大型龙门起重机箱型梁变形控制措施.doc

大型龙门起重机箱型梁变形控制措施陈前银1概述 大型龙门起重机主梁为钢箱形梁,并采用全焊板系结构,即将钢箱梁划分成若干类纵横加劲的板单元构件在工厂预制,然后分段组装焊接成箱梁,现场总装合拢场地逐段吊装上胎架焊接成整体,因此钢箱型梁的几何精度要求极高,而几何精度取决于焊接收缩变形的控制。 2主梁结构 我公司承接海洋石油工程(青岛)有限公司船坞上方800T185M龙门起重机制作和安装工作,主梁为双梁结构,主梁跨度为185m。主梁采用梯形双梁结构,梁高:12000mm,上翼缘板宽11960mm,上翼缘宽度4660mm,下翼缘板宽3000mm,为了利于减轻自重,翼缘板及腹板在长度和高度方向上采用不同厚度的钢板。主梁由36段标准段组成。主梁主要用材料为Q345C的钢板制造。 3变形因素 3.1焊接方法。钢结构的焊接连接通常采用手工弧焊、CO2气体保护焊、埋弧自动焊等焊接方法(包括针对不同焊接接头形式选用的施焊工艺参数)。因这些焊接方法输入的热量不同,引起的焊接残余变形量也不同。钢结构焊接常用的几种焊接方法中,除电渣焊以外,埋弧焊热输入最大,在其他条件如焊缝断面积等相同情况下,收缩变形最大,手工电弧焊居中,CO2气体保护焊最小。 3.2焊缝截面积的影响。焊缝截面积越大,冷却时收缩引起的塑性变形量越大,焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的,而且起主要的影响,因此板厚相同时,坡口尺寸越大,收缩变形越大。 3.3接头形式。在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方面等因素条件相同时,不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。例如T形接头和搭接接头时,其焊缝横向收缩情况与堆焊相似,其横向收缩值与角焊缝面积成正比,与板厚成反比。对接接头单层焊时,横向收缩比堆焊和角焊大,在单面焊时坡口角度大,板厚上、下收缩量差别大,因而角变形大。双面焊时随着坡口角度和间隙的减小,横向收缩减小,同时角变形减小。 3.4焊接层数的影响。 3.4.1横向收缩:在对接接头多层焊接时,第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律,第一层以后相当于无间隙对接焊,接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似,因此,收缩变形相对较小。 3.4.2纵向收缩:多层焊接时,每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多,加热范围窄,冷却快,产生的收缩变形小得多,而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束,因此,多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多,而且焊的层数越多,纵向变形越小。 3.5热输入的影响。一般情况下,热输入大时,加热的高温区范围大,冷却速度慢,使接头塑性变形区增大。 3.6焊接顺序。对于一个立体的结构,先焊的部件对后焊的部件将产生不同程度的拘束,其焊接变形也不相同。 4焊接残余变形控制措施 4.1龙门起重机设计跨度大、结构复杂、板厚、焊接量较大,为了减少焊接应力,尽量减少焊缝截面积(指熔合线范围内的金属面积)。因此,除设计时尽可能避免焊缝密集、交叉,还要考虑在施焊时尽量减小焊缝截面积,在得到完整、无超标缺陷焊缝的前提下,尽量采用较小的坡口尺寸(角度和间隙)。 4.2厚板焊接时尽可能采用多层焊代替单层焊。 4.3在满足设计要求情况下,纵向加强肋和横向加强妥的焊接可采用间断焊接法。 4.4双面均可焊接操作时,要采用双面对称坡口,并在多层焊时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。 4.5T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝。 4.6采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。 4.7采用钢性夹具固定法控制焊后变形。 4.8采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形,如H形纵向焊缝每米长可预留0.50.7mm。 4.9对于长构件的扭曲变形,主要靠提高板材平整度和构件组装精度,使坡口角度和间隙准确,电弧指向或对中准确,以使焊缝角度变形和翼板及腹板纵向变形值与构件长度方向一致。 4.10在焊缝众多的构件组焊时或结构安装时,要采取合理的焊接顺序。 4.11应遵循纵向焊缝同向焊接,同类焊缝对称焊接,先中间后两边,先里边后外边的焊接原则,多人焊接时采用分段退焊的原则。 4.12焊接前及打底焊接时,不可随意切除固定马板。 4.13优先选用CO2气体保护焊接,以减小焊接变形。 5焊接应力的控制措施 构件焊接时产生瞬时内应力,焊接后产生残余应力,并同时产生残余变形,这是不可避免的现象。对于一些本身刚性较大的构件,如板厚较大,截面本身的惯性矩较大时,虽然变形会较小,但却同时产生较大的内应力,甚至产生裂纹。因此,对于一些构件截面厚大,焊接节点复杂,拘束度大,钢材强度级别高,使用条件恶劣的重要结构要注意焊接应力的控制。