实腹式工字型大型吊车梁制造工法

实腹式工字型大型吊车梁制造工法作者介绍：方才银同志1984年毕业于抚顺石油学院炼机系，现任金属结构厂压力容器工艺责任师，高级工程师。该同志有着丰富工艺设备设计审核经验，除负责审核球罐、再生器、气柜、外取热器等各类塔、罐压力容器非标设备制造工艺文件及各装置钢结构方法审核外，还参加了槽车修复方案、天津乙烯冷箱气密试验方案、双相不锈钢设备制造及我国第一台多管式第三级旋风分离器等项目标攻关。该文所编写工法被评为98年度总企业级（二级），该工法是作者处女作。一、序言焊接实腹式工字型吊车梁广泛应用于各种工业厂房重级工作制吊车梁系统中，它是吊车梁系统中关键构件。经典吊车梁系统如图1所表示，经典吊车梁结构型式如图2所表示。吊车梁不但承受一定静载，还承受因为吊车运行而产生动载，它制造质量不但影响整个结构外形和承载能力，而且关系到厂房内人身和设备安全。所以《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-95）对焊接实腹式吊车梁制造质量要求相当严格，而要实现这些质量指标，关键是控制吊车梁制造变形和焊接质量。我厂采取“自动焊与手工焊相结合，预测控变形与矫形相结合”制造工艺，成功地制造了大量焊接实腹式工字型吊车梁。达成了质量要求，并创造了良好经济效益和社会效益。制动板或制动桁架制动板或制动桁架辅助桁架吊车梁辅助桁架吊车梁下翼板水平支撑下翼板水平支撑图1吊车梁系统示意图111-1（a）突缘支座111-1（b）平板式支座图2吊车梁经典结构示意图二、工法特点1、本工法采取予测控变形和矫形相结合工艺，以予控变形为主，从工艺上控制制造质量，降低了制造成品矫形后遗症。2、本工法采取流水线作业，专用胎具组装，劳动组织合理，易于形成系列化产品。3、质量轻易控制，工期短，经济效益好。三、适用范围1、本工法适适用于各种规格、材质焊接实腹式工字型吊车梁。2.石油化工装置中管廊、框架及工业炉H型钢类立柱、横梁制作可参考执行。四、工艺程序及关键点1、工艺程序吊车梁不论规格大小、材质怎样，因为其结构基本相同，其制造工艺基本一致，吊车梁制造工艺流程为：材料检验→板材酸洗除锈→零部件下料和翼腹板配料→翼腹板拼接坡口加工→拼接缝组焊→拼接缝焊后矫形→拼缝检验→翼腹板宽度方向下净料→翼板侧弯矫正→翼腹板组对成工字型→工字梁长角焊缝焊接→翼板倾斜及平面度矫形→角焊缝检验→筋板及连接板位置划线→筋板与梁组焊→筋板焊后矫形→连接板组焊→梁长度划线切割→端板组焊→矫形→钻孔位置划线→钻孔→总体检验。2、工艺关键点1）翼板下料简图工序说明β焊后β(a)焊后拼缝切割后(b)(c)因为翼板长度随跨度而定，通常较长。其宽度都较窄，下料时，先把宽板组焊（V型坡口）拼焊成长板，然后切割成条板，条板宽度方向下净料，长度方向则下毛料（长度方向两边各留1520mm余量）。翼板宽度方向下净料时选择合理切割方式，以降低弯曲变形产生，这包含尽可能多地采取多台切割机同时进行切割，或者在单台机切割时，采取板两头各预留150～200mm长先不切割，如图3所表示。若板料较长，宜在中间也留出150～200mm长先不切割，待冷却后再逐块切割，从而控制因切割引发翼板侧弯变形。150～200150～200150～200150～200图3单机切割翼板时侧弯变形控制图2）腹板下料简图工序说明③②①①257①③②①①257①对于腹板来说，其宽度通常比翼板大许多，所以腹板通常先将窄板对接（V型坡口）拼焊成宽度基本相同几块板，再对接拼焊成长条板，如图所表示焊接次序，然后进行切割宽度方向成净料，长度方向下毛料（长度方向两边各留1520mm余量）。