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1、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800T×185M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。①主梁采用梯形双梁结构,梁高:12000mm,上翼缘板宽11960m
2、m,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。②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
3、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,
4、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
5、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
6、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
7、向收缩变形,如H形纵向焊缝每米长可预留0.5～0.7mm。 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
8、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
