轉盤法蘭與筒體組裝焊接工藝控制技術

張少君

（泰富重工制造有限公司， 湖南 湘潭 411100）

引言

門座式起重機廣泛應用于港口、碼頭的貨物裝卸，結構件制作的露天施工和安裝以及大型水電站的建設工程。轉盤是其承載回轉運動和起重的關鍵部件，在起重回轉運動中要承受扭矩、彎矩以及受力變化時的沖擊載荷。因此，轉盤結構件的制作非常關鍵，主要要保證法蘭的平面度以及法蘭與筒體的焊接質量,下面主要以MQ4033型門座起重機轉盤法蘭的焊接闡述其主要控制措施。

1 轉盤法蘭筒體結構和技術要求

圖1為轉盤法蘭筒體的結構圖，筒體材質為Q345B，鋼板厚度為22 mm，筒體直徑為4 070 mm，法蘭筒體總高度為1 253 mm，法蘭材質為20號鋼鍛件，粗加工表面預留加工余量。焊接后其平面度要控制在3 mm內，減少后續的整體組裝校形以及機加工的工作量。法蘭和筒體之間開坡口對接，焊縫為全熔透焊接，焊后須進行100%UT檢測。

圖1 法蘭筒體結構

2 組裝焊接技術難點分析

1）法蘭與筒體尺寸大，焊縫總長較長，而且筒體板厚較厚，焊縫要求全熔透焊接，總體焊接量大；焊接位置熱輸入過大，局部熱量較高，受熱的法蘭發生膨脹，當溫度慢慢降低逐漸冷卻收縮，未焊接位置與焊接位置冷卻速度不同步，而由于法蘭很厚，剛性較大，應力不能釋放，所以就會產生變形。本結構法蘭是向筒體內側伸展，伸展量大概為150 mm，根據以往的制作情況最容易出現法蘭向內側塌邊變形，法蘭邊緣越寬變形越嚴重，甚至變形量超出工藝余量，或者變形非常不均勻，導致機械加工困難，甚至使得部件最終難以達到設計要求，必須通過修補和校形才能符合要求。

2）法蘭厚度大導致剛性拘束大，法蘭與筒體厚度相差大，焊接收縮不一致。若操作不當，容易產生焊接裂紋缺陷，超聲檢測不能達標，若焊縫返修會進一步加劇焊接變形，因此要嚴格控制焊接工藝確保焊接質量。

3 工藝控制措施

3.1 焊接坡口加工

根據設計圖樣要求與工藝條件設計坡口，采用非對稱的雙面V型坡口，坡口深度為2∶1，內側為深坡口，鈍邊留3 mm。筒體坡口在卷筒前采用半自動火焰切割加工，坡口大小均勻，這樣可以有效地避免因焊接間隙不均和熔透深度不一造成碳弧氣刨清根不徹底，或者受熱不均產生較大變形的情況。坡口的火焰切割面要用砂輪打磨機磨掉影響焊接質量的表面層。法蘭的坡口在鍛件粗加工時采用立車一次加工好，坡口表面應該保持平整，不應有裂紋、分層、夾雜物等缺陷。

3.2 筒體輥制質量控制

采用輥板機輥制筒體，筒體輥制過程中須采用圓弧樣板檢測圓度，而且要確保圓筒縱向接口不能錯邊超差，控制1 mm內，且要保證圓筒端口邊緣對齊。將圓筒縱焊縫按照焊接工藝規范焊好并檢測合格，然后再上輥板機進行校正圓度，保證圓度在3 mm內，符合要求后在筒體兩端用米字撐固定。

3.3 法蘭與筒體的組裝控制

針對法蘭與筒體的結構特點，選擇以法蘭的加工平面作為基準進行組裝。第一步，制作胎架，將胎架用水平儀掃平，平面度控制在1 mm內。第二步，吊裝法蘭在胎架上，加工平面與胎架緊密貼實。第三步，吊裝筒體與法蘭對口，調整位置，保持接口處錯邊在2 mm內，否則應該用加楔形塊限位調整，在筒體外側邊吊線錘保證筒體垂直度2 mm內，在圓筒均分四個方向測量調整。第四步，到位后在焊縫外側坡口面定位焊接，定位焊接長度為30～50 mm，間距為300～400 mm，定位焊接厚度為5 mm。

3.4 剛性固定控制變形

針對法蘭與筒體的結構特點，若采用反變形法控制焊接變形不容易實現，但反變形量不好確定。可以考慮采用剛性固定法，因為法蘭與筒體對接，焊接會產生一定的角變形，于是考慮將法蘭+筒體組裝件兩件背靠背組裝成一體，即將兩件法蘭貼合在一起，采用定位焊縫連接固定，確保牢固（見圖2）。采用這種方法，一方面焊接一個法蘭對另一個法蘭的剛性固定作用，控制焊接變形，保證法蘭的端面平面度，另一方面這樣加長結構的總長，保證結構穩定性，可以在滾輪架上焊接，提供最佳的焊接位置和焊接條件，確保焊接質量。

圖2 法蘭筒體兩件定位焊固定

3.5 焊接過程控制

1）焊接方法。采用富氬氣體保護焊在內側打底焊接，用埋弧焊填充蓋面。富氬氣體保護焊焊絲采用ER50-6，焊絲直徑為Φ1.2 mm，保護氣體為80%Ar+20%CO2；埋弧焊焊絲采用H10Mn2，焊絲直徑為Φ4.0 mm，配合焊劑采用SJ101，焊劑使用前須經300～350 ℃烘焙 1～2 h，150 ℃保溫待用。

2）焊前準備。焊前清除坡口內及坡口兩側50mm范圍內表面油漆、油污、鐵銹、水漬、氧化皮及氧化渣等影響焊接質量的雜物。

3）預熱。焊前在待焊位置采用火焰進行分段加熱，控制溫度120～150℃，預熱的范圍應大于焊縫母材兩側各100 mm，在此區間內任意點的溫度都要滿足要求。采用焊前預熱，一方面降低焊接應力；另一方面降低應變速率，即降低了變形速率，能有效地預防焊接裂紋的產生。

4）焊接。焊接是要注意控制焊接順序，先焊接內側打底焊縫，采用富氬氣體保護焊，減小熱應力變形，再焊接一層埋弧焊，內側焊接兩層后在外側進行碳弧氣刨清根處理，并用打磨機將滲碳層打磨干凈，避免在焊接時出現裂紋或者夾渣等缺陷。接著進行外側焊接兩層再焊接內側蓋面。法蘭與筒體環縫焊接工藝參數見表1。

表1 焊接工藝參數

5）焊縫應連續施焊，一次焊完。如中間需停止施焊，根據實際情況可以采取石棉布整體或局部保溫，重新施焊前必須將焊接位置再加熱到預熱溫度[1]。

5 結語

通過對轉盤法蘭筒體組對焊接工藝的控制，可以有效控制焊接變形和保證焊縫的質量，法蘭的平面度可以控制在3 mm內，焊縫可以一次性通過超聲波探傷Ⅰ級標準，提高生產合格率，大大減少校形工作量以及減少機加余量，提高勞動生產率，降低成本，為企業取得較好的綜合效益。

（編輯：劉楠）