腹板宽度方向下料加宽4～6mm，主要考虑了长角焊缝焊接引发腹板宽度方向收缩量，该值可按实测值选取或应用公式计算，用以防止焊接造成吊车梁高度超差可能。腹板下料时，实施予起拱方法，对于跨度12米以下吊车梁，予起拱量f为L/1000～L/，L＇=1500mm；对于跨度12米以上吊车梁予起拱量f为L/1500～L/，L＇=mm，见图4所表示。其目标是为了控制工字梁筋板焊接及火焰矫形上翼板倾斜而引发拱度改变。注：翼腹板长度方向两边各留15～20mm余量，这主要是考虑三道主要工序在翼、腹板长度方向引发收缩而制订。fL′fL′LL图4腹板予起拱示意图3）组对工字型简图工序说明工字梁丝杠支架组对工字型胎具示意图利用工字型组对胎卧式组对，胎具应预先找平，胎具每2m左右布置一个组对点，先将腹板置于胎具上，调整好尺寸，然后将翼板置于胎具上，检验翼腹板组对尺寸和彼此垂直度，点焊成型。4）工字梁长角焊缝焊接简图工序说明焊机焊机工字梁长角焊缝焊接示意图工字梁设计要求，上翼板与腹板连接处采取K型熔透焊；下翼板与腹板连接处采取T型贴角焊。K型、T型接头均采取埋弧自动焊进行船形位置焊接。长角焊缝焊接前，实测侧弯、拱度、扭曲改变情况，据测量结果经过改变长角焊缝焊接次序控制变形。实测拱度值较低时，采取图5中(a)所表示焊接次序。拱度适中时，因为不需提升或降低拱度，按图5中(b)次序焊接。拱度过高时，因为需降低拱度，按图5中(c)次序焊接。上翼板上翼板上翼板1.351.62.33.541.351.62.33.542454212454（a）（b）（c）图5吊车梁控制拱度长角焊缝焊接次序为了控制侧弯变形，吊车梁长角焊缝每种焊接次序先焊一侧均为梁受拉一侧，焊接时各道焊接焊接方向尽可能一致。吊车梁较长时，采取2台以上焊机，同时退步焊来控制梁扭曲变形。如图6所表示。焊接焊接图6吊车梁长角焊缝焊接方向5）筋板及连接板焊接工序简图工序说明筋板焊接下翼板弯曲变形示意吊车梁筋板大部分集中在吊车梁上部，在腹板两侧对称布置，有长筋、短筋、横筋、通长筋板，组焊时，筋板与上翼板连接处要求顶紧，无间隙。施焊时通常采取平焊位置，这么会提升焊接效率，确保焊缝外观质量连接板连连接板接板焊接吊车梁连接板仅布置在吊车梁一侧，该焊缝通常采取熔透焊，焊缝焊接通常在梁矫形后进行。吊车梁长角焊缝焊完后，焊接筋板前应实测拱度和侧弯及扭曲，经过分析实测结果，利用改变焊接次序来控制梁拱度变形，侧弯变形及腹板波浪变形。当实测拱度较高时，采取手工电弧焊焊接筋板，较大地降低拱度；当实测拱度较低时，采取CO2气体保护焊焊接筋板，较小地降低拱度。不过不论哪种焊接方法，均应从梁受拉侧开始焊接，以降低侧弯变形。为防止梁扭曲变形，控制其拱度改变并防止腹板产生过大波浪变形，经过控制筋板焊接次序加以控制，筋板焊接次序如图7所表示。⑥④③②⑤①⑦⑥④③②⑤①⑦⑨⑨⑧⑧图7筋板焊接次序筋板焊接次序说明：①是上翼板与短筋之间焊缝，焊接时，梁立置，上翼板朝下，两侧各设2名焊工，从中间向两边同时开始，采取退步两面对称跳焊法。②是通长筋或长筋板与上翼缘焊缝，焊接方法同①。③是短筋板与腹板焊缝，焊接时，梁卧置，先焊受拉侧，用4名或2名焊工，分区跳焊，以防止热量集中。④是通长筋或长筋板与腹板焊缝，方法同③。⑤是横筋与腹板焊缝，方法同③。