1190E鉆塔局部變形損壞的校正與檢修

辛 旭

(神華準格爾能源有限公司設備檢修中心，內蒙古 薛家灣 010300)

山特維克礦山機械公司生產的1190E鉆機，目前在國家能源準能集團公司黑岱溝和哈爾烏素兩大露天煤礦主要負責鉆孔爆破作業工作，完成巖石爆破前的鉆孔。其良好的運行狀態，直接影響著兩大露天煤礦的作業效率和生產效率。1190E可采取牙輪鉆進或潛孔式鉆進的作業方式，在其作業過程中由加長和加高的鉆塔為提供堅固耐用的支撐，確保其他部件實現穩定的運行，保障鉆桿的高轉速的運行，且提供更大的扭矩以及軸壓力，實現更高的穿孔效率。

1190E鉆塔由厚壁方鋼管和U型L型鋼焊接而成，是結構復雜的典型框架構件。由于設備運行年限的增加以及較大的作業強度，導致1190E鉆塔的部分主梁和測量、軌道等部件多處發生扭曲，產生撓度變形，力學性能下降，強度降低。部分焊縫開焊嚴重，直接影響到了鉆塔上其他附件的運行，甚至增加了其他部件的故障率。因此，對鉆塔進行加固強化大修時產生檢修的迫切需要。

1 檢修方案的確定

由于鉆塔損壞嚴重，檢修項目較多，需要將鉆塔運至大型結構件焊接檢修廠房進行大修，為確保鉆塔的檢修質量和效率，生產檢修技術人員依據安全生產標準化工藝流程，首先對其進行了檢修方案確定，尋找可替換的檢修用料及不同損壞情況的檢修工藝方案。確保鉆塔在最短的時間內，用最低的檢修成本，恢復到最佳的使用狀態。

1.1 鉆塔主梁的撓度檢修

經檢修人員現場測量和鑒定，鉆塔的主梁材質無法被生產現場的型材進行替換，且測量后確認鉆塔主梁只是在局部發生了撓度變形損壞，其主體材質尚未達到疲勞極限，經去撓度檢修后加固，可以繼續使用，且不影響其他部件的運行。因此，決定采取機械與火焰校正的方式進行去撓度檢修。

1.2 加強梁的損壞檢修

鉆塔的主梁發生撓度變形的同時，與其相連的加強梁多處存在撕裂損壞、焊縫開裂、扭曲變形等損壞形式，導致材質力學性能下降，且多處曾經多次被焊接檢修其材質已經達到疲勞極限，無法繼續使用，此類損壞決定采用德國進口厚壁“□”型鋼管進行替換檢修。

1.3 鉆塔滑塊軌道的檢修

鉆塔滑塊軌道經現場檢修人員測量，其局部即存在撓度變形，也存在扭曲和撕裂損壞，且生產現場并無正好尺寸的U型鋼材進行替換，結合滑塊的工作狀態分析，確定通過德國進口槽鋼一側與U型軌道對接，可以滿足滑塊工作運行要求。因此，決定采取局部更換槽鋼的檢修方案。

1.4 裂紋的處理

伴隨著局部變形損壞的出現，鉆塔部分構件在焊縫及其周邊甚至在其他部位均出現了不規則的裂紋，針對這些裂紋，檢修人員計劃通過碳弧氣刨切割補焊的方案進行修復，以確保焊縫質量以及焊縫處的力學性能達標，加固鉆塔。

1.5 鉆塔的加固強化

由于鉆塔的整體穩固性，對1190E鉆進影響較大，是設備正常高效作業的保障，故在損壞部件檢修修復后，檢修人員將采取增加主梁及側梁強化拉筋的方式對鉆塔進行修復，從而強化整個鉆塔的強度。

2 檢修方案的實施

2.1 主梁的撓度校正

鉆塔的主梁經過測量，其撓度前后未變形處的跨度尺寸為1 730mm。撓度變形處最大跨度尺寸為1 830mm。由于主梁周邊連接有加強拉筋及其他附件，且鉆塔整體為架構式構建件，無法在不拆卸的情況下進行修復，故需要先對其進行拆解。

①由于鉆塔局部已經發生變形，故檢修人員需要觀察主梁所處位置，對入廠后的鉆塔進行放置穩固，同時在使用氧氣乙炔進行火焰切割前，先確定需要切割的部位，同時判定切割過程中是否會發生彈性應力釋放現象，避免生產安全事故的發生。同時還要對鉆塔的承重部位進行強化支護，支護可采取千斤頂支撐的方式，目的是防止在主梁的拆卸切割過程中，由于受力變化導致鉆塔產生二次變形損壞。②經過檢修人員的強化支護和精心拆解，主梁順利從鉆塔上分離出來，且整個15 m長的鉆塔，在失去主梁后，前后撓度差值僅為10 mm，在允許誤差范圍內。③主梁為厚壁“□”型鋼，其主要變形為產生撓度，但伴隨著一定的扭曲變形。故在其校正過程中要先焊制矯正平臺，便于安放液壓千斤頂，如圖1所示。在校正過程中，按照撓度由大到小的順序找出對應的幾個施力點進行校正，校正是先利用火焰烘烤的方式對型材的應力進行釋放消除，同時利用1個或2個千斤頂進行找點施力校正，千斤頂施力時要慢速進行，或施力和卸力交替進行。校正過程中禁止周邊站有其他檢修人員，防止因千斤頂施力導致墊塊飛出，發生打擊事故。④主梁校正完成后，要對其進行回歸鉆塔的復位焊接，考慮主梁的壁厚為8 mm，故對接處焊縫采取V型坡口雙面成型施焊操作，焊接前對主梁的對接焊縫兩側20 mm范圍內進行打磨，直至露出金屬光澤。對接焊縫完成后，對焊縫的余高進行打磨至0 mm，為起到主梁對焊縫進一步強化加固的作用，采取了四面加焊高強度鋼板的方式，增加主梁壁厚。在兩根主梁的組對過程中，要保證其平行度誤差跨度距離小于7 mm。

