設備鋼結構制造難點及控制要點

孫陳晨 姜金泉

上海建工（江蘇）鋼結構有限公司 江蘇 海門 226116

設備鋼結構一般是指大型設備中的鋼結構部分。對于成套設備來說，設備鋼結構是最主要的受力承載部分，在結構上起到穩定性作用，在功能上起到機械、電氣、液壓設備配合載體作用。其不僅要滿足承載要求，同時也要滿足不同系統精密配合連接的要求，以保證整個設備系統的使用功能。

從加工角度而言，設備鋼結構的加工制作與精密鋼結構類似，介于普通結構件（對加工要求不高）與精密機械加工（要求加工較精細）之間。設備鋼結構一般包含較多的構件種類，外形特殊且有些構件尺寸較大，薄板件也相對較多，部分構件需用整體機加工來保證尺寸要求。因此，不管是加工制作，還是后續的表面處理、油漆涂裝、包裝發運等，相對于常規鋼結構，均具有一定的挑戰性。

另外，對于這種設備類鋼結構，為保證現場安裝精度，工廠須進行2D/3D預拼裝，避免后續在現場出現結構局部干涉、連接面孔位不一致等無法安裝的情況，并通過有效的加工控制手段，從而保證現場安裝精度。

1 工程概況

本項目位于秘魯南部，客戶方為德國ThyssenKrupp，項目執行規范為美標AWS D.1.1—2015，總工程量約2 000 t。項目主要分為三大區域：belt feeder（帶式給料機）、spile bar（篩選機）和in plant（傳送帶框架）。典型結構如圖1所示。

圖1 工程三大區域典型結構

此類皮帶機類設備鋼結構項目的結構類型繁多且復雜。本項目中溜槽、料斗、抽屜式框架等構件設計要求內部均安裝耐磨板，因此，對車間單構件制作精度、群孔尺寸精度把控、耐磨板安裝孔加工精度等的要求更加嚴格。

2 結構制作難點

1）該項目主結構各部件之間設計均采用法蘭螺栓連接的節點形式，因此，對法蘭接合面的平面度控制、接合法蘭面的密貼情況以及螺栓孔同心度加工控制的要求較高。

2）由于溜槽及料斗主結構板較薄、結構設計筋板較多，因此，焊接量較大，薄板焊接變形控制難度較大。

3）由于結構需要傳輸礦石類堅硬材料， 因此項目中溜槽及料斗結構內側設計要求布滿耐磨板，且耐磨板與耐磨板之間要求安裝間隙均勻，設計間隙理論要求6 mm。耐磨板均采用螺栓固定在結構上，結構尺寸較大，且受焊接及矯正變形等諸多因素影響，因此，保證大面積的鉆孔精度以及鉆孔后耐磨板安裝間隙的難度較大。

4）料斗結構尺寸較大，且結構分為上、下兩層（下層由兩半片法蘭連接而成），因此，結構整體焊接變形控制以及尺寸控制的難度較大。

5）結構中厚3 mm以下的薄板表面處理難度較大，常規沖砂介質容易產生結構波浪變形，且板材較薄，無法采用火工矯正。

6）設備鋼結構安裝件相對較多，如防護網片、薄板結構件、機加工件、不銹鋼結構件、耐磨板、甲供件等，增加了項目實施過程管理的難度。

3 典型結構加工工藝流程

3.1 溜槽結構加工方案

考慮溜槽結構特殊，且主結構板較薄、筋板較多，因此，考慮采用先做成片體單元結構形式，然后再進行組裝焊接。車間加工具體流程如下：零件準備（打磨待裝配焊接區域）→畫線、裝配筋板→片體單元焊接→小組件制作→最終裝配、焊接（圖2）。

圖2 溜槽結構加工流程

溜槽連接法蘭鉆孔流程：在結構裝配焊接完成之后，根據實際測量尺寸，以結構中心為基準，整體畫線鉆法蘭連接孔。

3.2 料斗結構加工流程

料斗結構（上側料斗1件、下側料斗2件）的制作思路：先做片體單元，再裝配焊接。為保證上、下料斗連接法蘭開檔尺寸一致，避免出現連接法蘭錯邊、上下料斗外形尺寸不一致的情況，制定如下加工方案：先裝配焊接上側料斗，再將上側料斗倒放在水平胎架上，以上側料斗下法蘭面作為胎架面，裝配焊接下側料斗，最終完成結構總拼焊接（圖3）。

