王晶

（承德石油高等?？茖W(xué)校，河北承德067000）

圓形料場堆取料機(jī)環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺組裝及焊接工藝

王晶

（承德石油高等?？茖W(xué)校，河北承德067000）

環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺位于圓形料場堆取料機(jī)下部，承載了上部中心立柱、堆料系統(tǒng)的全部質(zhì)量及刮板取料機(jī)構(gòu)和門架鋼結(jié)構(gòu)的部分質(zhì)量，是整機(jī)設(shè)備的中心支撐部件，也是設(shè)備運(yùn)行過程中旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，對其焊接質(zhì)量要求極為嚴(yán)格。分析某圓形料場堆取料機(jī)環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺的使用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，詳細(xì)闡述制造過程中的焊接工藝、組裝工藝及重點(diǎn)控制細(xì)節(jié)，為保證環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺的整體焊接質(zhì)量以及整機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺；焊接工藝；組裝工藝；控制要點(diǎn)

0 前言

圓形料場堆取料機(jī)是一種連續(xù)、高效的散狀物料裝卸輸送機(jī)械，廣泛應(yīng)用于港口、鋼廠、礦山等[1]。中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺是圓形料場堆取料機(jī)的主要承載部件，屬于環(huán)形大型整體式的準(zhǔn)對稱焊接結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)位于中心立柱下部，與門架鋼結(jié)構(gòu)、刮板取料機(jī)組成堆取料機(jī)的取料系統(tǒng)。環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺由下至上承載了上部中心立柱、堆料系統(tǒng)（堆料臂鋼結(jié)構(gòu)、中部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)中間架、上部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、棧橋支撐平臺、主機(jī)附屬鋼結(jié)構(gòu)等）的全部質(zhì)量以及門架鋼結(jié)構(gòu)、刮板取料機(jī)構(gòu)的部分質(zhì)量。門架鋼結(jié)構(gòu)、刮板取料機(jī)構(gòu)一端鉸接于環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺上，該平臺固定在回轉(zhuǎn)支承外圈上，用螺栓聯(lián)接回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)外圈與中心立柱下部，這一結(jié)構(gòu)使平臺圍繞中心立柱回轉(zhuǎn)，如圖1所示。環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺在360°旋轉(zhuǎn)過程中不僅承載幾百噸質(zhì)量，而且承受來自其上部回轉(zhuǎn)、皮帶機(jī)運(yùn)行和落料、取料機(jī)取料、俯仰等各種不均衡、非周期作用力的綜合影響，受力很不穩(wěn)定，動載大，各種力及它們產(chǎn)生的彎矩、扭矩共同疊加，最終作用于環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺上[2]。因此，環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺是設(shè)備下部穩(wěn)定的基礎(chǔ)，是整機(jī)正常運(yùn)行的必要保障，其制作工藝決定著圓形料場堆取料機(jī)整機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量。

圖1 圓形料場堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure diagram of circular stockyard stacker reclaimer

1 中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺結(jié)構(gòu)

該圓形料場堆取料機(jī)中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺材質(zhì)為低合金高強(qiáng)鋼Q345D，外觀呈環(huán)形，整體尺寸為外口直徑φ5 400 mm、內(nèi)口直徑φ4 202 mm、高度1 850 mm，如圖2所示。該平臺采用全封閉環(huán)形箱型梁結(jié)構(gòu)，上下蓋板為類似環(huán)形圓板，外圍焊有長方形筒體圍板，箱體內(nèi)環(huán)360°均布人孔隔板方便內(nèi)部施焊、控制焊接變形和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)中間焊有部分立柱筒體，筒體底端焊有厚法蘭，待環(huán)形平臺整體焊接完成并檢驗(yàn)合格后利用10 m立式車床加工法蘭平面，最后與回轉(zhuǎn)大軸承螺栓連接。

圖2 中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺三維圖Fig.2 Three-dimensional plot of annular rotating platform

2 焊接坡口形式

中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺焊縫數(shù)量多，焊接質(zhì)量要求高，鋼板平對接焊縫及T型對接處角焊縫的坡口形式對焊接質(zhì)量起關(guān)鍵作用，特別是環(huán)形平臺上蓋板平對接焊縫主要承受拉應(yīng)力，中心立柱筒體與法蘭及筒體與下蓋板T型對接角焊縫在平臺圍繞立柱旋轉(zhuǎn)過程中還會產(chǎn)生扭矩和彎矩。根據(jù)受力關(guān)系及焊接要求，承受拉應(yīng)力、扭矩、彎矩的焊縫必須開坡口，全部焊透且無缺陷，以保證其能承受箱體本身的自重載荷及外界的應(yīng)力載荷。制作時要求打磨清理坡口表面及兩側(cè)30 mm范圍，不得有氧化皮、熔渣、油污及水銹。坡口表面用5倍(含5倍)以上放大鏡進(jìn)行宏觀檢查，不允許有裂紋、分層等缺陷[3]。由于該平臺鋼板厚度為10～50 mm，根據(jù)要求焊縫均采用全焊透坡口形式，平對接焊縫采用不對稱X坡口，T型焊縫采用V型坡口，坡口形式及尺寸如圖3所示。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，該坡口形式可有效防止未焊透，探傷合格率達(dá)100%。

