CN118162727A - 一种门座起重机支承环焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种门座起重机支承环焊接方法，通过焊接顺序的控制及焊接位置的变更，减小支承环底板、滚道的焊接变形；通过焊接工艺控制，在保证滚道在焊接过程中不出现裂纹的情况下提高滚道焊缝淬火后的硬度，从而提高滚道面的疲劳强度，将内环底板与滚道预制成组件并通过翻身实现双面焊，另利用支承环构件的自身钢性约束及焊接顺序控制，减小支承环的焊接变形。通过合适的焊材选择及工艺控制，防止滚道焊接产生焊接裂纹及提高滚道的淬火硬度。本发明保证滚道焊缝淬火后能满足设计要求，解决了中碳钢厚板滚道的焊接裂纹问题。

Description

一种门座起重机支承环焊接方法

技术领域

本发明涉及门座起重机支承环的制造焊接技术领域，特别地是一种门座起重机支承环焊接方法。

背景技术

支承环（如附图1）是门座起重机实现正常回转的关键部件，承受转柱滚轮和齿轮频繁改变的径向挤压和倾覆力矩；支承环由滚道、底板、腹板和加强筋板装焊而成（其典型剖面如附图2所示），为提高滚道面的疲劳强度和体现经济性，支撑环的结构通常采用强度高、耐磨性好的中碳钢（如45#钢）与低合金结构钢相组合的方式设计。组合式的支承环焊缝较多，结构焊接变形的控制难度大；另滚道板校厚，且中碳钢的焊接性较差，焊接过程中也容易出现裂纹问题。需进行大量的焊接修补工作和火调工作，导致工期延误和成本浪费。

将内环底板、外环底板上胎拼板开单面坡口进行单面焊接；安装滚道进行滚道拼板及滚道与内环底板的双面焊接；再安装内腹板、外腹板、顶板等构件并进行焊接。底板大量的单面焊会产生较大的角变形和波浪变形需大量的火调矫正工作。内环底板因板厚较大，如采用单面焊，其焊后变形更为严重，故一般采用双面焊方式焊接。但双面焊有一侧是仰焊，受焊接时钢水下淌的影响，焊的仰焊的施焊难度大。为避免滚道焊接过程出现裂纹，滚道在焊接工艺设计时采用强度低配焊材，这会容易导致焊缝经淬火处理后难于达到设计要求的硬度，使得滚道面的疲劳强度难于保证。

以支承环的底板为基面反造，将内环底板、外环底板上胎拼板开单面坡口进行单面焊接；安装滚道进行滚道拼板及滚道与内环底板的双面焊接；再安装内腹板、外腹板、顶板等构件并进行焊接。因支承环底板尺寸及面积较大，不能利用吊车进行翻身双面焊接，所以底板大量的单面焊会产生较大的角变形和波浪变形需大量的火调矫正工作。内环底板因板厚较大，如采用单面焊，其焊后变形更为严重，故一般采用双面焊方式焊接。但双面焊有一侧是仰焊，受焊接时钢水下淌的影响，焊的仰焊的施焊难度大。为避免滚道在焊接过程出现裂纹缺陷，在焊接工艺设计时采用T492T1-1C1型号的药芯焊丝进行低配焊接。经计算，采用45#钢设计的滚道碳当量约为0.55%，焊缝焊后的碳当量约为0.25%，前者的碳当量是后者的2倍，这会使得滚道在淬火后出现基材和焊缝上存在过大的硬度差别，焊缝难于满足设计规定的硬度和疲劳强度要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种门座起重机支承环焊接方法，通过焊接顺序控制及焊接位置变更，减小支承环底板、滚道的焊接变形；通过焊接工艺控制，在保证滚道在焊接过程中不出现裂纹的情况下提高滚道焊缝淬火后的硬度，从而提高滚道面的疲劳强度。

本发明通过以下技术方案实现的：

一种门座起重机支承环焊接方法，其中，包括以下步骤：

步骤S1、装焊顺序设计；先将滚道和内环底板预制成组件，通过在内环底板上增设吊耳，增加预制件翻身环节实现厚板双面对称焊接，用于抵消大部分焊接接头的角变形；将顶板与内筋板、腹板等零件预制成箱体组件，完成内部对接缝、角接缝的焊接，减少仰焊工作量和焊接收缩应力；接着在胎架上以底板为基面吊装滚道预制组件、顶板预制组件、外环底板并定位焊约束，按先对接后角接，先立焊后角焊的焊接顺序施焊；

步骤S2、焊接方法及焊材选用；统一采用半自动药芯焊丝CO2气体保护焊方法焊接，门座起重机支承环的滚道采用45#锻钢，滚道道面淬火后硬度需达HRC45；剩余结构板材采用Q355B钢；滚道的立对接缝采用45#钢同质接头焊接，拟选用与45#钢低配的T556T1-1C1A型号药芯焊丝；滚道与内环底板全熔透角接缝采用45#钢与Q355B钢异质接头焊接，拟选用与Q355B等强匹配的T492T1-1C1型号药芯焊丝；剩余结构板材焊接使用T492T1-1C1型号药芯焊丝；

