朱 丹

(中國二重集團(tuán)公司市場本部，四川 618013)

由于西氣東輸?shù)软?xiàng)目的實(shí)施，國內(nèi)大口徑直縫焊管的需求量大幅上升。為了適應(yīng)市場需要，中油寶時(shí)順鋼管公司新上了一條從德國引進(jìn)的直縫埋弧焊管JCOE 成型機(jī)生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線的機(jī)械部分由中國二重集團(tuán)公司承制。

1 JCOE 成型機(jī)的結(jié)構(gòu)及制造難點(diǎn)

JCOE 成型機(jī)由頂部、底部和兩個(gè)中間部分組成，通過預(yù)應(yīng)力拉桿連接在一起。中間和頂部部分有上梁的導(dǎo)向裝置，保證上梁在整個(gè)彎曲行程中不會對導(dǎo)向裝置造成任何破壞。下梁的導(dǎo)向裝置固定在底部框架上，保證下梁的橫向定位，防止在彎曲成型過程中下梁的扭轉(zhuǎn)，下梁被固定在控制臺一側(cè)。通過結(jié)構(gòu)分析，認(rèn)為框架及液壓油箱是生產(chǎn)線的制造難點(diǎn)，對此進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)。

2 框架的加工

成型機(jī)區(qū)域中框架為鋼結(jié)構(gòu)件。兩個(gè)結(jié)構(gòu)件為箱形梁結(jié)構(gòu)，凈重分別為220 t 和227 t。外形尺寸為:長15 540 mm，寬3 000 mm，高4 300 mm。主要鋼板厚度為80 mm、120 mm、140 mm。鋼板材質(zhì)為Q345-D。

框架的焊接加工有以下難點(diǎn):

(1)超高、超長、超重。結(jié)構(gòu)件長度約15.5 m，高度4.3 m，毛重分別達(dá)到235 t 和240 t，是我公司歷史上承接的最重結(jié)構(gòu)件。

(2)焊接工作量和焊接難度均非常大。一臺結(jié)構(gòu)件消耗焊絲約為5 500 kg。焊縫質(zhì)量等級為最高級B 級。全焊透焊縫100% UT，所有焊縫100%MT，而95%的坡口焊縫都為全焊透焊縫。

(3)工件剛性好，焊后幾乎無法進(jìn)行校正。因此只能靠焊前和焊接過程中采取合理措施防止變形。

為此，我們做了大量的技術(shù)準(zhǔn)備工作。首先進(jìn)行工藝評定、埋弧焊評定，對焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了檢驗(yàn)，并與母材進(jìn)行對比。下料時(shí)也要考慮準(zhǔn)確性和低成本。具體采取了以下措施:

(1)下料均采用數(shù)控氣割。

(2)件1 底板(140 mm×2 804 mm×15 555 mm)和件4、件5 腹板(70 mm×4 050 mm×14 320 mm)由于板寬和板長所限，采用三接一和四接一。收縮量考慮兩個(gè)方面:一是接料收縮量，二是焊接收縮量。收縮總量按鋼板長的千分之一計(jì)算。

(3)采用不對稱X 形坡口埋弧焊焊接，從而保證大厚板接料后基本平直。

(4)考慮到件1 底板四個(gè)角圓弧中心的中心距若偏差過大會對裝焊精度和焊后精加工有較大的影響，因此這四個(gè)圓弧在接料后進(jìn)行二次號割。

(5)裝配時(shí)為了更好的保證各板之間的相對位置，選擇了立裝方案，但要確保足夠的安全系數(shù)。需要準(zhǔn)確計(jì)算焊接件的重心，以便確定吊耳位置，保證起吊安全。

(6)全部鋼板裝焊好后在5×17 m 數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行機(jī)加工。

