200噸門式起重機主梁制作質量控制

胡光隆

中國石油天然氣第六建設有限公司 廣西欽州 535008

我司采購的一臺200噸門式起重機，由于運輸條件限制，起重機廠家委托我方在安裝地點現場建造起重機門架鋼結構。本臺200噸門式起重機跨距51520mm，主梁底高25193mm，起重機門架鋼結構重約283噸。起重機為雙主梁、大跨度龍門式起重機，由門架結構、上下小車、起重運行機構、電氣控制系統等組成。其中門架結構主要由雙主梁、A字型剛性腿、人字型圓管柔性腿和行走機構組成。結構形式見圖1：

圖1 200噸門式起重機結構圖

1 主梁概況

主梁是起重機結構的主要受力部件，是大型起重機鋼結構制造的關鍵。200噸起重機主梁為箱形雙梁中間對稱結構，總長為54622mm，總寬為7681mm，梁高為3737mm，重177噸，主要由板厚8～18mm的板材組成。主梁分14個箱體預制，單邊梁12個箱體，單個箱體長8500～10000mm，寬1770mm，高3737mm，最重箱體約13噸；2個端梁箱體，長4188mm，寬2460mm，高3732mm，重分別為10.5和6.6噸。箱體分為上翼緣板、左腹板、右腹板、下翼緣板四片。

2 主梁制作工藝流程：詳見下圖2

圖2 主梁制作工藝流程

3 主梁箱體的尺寸要求

箱體的旁變值≤15mm；箱體對角線差≤3mm，雙梁對角線差≤15mm；箱體上翼緣板水平偏斜值≤7mm；腹板垂直偏斜值≤18mm；箱體扭曲度≤10mm；主梁腹板的波浪度以1m平尺檢測，離上翼緣板H/3以內不應大于0.7t，其余區域不應大于1.2t（t為板厚，0.7t=7mm，1.2t=12mm）；主梁翼板的波浪度以1m鋼板尺檢查不大于3mm，兩肋板之間不大于8mm。

主梁滿負荷后拱度不得小于36mm，考慮到起重機進行型式試驗對吊車產生的影響，制造時主梁預拱度取值為1.4S/1000=72mm，主梁自重下撓度13mm，再考慮到焊接變形，因此，在拱度方向上給定30mm的修正變形量，即整體組裝拱度按115mm考慮（理論成型預拱度+自重下撓度+焊接變形修正）。采用腹板弧形下料的方式形成主梁的拱度。

4 焊接要求

門架所有焊縫采用二氧化碳氣體保護焊或者鎢極氬弧焊，焊絲為E501T-1（φ1.2）及ER50-6（φ2.0），焊接參數見表1：

表1 焊接參數

焊接時要嚴格控制焊接線能量的輸入，在保證焊透和焊縫無缺陷的前提下，應盡量采用小的焊接熱輸入量，小電流，快速焊，多層多道不擺動操作，避免局部焊縫過熱，對變形產生不利影響。

5 下料預制

翼板、腹板在寬度方向下料時應按+3～+5mm的正偏差，長度方向下料時應按+15～+20mm的正偏差進行下料以補償焊接收縮量及主梁起拱時的調節量。

承軌T型梁是用H型鋼400×400×13×21mm沿腹板中心線分兩片平分制成，H型鋼切割前應劃切割線，整根型鋼切割線與中心線偏差不得大于1.5mm，切割打磨完后整個切割面直線度偏差不得大于1mm，T型梁翼板平面度不得大于1.5mm，彎曲度不得大于0.1%，且小于10mm，如平直度超標可用型鋼矯正機進行矯正。

內部肋板用CAD軟件按1:1放樣后，采用數控切割機分2瓣對稱下料。肋板的寬度尺寸只能小不能大（小1mm左右），長度尺寸可允許有一定的誤差（±2mm以內）。肋板的4個角應為90°，尤其是肋板與上翼板聯接處的兩個角更應嚴格保持直角，以使裝配后主梁的腹板與上翼板垂直，同時主梁在長度方向上不會發生扭曲變形。

拼板及二次下料：主梁腹板寬度為3700mm，考慮到主梁預制拱度（拱度A=107）的需要，需在腹板下料時將主梁腹板拱度一同號料出來。根據腹板材料規格，需進行拼板。拼板前必須矯正鋼板的平面度，拼縫錯邊量不得大于1mm，焊完后每米平直度不得大于2mm。拼焊時拼縫兩端各留300mm不焊，這樣利于箱體間的組裝，待箱體組對接長后再焊接。腹板拼焊采用分段退焊的方法，每段焊縫長度為200mm，采取了兩種預防焊接變形的控制措施，一種是剛性固定，即在大坡口一側焊接防變形加強板，大坡口焊接完后需翻轉清根，清跟前觀察其變形量，根據變形量控制清根深度，以此減少總的焊接變形量。寬度小于2m的拼板可以用矯平機壓平，寬度大于2m的拼板變形采用火焰矯正，此兩種矯正變形的方法均可以將焊接變形調整至公差范圍內。腹板拼焊調平后進行二次下料，用氣割左右對稱切割兩側腹板，以防止主梁兩側腹板尺寸不同，引起主梁的扭曲變形。