控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布,其控制措施有以下几种: 5.1减小焊缝尺寸:焊接内应力由局部加热循环而引起,为此,在满足设计要求的条件下,不应加大焊缝尺寸和层高。 5.2减小焊接拘束度:拘束度越大,焊接应力越大,首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接,尽可能不用刚性固定的方法控制变形,以免增大焊接拘束度。 5.3采取合理的焊接顺序:在焊缝较多的组装条件下,应根据构件形状和焊缝的布置,采取先焊收缩量较大的焊缝,后焊收缩量较小的焊缝;先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝,后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。 5.4降低焊件刚度,创造自由收缩的条件。 6T形钢焊接变形的控制 6.1为了控制焊接的变形,将两个T型梁的剖面板相靠卡到一起,放到一个可转动的胎架上施焊。 6.2施焊前检查一下T型梁腹板的垂直度,如果附合公差要求,就采用两个焊工在两侧同时施焊两条角焊缝,在1、2的部位上每焊完一遍检查一下垂直度,直至完全焊好,然后旋转180再焊另一个T型梁,施焊前如果发现腹板的垂直度超出公差,则先焊一些角焊缝,将腹板的垂直度校正好后,再同上述一样进行焊接。 6.3两个T型梁全部焊好,待完全凉透后,再将卡具全部拆除。 6.4专职检查人员在T形梁的施工过程中,对上述的各个工序随时进行抽查,修正施工误差,待T型梁凉透拆除卡具后由检查组人员对每个T型梁进行检查记录,附合公差的打上标记予以检收,对超差的亦打上标记,进行下步的热校,对长度方向翘曲的超差在正中间处加垫,校正好后验收合格。 7片单元焊接变形的控制 7.1对于单侧有纵肋的板单元采用反变形焊接是一种较为理想的控制焊接变形的方法。 7.2通过以往的生产实践表明,我们设计的反变形胎,实现了板单元焊后基本能够达到技术要求,只要稍加火焰修整,板单元的平面度就能完全符合内控标准。 7.3对于单侧有纵肋及球扁钢的板单元,焊接时从中轴线附近先中间后两边,先里边后外边的焊接原则。当焊缝分布对称时,应有偶数焊工对称地施焊;当焊缝分布不对称时,应先焊接焊缝少的一侧,多人焊接时采用分段退焊的焊接方法控制变形。 8段单元焊接变形的控制 8.1通过合理的焊接顺序来控制焊接变形,在胎架上不再做反变形设置,具体焊接顺序按下图试行,首制段结束后根据实际情况再作调整。 1、2、3#为下侧板在平台两两相拼后上胎架后拼接成整个侧板的拼接焊缝。4#为隔板组件和下侧板的角焊缝。5、6、7#为上侧板在平台两两相拼后上胎架后拼接成整个侧板的拼接焊缝。8#为隔板组件和上侧板的角焊缝。9#为隔板组件和上侧板的角焊缝。10#为隔板组件和下侧板的角焊缝。11#为上板和下侧板的角焊缝。12#为上板和上侧板的角焊缝。13、14#为侧板内和二层板的角焊缝。15、16#为侧板外和底板的角焊缝。8.2梁段焊接顺序:为保证梁段的外形和几何尺寸,防止产生过大的内应力,梁段的焊接应分步进行,并根据焊缝分布规律,以中轴线为基准,遵循先内后外、先下后上、由中心向两边的施焊原则。优先选用CO2焊方法,同时尽量采用陶质衬垫单面焊双面成型的焊接工艺。 8.3片单元组对时,采用陶瓷衬垫单面焊双面成形的焊接工艺,根据片单元拼板板厚预留间隙68mm,并做相应的反变形控制措施,然后用马板固定好,粘上陶瓷衬垫后迅速焊接,在一定程度上预防了收缩变形和角变形。 8.4组装顶板时,必须精确预留横隔板焊接收缩量,控制箱体高度。 8.4.1焊接工艺控制:底板:采用二道CO2气体焊打底,平焊;二道埋弧自动焊盖面,平焊 顶板:采用二道CO2气体焊打底,平焊;二道埋弧自动焊盖面,平焊 斜底板:采用二道CO2气体焊打底,平焊;二道埋弧自动焊盖面,平焊 横隔板:CO2气体保护焊23道,平焊 8.4.2焊接横向收缩变形的补偿:根据测试经验及分析,钢箱梁制造过程中采取一定措施对焊接横向收缩量予以补偿:顶板、底板、斜底板等单元下料宽度比设计尺寸放宽3mm,即纵基线两侧每侧放宽1.5mm。横隔板单元件长度放长2.0mm;考虑焊接收缩变形的离散性以及顶板、底板总拼时多道焊缝引起收缩变形误差的累积,在面板和底板边缘处各留一块板单元件配切宽度。大拼装焊接变形的控制 9其它控制措施 除了以上工艺措施外,在施工中,还应控制好焊接之外的影响因素,如组装精度,坡口大小,环境温度,吊装、翻转等人为因素。 9.1组装精度:组装质量直接影响结构质量和变形大小,因此,施焊前应认真检测各部位尺寸,特别是各道焊缝的坡口组装质量必须符合图纸要求。 9.2为了防止吊装、就位和翻转时产生变形,必须增加和加长组装焊点以及进行必要的加固和支撑。在焊接上下翼缘T形接头时,应使其处于自由状态,并要防止因自重而产生扭曲及角变形。 9.3焊前应根据环境温度和接头形式进行予热,并保持层间温度,焊后注意缓冷。 9.4焊接时,应及时用风锤锤击焊缝,以消除应力,减少变形。 10焊接变形矫正 焊件制作过程中,尽管采取了相应的预防措施,控制和减少了不同程度的变形,但少量的残余变形再所难免,变形的程序也不一样。下面介绍几种常用简单的矫正方法。 10.1使用锤击法矫正T形接头及拼板接头的角变形,即通过锤击焊缝来延展焊缝及其周围的压缩变形区域的金属,从而达到缓解焊缝残余应力变形的目的,操作简单,方便灵活,即可消除焊缝及热影响区的密度,提高焊接接头的强度,改善焊缝性能。 10.2合理地选择矫正部位,如翼缘板T形接头部位及上下翼缘板、腹板拼接对接接头的角变形。 10.3矫正区域的划分与矫正顺序。矫正区域