJ101燒結焊劑配焊H10Mn2[4]，接頭力學性能如表1所示。由表1可知，斷裂位置位于母材，焊縫抗拉強度均高于母材，表明焊縫具有良好的力學性能，且彎曲試樣的彎曲部位外表面（受拉面）未發現裂紋和裂縫，焊接接頭具有良好的塑性和韌性，滿足工作要求，驗證了焊接參數的合理性。

表1 焊接接頭力學性能Table 1 Mechanical property of welded joint

中心立柱環形回轉平臺箱體內部、外部接頭的平焊、立焊、隔板及厚法蘭的對接采取CO2氣體保護焊焊接（φ（CO2）80%，流量20～25 L/min），上下蓋板、圍板、筒體拼接采用埋弧焊焊接。焊接參數根據工藝評定確定，如表2、表3所示。

4 中心立柱環形回轉平臺組裝方案確定

環形回轉平臺組裝的難點在于如何保證法蘭圓度、上下蓋板平面度均不超過2 mm及控制整體結構焊接變形。通過不斷改進工藝，可采取以下方案進行：首先劃線焊接法蘭與筒體，為防止法蘭變形，法蘭厚度留10 mm作為機加工余量，筒體內部加焊十字撐，注意焊縫拼接位置和螺紋通孔位置，避免孔位與焊口重合，焊接法蘭外圍筋板時，注意筋板裝配位置線盡量與胎架橫檔對應。為避免法蘭焊接變形導致平面度及圓度出現偏差，法蘭焊前內部加焊米字撐。然后以法蘭面為基準，找正水平、固定，定位焊接下蓋板，調整找平下蓋板，點焊牢靠，在下蓋板上劃出內部隔板、外圍筒體圍板焊接位置參考線，注意隔板位置線應以筒體水平中心線為基準，兩側各返12°，并在此基礎上由兩側向中心依次返18°，將20塊隔板按照此線進行點焊，隔板外側加焊可調節的斜支撐進行固定，保持其垂直度。外圍筒體圍板、內部隔板固定后，調整部件垂直度、位置度及整體尺寸合格后進行連續焊接，內部施焊時應遵循由內而外、先立后平、從中間向兩側依次對稱焊接、長焊縫分段退步焊的焊接原則，待焊滿1/2后，再清理外側焊根，內外交替焊接，可防止出現因產生較大變形而無法修復的局面[5]。環形回轉平臺上下蓋板與內外筒體環焊縫要求完全熔透，所以采取先打底后蓋面、分層施焊、分步退焊，由水平中心線兩側4人對稱施焊，一方面保證在打底焊接時坡口鈍邊完全熔透，另一方面分層施焊時每道焊縫均采用小電流焊接，有利于控制環形回轉平臺的焊接變形，防止或減少構件扭曲、旁彎等變形，焊接焊接順序如圖4所示。

表2 CO2氣體保護焊焊接參數Table 2 Welding parameters of CO2gas metal arc welding

表3 埋弧焊焊接參數Table 3 Welding parameters of SAW

5 制造主控要點

（1）上下蓋板為異形件，考慮到節約板材，按照拼版圖分上下、左右對稱共4塊鋼板采用埋弧焊焊接而成，且與外部筒體圍板拼接焊縫錯開至少300 mm，與內部隔板錯開200 mm，蓋板的拼接焊縫不允許在轉角處以避免應力集中。

（2）由于中心立柱環形回轉平臺上蓋板在設備運轉過程中要承受巨大的拉應力，筒體與法蘭T型環焊縫在平臺圍繞立柱旋轉過程中還會產生扭矩和彎矩，焊縫很可能產生疲勞導致開裂，要求焊后必須進行100%超聲波探傷，達到Ⅰ類焊縫標準，保證焊縫無開裂現象。

圖4 中心立柱環形回轉平臺焊接順序示意（焊縫編號：1，2，3，…）Fig.4 Sequence diagram of annular rotating platform in welding(welding number:1，2，3，…)

（3）制作法蘭時，注意鋼板拼接焊縫與法蘭表面螺紋孔位置錯開，不允許在焊縫處鉆孔，且內部筒體縱向拼接焊縫與法蘭拼接焊縫錯開300 mm。

（4）環形回轉平臺內部隔板與上蓋板T型對接處角焊縫均要求焊接以增加強度，為方便施焊和排煙，可在上蓋板切割中心對稱人孔，如圖4所示。人孔處在兩隔板中間。內部箱體焊接完成后，在上蓋板人孔位置內部加襯墊，外部用與人孔尺寸對應的圓板封閉人孔，圓板與上蓋板焊接處必須開坡口，焊后磨平焊縫，保證外觀。

（5）中心立柱環形回轉平臺內外筒體卷制尺寸要求，接頭處錯口小于等于2 mm，筒體圓柱度不超過2 mm。設備在焊接制造過程中隨時矯形，焊后整體再矯形，保證蓋板平面度在2 mm以內。

6 結論

采取以上工藝焊接并在制造過程中對關鍵部位進行質量控制，大幅提高了中心立柱環形回轉平臺制造質量，特別是解決了大型結構制作過程中焊接變形大、控制難、尺寸精度難以保證等質量問題，這不僅大大降低了焊后返修率，滿足了產品質量的要求，提高了生產效率，更重要的是保證了設備旋轉過程中中心支撐部件的堅挺、穩固，同時也為圓形料場堆取料機同類大型結構的制作及使用奠定了基礎。

[1]代向歌，彭高明.BP-GA算法對斗輪堆取料機回轉平臺的結構優化[J].機械設計與研究，2012，28（1）：105-109.

[2]王素妮，亓炳生，金海龍.圓形料場堆取料機柱體制作要點分析[J].華電技術，2013，35（5）：62-64.

[3]韓曙光，董戰虎.13MnNiMoNbR鋼焊接[J].承德石油高等專科學校學報，2001，3（2）：12-15.

[4]邱葭菲，王瑞權，曹時增.16MnDR焊接工藝試驗與分析[J].焊接技術，2013，42（11）：76-78.

[5]李英.C型轉子式翻車機端環制造技術分析與探討[J].有色設備，2011（4）：44-47.

Assembling and welding technology of annular revolving platform of circular stockyard stacker-reclaimer

WANG Jing
（Chengde Petroleum College，Chengde 067000，China）

Annular revolving platform is located in the bottom of the circular stockyard stacker-reclaimer and bears total weight of upper central column and reactor system and part weight of scraper-reclaimer and steel structure of portal frame，it is central support unit of complete machine and also basis unit of the rotating of the machine in operation,so its welding quality is required very strictly.In this paper，the use and structural features of this platform are analyzed and its welding technology,assembling technology and welding quality control in manufacturing process are elaborated，which ensures overall welding quality of the platform and the stable operation of the complete machine.

annular revolving platform；welding technology；assembling technology；control main point

TG457

B

1001－2303（2017）05－0062-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.05.13

2017-01-09

王 晶（1978—），男，講師，碩士，主要從事焊接結構強度與焊接工藝評定方面的研究工作。E-mail：wangjing1953@qq.com。

本文參考文獻引用格式：王晶.圓形料場堆取料機環形回轉平臺組裝及焊接工藝[J].電焊機，2017，47（05）：62-66.