裝船機行走臺車平衡輪架裂紋修復技術

劉達味

（河北港口集團港口機械有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

秦皇島港股份有限公司九分公司10 號裝船機于2005 年正式投產使用，設計起重能力8000 t/h，整機系統由走行、臂架俯仰、伸縮、溜筒、電氣等系統組成。裝船機正常使用過程中，經設備點檢發現部分結構部件焊縫出現裂紋，隨即對大車、主梁、臂架、臂架滑輪支座等關鍵部位進行應力測試和磁粉探傷檢查，發現大車二級平衡梁耳板根部普遍出現裂紋，用戶采取裂紋尖端鉆止裂孔，重點監測增加點檢頻率等措施。鑒于部分裂紋擴展有加速趨勢，為保證設備使用安全，按照GB/T 6067.1—2010要求，必須修復才能繼續使用。

1 技術方案

裂紋的出現有施工缺陷和應力集中2 種原因。裂紋直接補焊不是最終的解決辦法，必須分析原因，采取加固措施，防止裂紋再次發生。由于裂紋發生部位較多，需分析原因，采取合理的加固措施，才能施工。針對設備結構開裂情況，采取兩種維修方案進行對比。

1.1 裂紋原因分析

圖1 應力云圖

經CAE 分析可知耳板根部有應力集中，達到165 MPa，此處屬于高應力區，在裝船機啟動和制動工況下應力波動最大，由焊接過程中的微小裂紋擴展，最容易產生疲勞裂紋，與實際情況相符。

1.2 加固方案比較

方案一：采用等厚鋼板與腹板和耳板對接加固方式（圖2）。

圖2 等厚鋼板與腹板和耳板對接加固方式

方案二：采用腹板邊緣貼翼緣板的加固方式（圖3）。對兩種加固方式建模并使用CAE 分析比對，分析結果如圖4 所示。

圖3 腹板邊緣貼翼緣板的加固方式

圖4 CAE 分析比對

對比顯示，方案一解決了應力集中在耳板根部的問題，最大應力在平衡梁鉸點下方，為101 MPa，焊接施工要求現場對接，焊接要求較高，在腹板內部對接焊縫存在焊接應力，應注意去應力處理。另外，由于板厚12 mm，受壓，穩定性較差。且與厚板接頭達到鋼結構規范要求的1：3 的斜度，不容易實現。如果在耳板開破口過渡到薄加固板，勢必削弱耳板強度，得不償失。

方案二蓋板與腹板接頭處仍然存在應力集中，達到108 MPa，雖然應力稍大，但可以通過接頭增大圓角過渡，打磨拋光等措施加以克服，又解決了焊接難題，加固效果較好。此方案需拆卸下一級臺車，影響停機時間。

通過加固方案對比得出結論：

（1）兩種方案通過應力集中部位的加固處理，最大應力從165 MPa 降低到100 MPa左右，從而大幅度降低了焊接微觀缺陷擴展到宏觀裂紋的風險。

（2）為獲得最短的停機時間，采用第一種施工方案，但需對方案做出調整以保證不拆卸臺車完成焊接施工。采取對接焊縫開單邊V 形破口，內部貼陶瓷襯墊的焊接防腐。對厚、薄板對接處，采用堆焊、打磨方法，保證1∶3 的坡度防止應力集中。

2 施工方案

2.1 裂紋位置確定

利用磁粉和超聲波探傷儀器對海側和陸側2、3 級平衡梁對應部位進行探傷，對門架立柱與端梁連接焊縫進行探傷，確定裂紋位置和數量。

2.2 大車平衡梁卸載

裝船機臂架抬起，停靠在錨定坑位置錨定，大車制動，行走輪下放置鐵鞋。行走斷電，保留維修和照明電源。平衡梁正下方放置兩個200 t 千斤頂，將陸測大車頂起，部分行走輪可以轉動即可停止頂升，如圖5 所示。