步骤S3、坡口设计；滚道拼接的立向对接缝拟开设内、外侧2/3深度比的X形坡口，坡口角度为45°；先在滚道对接缝的外侧坡口焊接4层，然后在内侧坡口使用碳弧气刨清根及打磨，待内侧坡口焊接5层后转至外侧焊接5层，如此内、外侧坡口交替完成立向对接缝的焊接；内环底板的拼板对接缝采用对称的X形坡口设计，坡口角度为45°；内环底板与滚道间全熔透角焊缝设计成上、下侧3/2深度比的K形坡口，依托滚道组合件的2次翻身工序及两侧坡口交替焊接均能实现对称平焊焊接，将对接缝设计成单面V形坡口，利用顶板组合件、底筋板、外环板的刚性约束抑制外环底板的焊接变形；

步骤S4、焊前预热及焊后缓冷；对滚道进行焊前预热和焊后缓冷，防止其出现裂纹缺陷；采用内贴电加热片和外加氧-天然气火焰烘烤相结合的方式对滚道进行加热，坡口及两侧50mm范围内使用火焰预热100℃～130℃，层间温度控制在250℃以下；整个环形滚道安排6～8位焊工同时对称施焊，焊后使用保温棉覆盖缓冷，电加热片持续加热至焊接作业结束。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过焊接顺序的控制及焊接位置的变更，减小支承环底板、滚道的焊接变形；通过焊接工艺控制，在保证滚道在焊接过程中不出现裂纹的情况下提高滚道焊缝淬火后的硬度，从而提高滚道面的疲劳强度，将内环底板与滚道预制成组件并通过翻身实现双面焊，另利用支承环构件的自身钢性约束及焊接顺序控制，减小支承环的焊接变形。通过合适的焊材选择及工艺控制，防止滚道焊接产生焊接裂纹及提高滚道的淬火硬度。

附图说明

图1为现有技术中支撑环的结构图；

图2为现有技术中支撑环典型剖面示意图；

图3为本发明实施例滚道拼接的立向对接缝拟开设内、外侧2/3深度比的X形坡口，坡口角度为45°示意图；

图4为本发明实施例内环底板与滚道间全熔透角焊缝设计成上、下侧3/2深度比的K形坡口示意图。

附图标记说明：100-支承环，101-外环底板，102-内环底板，103-滚道，104-底筋板，105-外环板，106-外腹板，107-内筋板，108-顶板，109-肘板，110-针柱环板，111-内腹板。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

以下结合附图3和附图4对本发明作进一步详细说明。

为解决组合式支承环焊接时存在的前述问题，结合现有的设备、场地等资源情况，新设计了门座式起重机支撑环的焊接工艺，从装焊顺序、焊接方法及焊材、坡口设计、焊前预热及焊后缓冷等方面分别考虑。本发明减少了支承环的焊接变形，从而减少火调工作量。本发明保证滚道焊缝淬火后能满足设计要求，解决了中碳钢厚板滚道的焊接裂纹问题。

1、装焊顺序设计

具体的，本实施例方案中，滚道103和内环底板102板厚较厚，分别达70mm和40mm，焊接量大，采用常规单面焊会变形严重。为实现焊缝的双面焊接和避免出现仰焊作业，先将滚道103和内环底板102预制成组件，通过在内环底板102上增设吊耳，增加预制件翻身环节实现厚板双面对称焊接，可抵消大部分焊接接头的角变形。将顶板与内筋板、腹板等零件预制成箱体组件，完成内部对接缝、角接缝的焊接，可减少仰焊工作量和焊接收缩应力。然后在胎架上以底板为基面吊装滚道预制组件、顶板预制组件、外环底板等其它零部件并定位焊约束，按“先对接后角接，先立焊后角焊”的焊接顺序施焊。

2、焊接方法及焊材选用

具体的，本实施例方案中，支撑环滚道、内环底板虽然较厚，但对接缝短且焊接位置多样，不适合自动焊方法的应用，综合考虑支承环的焊接物量接焊缝类型，拟统一使用半自动药芯焊丝CO2气体保护焊方法焊接。

新门座起重机支承环的滚道是45#锻钢，调质状态供货，设计图要求滚道面淬火后硬度需达HRC45；其它结构板材采用Q355B钢，热轧供货。焊材选用优先考虑避免裂纹问题，其次是硬度、强度等力学性能与母材的匹配问题，尽可能减小焊缝与母材之间力学性能的差异。滚道的立对接缝是45#钢同质接头焊接，拟选用与45#钢低配的T556T1-1C1A型号药芯焊丝。滚道与内环底板全熔透角接缝是45#钢与Q355B钢异质接头焊接，拟选用与Q355B等强匹配的T492T1-1C1型号药芯焊丝；其它结构板材焊接使用T492T1-1C1型号药芯焊丝。需要说明的是，焊材选用先满足设计要求，再考虑力学性能与母材的等强匹配。内环底板与滚道的预制及翻身应在制造厂的设备能力范围内实现。