6 主梁組對焊接

6.1 單個箱體組對焊接

首先將下翼板調平，平鋪在平臺上，并劃出各板的安裝位置線。再將一側的腹板點焊固定在下蓋板上，點焊長度50mm，間距500mm，同時注意保證腹板與下蓋板的垂直度，并在腹板上劃出各肋板的位置線，然后將肋板及角鋼分別與腹板及下翼板進行點焊。然后將另一側腹板上各肋板的位置線劃出，然后與下翼板、肋板及角鋼點焊固定。接著組裝上翼板、T型梁、角鋼。為方便后續箱體間組對工作，應畫出腹板和翼板寬度方向中心線并將其引到外壁。

箱體兩端對接口腹板之間用臨時支撐固定，預防焊接翹曲變形。這是單個箱體焊接時變形最大的地方，加支撐后可以減少變形量。如變形不可避免，在箱體接長時，用斜尖、卡具施加外力然后再用火焰矯正。

焊接時先焊T型梁與腹板、翼板相交的焊縫，這樣既可減少T型梁的縱向彎曲變形，又使得T型梁和腹板成為一個整體，從而有效降低腹板的局部翹曲，接著焊腹板與翼板的相交的長焊縫，焊接順序為中間向兩端焊接，采用對稱焊接和分段退焊的方法，每段焊縫長度為200mm，最后焊接肋板以及角鋼與腹板、翼板的角焊縫。

檢查箱體組裝幾何尺寸，包括上翼緣板的水平偏斜值、腹板垂直偏斜值、肋板安裝位置偏差、肋板垂直度、箱體對角線等。需要注意的是由于肋板存在下料及組對偏差，箱體兩側腹板及上翼板不可以直接靠上肋板組對點焊，要用線墜打垂直或水平尺打水平后測量好箱體對角線，才可以點焊加固。焊接完成后對整個箱體的幾何參數進行檢查。

6.2 主梁箱體之間組對焊接

組裝前用全站儀找出主梁縱向及橫向的中心線，將平臺的縱向中心線標出（垂直于大車軌道），在平臺上焊好橫、縱向的限位板。組對的箱體吊裝到平臺上以后，將箱體臨時固定，用導鏈和千斤頂將箱體移動到位，進行兩分段之間合攏口的組對。接著將全站儀架在大車軌道與平臺縱向中心線兩端的基準點上，按全站儀顯示的數據調整兩個箱體，使兩個箱體的縱向中心線準確就位，然后將水準儀架在主梁的上翼緣板，從中心向兩邊每2m測量一個水平值，調整箱體兩端標高，確保箱體拱度在偏差范圍內。同時為了滿足主梁安裝后盡量外凸而不是內凹的要求，箱體內側高度不得低于箱體外側，且高差不大于7mm。

箱體就位經檢驗合格后將兩分段完全固定，焊縫兩側每600mm焊接一個加強肋板進行固定。分段合攏口余量切割完、開好坡口后，用磨光機把距焊口兩側50mm范圍內的鐵銹、油漆、熔渣、飛濺、油污等清除干凈。

焊接順序：先焊上、下翼緣板的對接焊縫，同時仰焊，仰焊完后再焊平焊，這對保證主梁的上拱度有好處，接著焊腹板之間的對接縫，最后焊翼緣板和腹板之間的焊口。焊接過程中，采用2名焊工同時、對稱地從中間向兩邊分段退焊，以防止主梁發生扭曲變形。雙梁宜同時焊接，可邊焊接邊測量，根據過程控制結果，及時調整焊接順序及相關參數。

中間兩個箱體段是整個主梁的跨中段，是其它分段合攏就位的基準段，要實時觀測它們的軸線、拱度以及沉降，一旦發現問題及時調整，為后續箱體的接長提供可靠的依據。主梁焊接前后應對主梁整體成型拱度、總跨度、主梁扭曲值、主梁旁變值、上翼緣板的水平度及雙梁對角線差等幾何參數進行檢查測量，并控制在標準要求內。

7 焊接變形及矯正方法

焊接是一個局部加熱的過程，焊接過程中的收縮會引起結構件的各種變形和殘余應力[1]。大型箱體結構件焊接過程中常見的焊接變形有：收縮變形、扭曲變形、角變形、波浪變形。

焊縫變形預防措施：下料預留余量、采取合適的焊接工藝、采取合理的裝配焊接順序、反變形法、剛性固定法。

焊接變形矯正：火焰矯正，加熱溫度控制在600～800℃之間，可采用點狀、帶狀和三角形加熱的方法[2]，矯正時可適當進行錘擊或施壓，不可澆水冷卻，避免矯正過量，避免同一位置重復加熱，避免在應力最大處加熱；機械矯正，主要針對拼板變形，可選擇矯平機或卷板機進行矯正，一般尺寸較小的拼板可以采用。

8 主梁成型質量情況

主梁制造完成后，約請設計單位共同驗收，經過測量得出的數據均符合設計及標準要求[3]。

9 結語

200噸龍門起重機主梁制作通過控制下料尺寸，選擇合理的焊接工藝和裝配焊接順序，采取反變形法，剛性固定法，火焰矯正法，機械矯正法等糾正預防措施，是可以有效地控制大箱體結構件的焊接變形和組裝尺寸。起重機安裝完成后，進行各項檢驗試驗均能達標。