一種大型結(jié)構(gòu)件的制作工藝

李靜宇 張杰義 孫宇航

河南衛(wèi)華重型機(jī)械股份有限公司 長垣 453400

近年來，國家生態(tài)環(huán)境部下發(fā)了《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》，要求加快推進(jìn)鋼鐵行業(yè)超低排放改造，從根本上扭轉(zhuǎn)鋼鐵行業(yè)高能耗、高污染的形象，在提升行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的同時(shí)為員工創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，有效保障員工的職業(yè)健康安全，提升周邊環(huán)境的空氣質(zhì)量。國內(nèi)冶金行業(yè)多家知名單位正在進(jìn)行超低排放改造項(xiàng)目的立項(xiàng)和實(shí)施驗(yàn)收，大型冶金起重機(jī)作為鋼廠企業(yè)配套項(xiàng)目，市場訂單量激增。

1 結(jié)構(gòu)形式

20世紀(jì)末以來，國內(nèi)起重機(jī)生產(chǎn)單位結(jié)合冶金起重機(jī)高工作級(jí)別、大起升載荷量、使用環(huán)境特色性強(qiáng)等特點(diǎn)及國外針對(duì)大型冶金起重機(jī)成熟設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將320 t以上的冶金起重機(jī)主減速器與主起升車架設(shè)計(jì)成整體式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中減速器箱體采用焊接結(jié)構(gòu)，相對(duì)質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，集成剛性好，提升主小車整體結(jié)構(gòu)剛性，減少受載變形量，且保證在調(diào)運(yùn)載荷下的車架與減速器的變形系數(shù)一致，有效避免減速器受載變形引起的漏油、箱蓋裂紋等問題，同時(shí)降低起重機(jī)的整體高度和質(zhì)量，節(jié)約廠房制造成本。該減速器整體設(shè)計(jì)長度10.6 m、內(nèi)部寬度0.44 m，全部采用厚板焊接結(jié)構(gòu)，空間狹小、焊接填充量大，主要問題有焊接變形及應(yīng)力集中、加工基準(zhǔn)找校困難、加工精度不易控制等。

2 工藝控制要點(diǎn)

該減速器設(shè)計(jì)在車架的一側(cè)，屬于不對(duì)稱結(jié)構(gòu)（見圖1），焊接后極易造成車架扭曲狀態(tài)，影響其他位置的加工尺寸要求。因此，焊接前必須進(jìn)行各加工點(diǎn)的定位和余量評(píng)估，選擇合理的加工基準(zhǔn)。

圖1 減速器結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 焊后檢測

焊后檢測主要包含尺寸檢測和減速器箱體滲漏檢測兩方面，焊接變形引起的尺寸超差主要采用火焰校正，減速器箱體開口處采用工藝撐（角鋼）固定。減速器焊縫除保證探傷要求外，還需進(jìn)行煤油浸泡試驗(yàn)，焊縫外側(cè)刷涂石灰水，查看是否存在滲漏點(diǎn)，若有應(yīng)及時(shí)刨開返修，并重復(fù)進(jìn)行探傷和滲漏檢驗(yàn)。

2.2 熱時(shí)效處理

裝爐前將減速器上蓋沿車架體長度方向扣放在車架面板上，車架下墊支撐，空間高度不小于300 mm，車架懸空長度不大于600 mm，工件在150℃下裝爐，爐內(nèi)溫升小于50 ℃/h，升溫至600℃～620℃時(shí)進(jìn)行保溫，4 h后進(jìn)行隨爐降溫，速度不大于30 ℃/h，當(dāng)爐溫降至150℃以下時(shí)工件出爐，并隨空氣冷卻至室溫，此次時(shí)效處理以消除焊接應(yīng)力為主。

2.3 粗、精加工

粗加工過程主要以消除焊接變形量為主，加工前進(jìn)行劃線，受條件限制，國內(nèi)制造廠在大型結(jié)構(gòu)件加工前劃線方面很少有專門的空間坐標(biāo)系，成熟的方法是在經(jīng)緯儀、水平儀以及全站儀組合下進(jìn)行局部—整體—局部的測量和劃線，粗基準(zhǔn)為減速器箱體中分面及兩側(cè)面。由于減速器箱體內(nèi)端面不加工，劃線過程需慎重選擇中線位置，避免產(chǎn)生軸承座孔內(nèi)止口余量不足和裝配干涉的情況，粗加工過程中留單邊精加工余量1.5～2 mm（車架整體剛性強(qiáng)，吊裝引起的變形較小），轉(zhuǎn)序過程中工件應(yīng)支平，不允許有懸空情況，精加工過程前必須進(jìn)行二次時(shí)效處理，并按機(jī)床精度進(jìn)行精加工參數(shù)的補(bǔ)償。

3 過程控制方法及問題處理方案

3.1 焊接過程控制方法

該車架屬不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，減速器側(cè)焊接量大，為優(yōu)化受力結(jié)構(gòu)，減速器下支撐梁焊接前應(yīng)進(jìn)行下料預(yù)拱，尺寸參照1.5L/1 000 mm執(zhí)行（L為減速器長度）。焊接采用雙面不等尺寸U形坡口，并采用U形盤刀進(jìn)行銑削加工成型。注意大型防變形工裝的應(yīng)用（見圖2），采用剛性較強(qiáng)的型鋼制作成框架結(jié)構(gòu)，既防止變形且空擋區(qū)便于施焊。

圖2 防變形工裝示意圖

3.2 車架扭曲變形控制

車架按部件在平臺(tái)上組焊成型，局部校形后組成框架結(jié)構(gòu)，加工焊接過程的檢驗(yàn)，及時(shí)調(diào)整施焊順序。車架扭曲變形不大于L/1 000 mm，下支座底面取平，并控制厚度值不小于25 mm。

3.3 加工過程控制

車架整體高度尺寸作為自由尺寸，允差參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，優(yōu)先保證減速器及車架下支座底面加工余量，軸承座端面厚度差值小于5 mm，內(nèi)止口厚度尺寸不小于10 mm。按照受載仿真，車架最大變形量為2 mm，故下支座底面內(nèi)傾角度正切值≤0.000 9。

4 結(jié)論

隨著冶金行業(yè)的快速發(fā)展，高度自動(dòng)化、集成化的大型冶金鑄造起重機(jī)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇，提升制作效率及質(zhì)量是行業(yè)成熟發(fā)展的必然。目前大型冶金起重機(jī)整體減速器制作尚未有完整的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，本文通過對(duì)該減速器制作工藝優(yōu)化過程的跟進(jìn)及長期的應(yīng)用驗(yàn)證總結(jié)，細(xì)化整理成一些制作工藝過程標(biāo)準(zhǔn)要求，為大型冶金起重機(jī)行業(yè)增質(zhì)、增效、節(jié)能發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。