⑥是横筋与短筋之间焊缝，焊接时梁立置，方法同①。⑦、⑧分别是刀板焊缝和垫板焊缝，在梁齐头后焊接。⑨是通长筋与下翼板相连焊缝，在刀板、垫板焊后进行。另外，筋板焊接在条件许可情况下，尽可能防止将一侧焊缝一次焊完，以防止产生过大侧弯变形。筋板焊后，焊接制动连接板前应实测侧弯、拱度，在对称型吊车梁结构制造时，连接板宜置于梁受拉一侧。另外，在拱度不符要求时，应将拱度矫正合格后再组焊连接板。6）矫形矫形主要采取机械和火焰矫形，如钢板和拼缝矫正采取平板机或滚板机或千斤顶局部处理，上翼板平面度，宜采取工字型调直机进行矫正，而翼板倾斜度、腹板波浪变形及梁侧弯变形过大时，宜利用火焰矫正，加热温度控制在850℃以下，加热位置视情况而定。加热处加热处比如：长角焊缝焊接后，工字梁翼缘往往发生图8所表示三种变形，矫形时首先选取工字型调直机将翼板调平，如图9所表示，然后再用火焰调整翼板与腹板之间垂直度（无工字型调直机，可按图8所表示加热处进行热矫）。加热处加热处加热处加热处加热处加热处加热处加热处(a)(b)(c)图8加热处加热处图9对于吊车梁侧弯变形，按图10所表示加热受拉一侧，并成三角形烤矫。图10对于腹板波浪变形，采取点状加热来矫正，加热点分布在产生波浪部位。五、主要施工机具以一条生产流水线为例，所需机具以下：序号设备名称规格型号数量备注1工字型矫正机H=500～3000mm翼板厚δ≤46，宽b=200～10001自制2组装胎具长L=27000宽=30001自制3工字型吊车焊接胎L=270002自制4H型钢切割机15硅整流自动焊机ZPG6～100016直流埋弧自动焊机MZ-1～100017直流焊机A×5～500148半自动切割机CZ-3049摇壁钻床Z-3040110桥式吊车20t2六、质量标准1、焊接实腹式工字型吊车梁施工执行国家《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-95）。2、焊接实腹式工字型吊车梁质量指标见下表：焊接实腹式吊车梁允许偏差项次项目允许偏差示意图H1H梁跨度L偏差-5mmL2L端部高度（H）：H≤2mH≥2m±2.0mm±3.0mmL3L起拱度偏差：L≤24mL>24m±L/5000(不得下挠)+L/10004两端最外侧安装孔距离±3.0mmf2f15f2f1侧弯矢高（Δf）扭曲（梁高h）≤L/且≤10mmh/250b1-1L11L6b1-1L11L腹板局部不平度（Δf2）δ<14mmδ≥14mmΔf2≤3L/1000Δf2≤2L/1000q7q翼缘板倾斜度（q）≤2.0mm8吊车梁上翼缘与轨道接触面不平直度≤1.0mm七、劳动组织以一条流水作业线为例，铆工20～24人，电焊工14～16人，气焊工4～6人，起重工4～6人，天车工3～4人，油工2～3人，机械工、钻工2～3人。八、安全注意事项1、参加施工人员必须熟悉工作内容、施工程序、检验要求，并严格按方法要求施工。2、拼接后钢板较长，在翻板时应用翻板勾子并依照起吊板重量选取翻板勾子吨位和数量，可与扁担配合使用。3、吊车梁立置时，应用斜支撑固定牢靠，严防倾倒。4、火焰调直区周围，禁止放置易燃易爆物品，液化气罐应放在阴凉且无明火处。5、加高固定钻床，应有钻孔平台和护栏杆，行走用铺设轨道应设有车档。6、各岗必须恪守安全操作规程。九、效益分析本工法采取了予测控方法，降低了吊车梁制造过程中所产生变形，这么不但大大降低了专门矫形，还防止了像吊车梁高度收缩变形满足不了设计要求现象，并提升了工作