圖1 主梁的機械校正

2.2 加強梁的修復

由于加強梁損壞后，基本不具備修復價值，即使校正焊接修復也無法保證其能夠滿足強化要求。因此，此類加強梁都采用德國進口厚壁“□”型鋼管進行替換檢修，從而確保鉆塔整體的穩固性能和強度。由于加強梁的檢修焊口較多，且布局規范，只需要保證有序且正確施焊，減小應力產生概率，保證對主梁變形的影響降到最小。

鉆塔的焊接方法采用半自動 CO2氣體保護焊，進行多層多道全位置焊接，因為此種焊接工藝應用到型鋼焊接時，其熔深大，熱影響區小的優點將得到凸顯。焊接所選用美國赫伯特的藥芯焊絲TM-771，因為其適用于碳鋼半自動焊，立仰焊性好，深坡口內脫渣好，多用于船舶修造及鋼結構焊接，焊接參數的選擇見表1。

表1 鉆塔焊接參數的選擇

由于CO2氣體保護焊的優點是生產效率高，焊接變形小、能耗少、適用范圍廣、抗銹能力強、機動靈活操作簡單、焊接綜合成本低。缺點是飛濺較大。因此，在施焊操作過程中要注意控制焊接飛濺，選取合適的焊接參數、控制好焊槍角度。

由于加強梁最鉆塔的整體強度和穩定性起著重要的作用，因此在焊接過程中要結合其所處的位置不同，選擇合理的焊接順序，避免對主梁產生較大的應力作用，導致主梁發生變形，或產生應力集聚，在上機運行過程中出現損壞。焊接過程中要盡量采取對稱焊接的方式，及時清除焊接缺陷，確保連接焊縫的焊接質量。

2.3 滑塊軌道的檢修

滑塊軌道為U型槽結構，其損壞部分為撕裂損壞，變形嚴重，無法進行修復，且生產現場并無標準尺寸的U型材料進行替換，因此，在檢修過程中，經技術人員確認，其工作過程中U型槽對于滑塊只起到限位和導向作用，而每側的U型槽只有單邊與滑塊接觸，只要確保U型槽的接觸邊能夠恢復標準尺寸，滑塊就可以正常運行。

選擇單邊滿足標準尺寸的厚壁5 mm槽鋼進行替代損壞嚴重無法修復的部分滑塊軌道。檢修過程中優先確保滑塊接觸邊的尺寸對接，對接焊縫施焊完成后要對其進行余高的打磨處理，確保滑塊軌道接觸面平滑。

局部有微小變形的軌道，采取機械校正與火焰校正相結合的方式進行檢修，確保滑塊接觸面恢復水平尺寸，對于微小裂紋要進行打磨坡口處理，然后重新施焊加固，并將余高打磨至軌道接觸平面，確保滑塊的順利運行。

2.4 裂紋的處理

針對鉆塔部分構件在焊縫及其周邊出現的不規則撕裂或焊縫開裂的裂紋，主要采取碳弧氣刨清根，在利用角磨機進行打磨，確保焊口處兩側露出金屬光澤，去鐵銹等雜質，最后進行焊縫的填補施焊操作，確保焊縫無氣孔、夾雜等缺陷。若撕裂后對接口距離較寬，則在補焊完成后，對填補焊縫進行打磨處理，直至能夠平穩的在外側焊接加強板，勇于強度加固。

由于鉆架結構的復雜性，為確保其上面附屬部件的有效運行，因此在幾種損壞形式的檢修修復過程中，檢修人員應著重注意以下幾點：①由于修復工藝多為施焊操作，要注意避免焊接應力的產生以及重點部位應力的釋放，從而減小鉆塔的變形概率，同時由于變形梁的拆卸過程中要注意氧乙炔的切割站位，避免因存在應力堆積；②鉆塔的強度是確保鉆塔附屬部件有效運行的保障，因此要在修復過程中對鉆塔進行強度加固處理，提升鉆塔材質因多年有效運行而導致的強度失效減弱，提升鉆塔修復后的使用壽命；③鉆塔附屬部件軌道的修復，要減小軌道的變形量，使其盡量恢復為原值，誤差不能超過7 mm，且焊縫處余高為0 mm，確保滑行平穩。

3 結論

1190E鉆塔經檢修修復后，順利完成了其附屬部件的安裝，并且滿足其附屬部件的運行條件，鉆塔的整體強度得到了有效修復，裝機投入生產使用后，無任何返修故障出現，焊接處無裂紋產生，且此次檢修有效縮短了1190E鉆機的停機時間，增加了鉆塔的使用壽命，避免了更換新鉆塔而產生的成本費用，為企業提質增效近50萬元。