圖3 環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺鋼板對接焊接坡口形式Fig.3 Groove diagram of butt weld in steel of annular rotating platform

3 中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺焊接參數(shù)

目前針對受力結(jié)構(gòu)的焊接，為確保焊接質(zhì)量，尤其是焊縫根部質(zhì)量，多采用焊條電弧焊或TIG焊打底、焊條電弧焊或埋弧焊填充及蓋面。但是這兩種打底焊方法對操作者技術(shù)要求高、生產(chǎn)率低，特別是焊條電弧焊焊縫質(zhì)量難以保證，采用TIG焊可保證打底質(zhì)量，但成本太高，而采用CO2氣體保護(hù)焊焊接操作簡便，效率高、成本低、焊接變形小。根據(jù)NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備用焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)，對CO2氣體保護(hù)焊打底、CO2氣體保護(hù)焊或埋弧焊填充及蓋面兩種焊接工藝在環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺的應(yīng)用可行性進(jìn)行試驗(yàn)研究，并進(jìn)行了板厚20 mm焊接接頭的焊接工藝評定。其中在采用埋弧焊焊接時，由于熱輸入較焊條電弧焊大，易造成焊縫低溫韌性惡化，所以選用SJ101燒結(jié)焊劑配焊H10Mn2[4]，接頭力學(xué)性能如表1所示。由表1可知，斷裂位置位于母材，焊縫抗拉強(qiáng)度均高于母材，表明焊縫具有良好的力學(xué)性能，且彎曲試樣的彎曲部位外表面（受拉面）未發(fā)現(xiàn)裂紋和裂縫，焊接接頭具有良好的塑性和韌性，滿足工作要求，驗(yàn)證了焊接參數(shù)的合理性。

表1 焊接接頭力學(xué)性能Table 1 Mechanical property of welded joint

中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺箱體內(nèi)部、外部接頭的平焊、立焊、隔板及厚法蘭的對接采取CO2氣體保護(hù)焊焊接（φ（CO2）80%，流量20～25 L/min），上下蓋板、圍板、筒體拼接采用埋弧焊焊接。焊接參數(shù)根據(jù)工藝評定確定，如表2、表3所示。

4 中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺組裝方案確定

環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺組裝的難點(diǎn)在于如何保證法蘭圓度、上下蓋板平面度均不超過2 mm及控制整體結(jié)構(gòu)焊接變形。通過不斷改進(jìn)工藝，可采取以下方案進(jìn)行：首先劃線焊接法蘭與筒體，為防止法蘭變形，法蘭厚度留10 mm作為機(jī)加工余量，筒體內(nèi)部加焊十字撐，注意焊縫拼接位置和螺紋通孔位置，避免孔位與焊口重合，焊接法蘭外圍筋板時，注意筋板裝配位置線盡量與胎架橫檔對應(yīng)。為避免法蘭焊接變形導(dǎo)致平面度及圓度出現(xiàn)偏差，法蘭焊前內(nèi)部加焊米字撐。然后以法蘭面為基準(zhǔn)，找正水平、固定，定位焊接下蓋板，調(diào)整找平下蓋板，點(diǎn)焊牢靠，在下蓋板上劃出內(nèi)部隔板、外圍筒體圍板焊接位置參考線，注意隔板位置線應(yīng)以筒體水平中心線為基準(zhǔn)，兩側(cè)各返12°，并在此基礎(chǔ)上由兩側(cè)向中心依次返18°，將20塊隔板按照此線進(jìn)行點(diǎn)焊，隔板外側(cè)加焊可調(diào)節(jié)的斜支撐進(jìn)行固定，保持其垂直度。外圍筒體圍板、內(nèi)部隔板固定后，調(diào)整部件垂直度、位置度及整體尺寸合格后進(jìn)行連續(xù)焊接，內(nèi)部施焊時應(yīng)遵循由內(nèi)而外、先立后平、從中間向兩側(cè)依次對稱焊接、長焊縫分段退步焊的焊接原則，待焊滿1/2后，再清理外側(cè)焊根，內(nèi)外交替焊接，可防止出現(xiàn)因產(chǎn)生較大變形而無法修復(fù)的局面[5]。環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺上下蓋板與內(nèi)外筒體環(huán)焊縫要求完全熔透，所以采取先打底后蓋面、分層施焊、分步退焊，由水平中心線兩側(cè)4人對稱施焊，一方面保證在打底焊接時坡口鈍邊完全熔透，另一方面分層施焊時每道焊縫均采用小電流焊接，有利于控制環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺的焊接變形，防止或減少構(gòu)件扭曲、旁彎等變形，焊接焊接順序如圖4所示。