圖3 料斗結構加工流程及現場

溜槽鉆孔流程：連接法蘭部分采用零件鉆孔，上側料斗上法蘭待結構焊接完成后整體畫線鉆孔（圖4）。

3.3 耐磨板安裝孔加工流程

為保證耐磨板與結構孔的同心度以及安裝間隙滿足規范要求，同時避免設備拐角處耐磨板安裝時干涉，特制定耐磨板安裝孔加工流程如下：結構制作檢驗合格后，根據結構實測尺寸畫線，并進行角落處耐磨板試裝，檢驗耐磨板孔與畫線基準偏差（若產生偏差，則對畫線進行調整），檢驗合格后拆除耐磨板并整體鉆孔，并100%整體試裝耐磨板。

4 加工過程控制要點

4.1 薄板結構變形控制要點

由于溜槽及料斗主結構板較薄，且筋板較多，焊接量也較大，因此，片體平面度難以控制。為控制薄壁結構焊接變形，先將筋板點焊到零件上組成片體單元，再將片體單元背靠背點焊固定，并采取較小的焊接線能量，對稱施焊，分段退焊，再焊接片體單元上的筋板零件，焊接完成后，分開2個板單元（圖5）。經試驗，該加工方案對控制薄板焊接變形的效果較明顯，且片體結構焊接完成后的平面度滿足美標規范結構平面度3 mm/m的要求。

圖5 薄板結構焊接變形控制工藝

4.2 薄板表面處理控制要點

通常情況下，對于板厚小于3 mm的結構件，常規沖砂、拋丸薄板等方法均容易出現波浪變形，且一旦薄板結構出現變形，將無法采用火工進行矯正。為解決這一難題，經工廠試驗證明：對厚3 mm以下薄板采用白剛玉砂或者石榴砂類的非金屬磨料進行掃砂，薄板構件未產生變形，且復測薄板表面粗糙度滿足規范要求（圖6）。本項目采取上述工藝進行薄板表面處理并成功應用，為后續薄板表面處理積累了寶貴的加工經驗。

圖6 薄板表面處理

4.3 不同區域交界面法蘭鉆孔加工控制要點

帶式給料機部分上側料斗與篩選機設計要求螺栓連接，因此，要求工廠先進行預裝，以確保現場安裝螺栓的穿孔率。

由于連接法蘭尺寸較大、連接孔數量較多，如果采用單獨畫線鉆孔，將導致累積誤差較大，最終裝配時容易出現螺栓孔不同心或者螺栓無法安裝等情況，且由于結構形式特殊，不滿足配套鉆孔要求。因此，最終采用定制專用鉆孔模板進行分別配鉆，從而保證螺栓穿孔率要求（圖7）。

圖7 定制鉆孔模板加工現場

預裝完成后，采用比螺栓公稱直徑大0.3 mm的時控器檢查時，通過率為100%，且連接法蘭無錯邊現象，孔位尺寸均滿足安裝要求。

4.4 涂裝過程控制要點

1）對于設備鋼結構而言，不同結構類型需要考慮不同的除銹方案，對于厚3 mm以下的薄板結構件，宜采用石榴石或金剛砂進行掃砂除銹，嚴禁采用拋丸機進行除銹。否則，薄板構件拋丸變形后將無法矯正。

2）構件中的螺紋孔在沖砂油漆前，其內側可采用布條或專用螺紋保護塞塞緊，油漆結束后去除。同時，由質量檢測人員復測螺紋是否有損傷，若有損傷可用絲錐進行回絲，最終涂抹防銹油進行保護。

3）設備鋼結構中的機加工軌道、鋼套、局部不銹鋼件等，在沖砂油漆前可涂抹防銹油保護。

4）對于設計圖紙要求點焊在構件中，最終由現場焊接的甲供件，在沖砂油漆前必須做好保護。但對于特殊結構件及無法沖砂保護的甲供件，根據實際工序情況，可選擇沖砂后裝配焊接或油漆后裝配焊接。

5）為區分不同部位，不同使用功能，通常，設備鋼結構采用的面漆顏色較多。油漆施工時需注意區分，并增加專員復核面漆顏色，防止因顏色做錯造成返工。

5 結語

實踐證明，通過將上述加工工藝方案應用于皮帶機設備鋼結構的車間加工過程，項目在帶筋薄板結構平面度控制、大尺寸連接法蘭平面度及螺栓孔同心度控制、耐磨板安裝孔精度控制、薄板除銹等方面均取得了良好的成果。同時，方案的控制要點總結也為后續類似項目提供了借鑒。