3、坡口设计

具体的，本实施例方案中，70mm厚滚道拼接的立向对接缝拟开设内、外侧2/3深度比的X形坡口，坡口角度为45°（如附图3所示）。附图3中，α=45°，β=55°，a=1-3mm，b=0-3mm，T=70mm，T为滚道的厚度。先在滚道对接缝的外侧坡口焊接4层，然后在内侧坡口使用碳弧气刨清根及打磨，待内侧坡口焊接5层后转至外侧焊接5层，如此内、外侧坡口交替完成立向对接缝的焊接。40mm厚内环底板的拼板对接缝采用对称的X形坡口设计，坡口角度为45°。内环底板102与滚道103间全熔透角焊缝设计成上、下侧3/2深度比的K形（如附图4）坡口，附图4中，α=45°，β=55°，a=1-3mm，b=0-3mm，t=40mm，t为内环底板的厚度；依托滚道组合件的2次翻身工序及两侧坡口交替焊接均可实现对称平焊焊接，可将对接缝设计成单面V形坡口，利用顶板组合件、底筋板、外环板的刚性约束抑制外环底板的焊接变形。

4、焊前预热及焊后缓冷

具体的，本实施例方案中，滚道所用的45#钢属中碳钢，可焊性较差，且滚道厚度达70mm，与内环底板、肘板连接的焊缝数量多，所承受的拘束应力大，需通过焊前预热和焊后缓冷措施来防止出现裂纹缺陷。为提高预热效率和形成较缓和的温度场，采用内贴电加热片和外加氧-天然气火焰烘烤相结合的方式对滚道进行加热，坡口及两侧约50mm范围内使用火焰预热100℃～130℃，层间温度控制在250℃以下。整个环形滚道安排6～8位焊工同时对称施焊，焊后使用保温棉覆盖缓冷，电加热片持续加热至焊接作业结束。

与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过焊接顺序的控制及焊接位置的变更，减小支承环底板、滚道的焊接变形；通过焊接工艺控制，在保证滚道在焊接过程中不出现裂纹的情况下提高滚道焊缝淬火后的硬度，从而提高滚道面的疲劳强度，将内环底板与滚道预制成组件并通过翻身实现双面焊，另利用支承环构件的自身钢性约束及焊接顺序控制，减小支承环的焊接变形。通过合适的焊材选择及工艺控制，防止滚道焊接产生焊接裂纹及提高滚道的淬火硬度。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种门座起重机支承环焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、装焊顺序设计；先将滚道和内环底板预制成组件，通过在内环底板上增设吊耳，增加预制件翻身环节实现厚板双面对称焊接，用于抵消大部分焊接接头的角变形；将顶板与内筋板、腹板零件预制成箱体组件，完成内部对接缝、角接缝的焊接，减少仰焊工作量和焊接收缩应力；接着在胎架上以底板为基面吊装滚道预制组件、顶板预制组件、外环底板并定位焊约束，按先对接后角接，先立焊后角焊的焊接顺序施焊；

步骤S2、焊接方法及焊材选用；统一采用半自动药芯焊丝CO2气体保护焊方法焊接，门座起重机支承环的滚道采用45#锻钢，滚道道面淬火后硬度需达HRC45；剩余结构板材采用Q355B钢；滚道的立对接缝采用45#钢同质接头焊接，拟选用与45#钢低配的T556T1-1C1A型号药芯焊丝；滚道与内环底板全熔透角接缝采用45#钢与Q355B钢异质接头焊接，拟选用与Q355B等强匹配的T492T1-1C1型号药芯焊丝；剩余结构板材焊接使用T492T1-1C1型号药芯焊丝；

步骤S3、坡口设计；滚道拼接的立向对接缝拟开设内、外侧2/3深度比的X形坡口，坡口角度为45°；先在滚道对接缝的外侧坡口焊接4层，然后在内侧坡口使用碳弧气刨清根及打磨，待内侧坡口焊接5层后转至外侧焊接5层，如此内、外侧坡口交替完成立向对接缝的焊接；内环底板的拼板对接缝采用对称的X形坡口设计，坡口角度为45°；内环底板与滚道间全熔透角焊缝设计成上、下侧3/2深度比的K形坡口，依托滚道组合件的2次翻身工序及两侧坡口交替焊接均能实现对称平焊焊接，将对接缝设计成单面V形坡口，利用顶板组合件、底筋板、外环板的刚性约束抑制外环底板的焊接变形；

步骤S4、焊前预热及焊后缓冷；对滚道进行焊前预热和焊后缓冷，防止其出现裂纹缺陷；采用内贴电加热片和外加氧-天然气火焰烘烤相结合的方式对滚道进行加热，坡口及两侧50mm范围内使用火焰预热100℃～130℃，层间温度控制在250℃以下；整个环形滚道安排6～8位焊工同时对称施焊，焊后使用保温棉覆盖缓冷，电加热片持续加热至焊接作业结束。