表2 CO2氣體保護(hù)焊焊接參數(shù)Table 2 Welding parameters of CO2gas metal arc welding

表3 埋弧焊焊接參數(shù)Table 3 Welding parameters of SAW

5 制造主控要點(diǎn)

（1）上下蓋板為異形件，考慮到節(jié)約板材，按照拼版圖分上下、左右對稱共4塊鋼板采用埋弧焊焊接而成，且與外部筒體圍板拼接焊縫錯開至少300 mm，與內(nèi)部隔板錯開200 mm，蓋板的拼接焊縫不允許在轉(zhuǎn)角處以避免應(yīng)力集中。

（2）由于中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺上蓋板在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中要承受巨大的拉應(yīng)力，筒體與法蘭T型環(huán)焊縫在平臺圍繞立柱旋轉(zhuǎn)過程中還會產(chǎn)生扭矩和彎矩，焊縫很可能產(chǎn)生疲勞導(dǎo)致開裂，要求焊后必須進(jìn)行100%超聲波探傷，達(dá)到Ⅰ類焊縫標(biāo)準(zhǔn)，保證焊縫無開裂現(xiàn)象。

圖4 中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺焊接順序示意（焊縫編號：1，2，3，…）Fig.4 Sequence diagram of annular rotating platform in welding(welding number:1，2，3，…)

（3）制作法蘭時，注意鋼板拼接焊縫與法蘭表面螺紋孔位置錯開，不允許在焊縫處鉆孔，且內(nèi)部筒體縱向拼接焊縫與法蘭拼接焊縫錯開300 mm。

（4）環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺內(nèi)部隔板與上蓋板T型對接處角焊縫均要求焊接以增加強(qiáng)度，為方便施焊和排煙，可在上蓋板切割中心對稱人孔，如圖4所示。人孔處在兩隔板中間。內(nèi)部箱體焊接完成后，在上蓋板人孔位置內(nèi)部加襯墊，外部用與人孔尺寸對應(yīng)的圓板封閉人孔，圓板與上蓋板焊接處必須開坡口，焊后磨平焊縫，保證外觀。

（5）中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺內(nèi)外筒體卷制尺寸要求，接頭處錯口小于等于2 mm，筒體圓柱度不超過2 mm。設(shè)備在焊接制造過程中隨時矯形，焊后整體再矯形，保證蓋板平面度在2 mm以內(nèi)。

6 結(jié)論

采取以上工藝焊接并在制造過程中對關(guān)鍵部位進(jìn)行質(zhì)量控制，大幅提高了中心立柱環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺制造質(zhì)量，特別是解決了大型結(jié)構(gòu)制作過程中焊接變形大、控制難、尺寸精度難以保證等質(zhì)量問題，這不僅大大降低了焊后返修率，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量的要求，提高了生產(chǎn)效率，更重要的是保證了設(shè)備旋轉(zhuǎn)過程中中心支撐部件的堅(jiān)挺、穩(wěn)固，同時也為圓形料場堆取料機(jī)同類大型結(jié)構(gòu)的制作及使用奠定了基礎(chǔ)。

[1]代向歌，彭高明.BP-GA算法對斗輪堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)平臺的結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2012，28（1）：105-109.

[2]王素妮，亓炳生，金海龍.圓形料場堆取料機(jī)柱體制作要點(diǎn)分析[J].華電技術(shù)，2013，35（5）：62-64.

[3]韓曙光，董戰(zhàn)虎.13MnNiMoNbR鋼焊接[J].承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2001，3（2）：12-15.

[4]邱葭菲，王瑞權(quán)，曹時增.16MnDR焊接工藝試驗(yàn)與分析[J].焊接技術(shù)，2013，42（11）：76-78.

[5]李英.C型轉(zhuǎn)子式翻車機(jī)端環(huán)制造技術(shù)分析與探討[J].有色設(shè)備，2011（4）：44-47.

Assembling and welding technology of annular revolving platform of circular stockyard stacker-reclaimer

WANG Jing
（Chengde Petroleum College，Chengde 067000，China）

Annular revolving platform is located in the bottom of the circular stockyard stacker-reclaimer and bears total weight of upper central column and reactor system and part weight of scraper-reclaimer and steel structure of portal frame，it is central support unit of complete machine and also basis unit of the rotating of the machine in operation,so its welding quality is required very strictly.In this paper，the use and structural features of this platform are analyzed and its welding technology,assembling technology and welding quality control in manufacturing process are elaborated，which ensures overall welding quality of the platform and the stable operation of the complete machine.

annular revolving platform；welding technology；assembling technology；control main point

TG457

B

1001－2303（2017）05－0062-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.05.13

2017-01-09

王 晶（1978—），男，講師，碩士，主要從事焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與焊接工藝評定方面的研究工作。E-mail：wangjing1953@qq.com。

本文參考文獻(xiàn)引用格式：王晶.圓形料場堆取料機(jī)環(huán)形回轉(zhuǎn)平臺組裝及焊接工藝[J].電焊機(jī)，2017，47（05）：62-66.