通過以上措施保證了工件的所有技術(shù)要求，經(jīng)外商檢驗(yàn)合格。在沒有試裝配的情況下，在現(xiàn)場一次吊裝成功。

3 油箱的加工

油箱是JCOE 成型機(jī)的重要液壓裝置。其外形尺寸為2 000 mm×2 300 mm×8 000 mm，內(nèi)部布置40 余根各種管道。材質(zhì)為0Cr18Ni9。油箱重量共計(jì)12 t。由于使用板材較薄，因此設(shè)計(jì)在外側(cè)板成型20 個(gè)U 型槽以提高整個(gè)箱體的剛度，外觀要求極高。

3.1 制造難點(diǎn)

(1)外形尺寸大，采用厚度為6 mm～10 mm的鋼板焊接，變形大且不易矯正。

(2)不銹鋼側(cè)板及端板上需分別成型U 形槽，在成型過程中的吊運(yùn)變形及不銹鋼成型的回彈系數(shù)都難以確定，一旦成型后產(chǎn)生變形，矯正很困難。

(3)油箱焊縫外觀要求高且密封試漏。所用的18-8 型不銹鋼材料在焊接過程中容易造成結(jié)晶裂紋，膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱率低，焊接應(yīng)力也很大。

(4)油箱箱體內(nèi)部安裝有40 根不同直徑與形狀的管道。在總裝過程中，部分尺寸發(fā)生干涉，個(gè)別焊縫需全位置焊接，焊接難度大。

3.2 解決措施

針對以上生產(chǎn)難點(diǎn)，通過可行性論證，提出以下解決措施。

(1)外形尺寸、變形及不銹鋼成型控制

首先確保備料尺寸及形位公差精度。鋼板的外形尺寸采用機(jī)加方法獲得，確保后續(xù)裝配過程中裝配間隙一致。

所有零件在備料后必須進(jìn)行平直工序。裝配過程中預(yù)留焊接反變形量，為減少焊接變形提供必要條件。采用合理的焊接方法及焊接順序，采用雙人對稱分段跳焊法，減少因焊接而造成的變形。

根據(jù)不銹鋼成型回彈系數(shù)設(shè)計(jì)U 型槽成型工裝，見圖1。通過對試驗(yàn)件的實(shí)際測繪確定回彈量，最后確保成型效果。

(2)確定不銹鋼焊接工藝

為了保證焊接接頭及外觀質(zhì)量，同時(shí)保證該件的生產(chǎn)進(jìn)度，采用鎢極氬弧焊(TIG)焊接所有管道，采用管狀焊絲氣體保護(hù)焊(FCAW)焊接其他油箱焊縫。

管道TIG 焊選用0Cr21Ni10?2.5 mm 焊絲。裝配間隙為2 mm～4 mm，對管狀焊絲氣體保護(hù)焊進(jìn)行了焊接工藝評定:4 件側(cè)彎無裂紋;熱影響區(qū)硬度為200HBW，焊縫區(qū)硬度為198HBW，母體材料硬度為160HBW，兩件試樣均未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕傾向。

圖1 成型工裝簡圖Figure 1 Sketch drawing of formed workholders

對于40 根各種形狀及尺寸的管道，要確定出各管道的裝焊順序，以避免總裝時(shí)管道與相關(guān)件發(fā)生尺寸干涉，導(dǎo)致最終無法裝配。

4 結(jié)束語

JCOE 成型機(jī)是目前我廠承制的最大不銹鋼構(gòu)件。在工藝準(zhǔn)備過程中，充分考慮了材料的特殊性，成功地解決了不銹鋼材料的成型問題。針對構(gòu)件，選擇了合理的焊接方法，并成功地應(yīng)用新工藝對不銹鋼構(gòu)件進(jìn)行了焊接。在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，保證了焊接收縮及變形在控制范圍之內(nèi)，達(dá)到了設(shè)計(jì)圖紙的要求。JCOE 成型機(jī)順利達(dá)產(chǎn)并獲得了用戶的好評。