圖5 頂升位置

2.3 裂紋處理

用磁粉探傷法確定裂紋根部位置，使用手槍鉆在裂紋延伸方向8 mm 處鉆止裂孔，尺寸Ф10 mm 鉆透。用炭弧氣刨沿裂紋清理出55°坡口，用角磨機打磨清楚焊縫周圍油漆、氧化皮、積炭。

門架立柱與端梁聯接處焊縫裂紋，直接用炭弧氣刨清理裂紋，清理出55°坡口，用角磨機打磨清楚焊縫周圍油漆、氧化皮、積炭。

2.4 加固施工

現場拼接加固肋板，加固板和母板坡口按圖6a）制作，注意拼接技術要求：新舊肋板錯口不大于1 mm，邊緣平齊錯口不大于1 mm，對接焊縫端部使用引弧板。第一遍打底焊接要求單面焊，背部成型好。

門架立柱與端梁聯接處焊縫，坡口按圖6b）制作。焊縫填充要求：小電流多遍焊接，嚴格按工藝施焊。焊接后立即用小錘或除銹槍敲擊去除焊接應力。

圖6 坡口形式

裂紋修復焊縫采用短弧小電流焊接盡量減小熱變形，焊接嚴格按焊接工藝執行，采用退焊法，盡量快速的進行焊接。一層焊接完以后，隨即用氣動除銹槍或小錘輕輕敲擊焊縫，去除藥皮，以減少殘余應力。在焊接第二層時，按與第一層焊接方向的反方向進行，可使焊縫中的收縮應力大大減少。盡量使焊縫為順滑的坦式外形。引弧板用氣割割去，不得用敲擊方法拆去。焊接余高0～1 mm，焊接均勻平整。陶瓷襯墊焊接示意如圖7 所示。

圖7 陶瓷襯墊焊接示意

需要注意的是，由于施工中的焊接變形的存在可能導致車輪啃軌現象，很難處理，要求焊接施工嚴格按工藝施工，同一平衡梁兩側焊接施工同時進行，減少變形不對稱情況發生的概率。

打磨焊縫要求用角磨機打磨飛濺物，對接焊縫余高不大于1 mm，打磨平整。角焊縫打磨圓滑，肋板邊角倒圓R5 mm。所有焊縫拋光磨亮。

2.5 焊縫檢驗與無損檢測

對要求焊透的焊縫清根后必須經檢驗員認可方能施焊，焊高、焊縫成形、焊縫外觀必須符合要求。對接焊縫二端焊縫引出長度必須達到40 mm。對探傷焊縫探傷報驗前必須做好清潔工作和咬邊的修補，以證探傷合格率。全部焊縫無損探傷，UT100%達到GB II 級要求。對經探傷檢查不合格焊縫要及時返修，做好焊縫位置施焊者的記錄存檔。

2.6 試車

拆除頂升千斤頂，恢復錨定、防風拉索鉤部件，清除軌道上的雜物和運行黃線內車輛。大車通電運行試車，行走全程應無異響、無啃軌。

3 創新點及關鍵技術

采用CAE 技術對裂紋產生的原因進行了診斷，并對加固方案進行分析比較，確定合理、可行的施工方案和改進方法。采用陶瓷襯墊法+藥芯CO2焊絲焊接工藝，解決了單面焊接雙面成型的現場施工困難，確保了焊接質量。焊接施工中用頂升法卸載平衡梁壓力，并嚴格采用相同焊接規范對稱焊接，減少焊接變形，防止啃軌現象的發生。縮短工期近5 d，確保了生產任務完成，提高了經濟效益。

4 結論

方案選擇創新，圖紙設計嚴謹細致，經過優化完善，合計縮短工期5 d。產值效益45 萬元，工期效益38.4 萬元。減少故障停機時間和計劃停機時間，提供設備完好率，提高裝卸效率。

通過認真、緊張的施工，確保了工期進度和施工質量，使用中未發現啃軌現象。在裝船機、堆料機、取料機等采取同樣的施工方案，圓滿地解決了裂紋缺陷，消除安全隱患。