張永強(qiáng)，馬 波，龐志遠(yuǎn)，王占軍，樊文華

（國(guó)能集團(tuán)準(zhǔn)能公司設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

1 原因分析

（1）隨著設(shè)備服役年限和產(chǎn)能逐步增加，設(shè)備老化加巨。部分結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到疲勞極限，材料的力學(xué)性能下降，晶粒組織粗化。操作方法和操作工藝不當(dāng)而出現(xiàn)各種問(wèn)題，比如鉆機(jī)鉆桿頭部仍在孔洞中，鉆機(jī)車(chē)輛就開(kāi)始移動(dòng)，導(dǎo)致鉆架受到巨大的拉力，從而導(dǎo)致彎曲斷裂導(dǎo)致鉆機(jī)鉆塔嚴(yán)重變形和損壞。

（2）在北方的寒冷地區(qū)低溫環(huán)境下，鋼結(jié)構(gòu)容易發(fā)生冷脆危害。冬季1190E 鉆機(jī)鉆塔更容易發(fā)生斷裂。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。鉆塔頂部承受的拉力非常大，雖然在設(shè)計(jì)的時(shí)候頂部位置增加了許多拉強(qiáng)筋來(lái)固定加強(qiáng)頂部的結(jié)構(gòu)，但是長(zhǎng)期載荷下頂部結(jié)構(gòu)受力依舊比其他部位要大很多，鉆架損壞情況如圖1 所示。

圖1 鉆塔損壞情況和切割點(diǎn)

2 工藝技術(shù)難點(diǎn)

（1）在對(duì)鉆機(jī)鉆塔塔尖矯正過(guò)程中，塔尖設(shè)備龐大沉重難以使用設(shè)備對(duì)其整體進(jìn)行矯正，難以判斷矯正程度是否符合原本狀態(tài)。

（2）鉆機(jī)為純進(jìn)口設(shè)備，部件材料化學(xué)成分性能不明確，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法選擇合適的焊接材料、焊接參數(shù)、焊接方式等進(jìn)行焊接。塔尖部位部分加強(qiáng)筋的拆除和重新焊接。

（3）塔尖部位鉆頭小車(chē)軌道在維修矯正后與原軌道保持水平，鉆頭小車(chē)可以在軌道上平穩(wěn)正常運(yùn)行。

3 詳細(xì)方案論述

（1）水平儀測(cè)量鉆塔支架有哪部分彎曲變形，彎曲變形的程度。

（2）對(duì)塔尖支架折斷的部位進(jìn)行少部分切除。

根據(jù)鉆塔的工作原理：檢查鉆塔的損壞情況，測(cè)量變形梁的跨度，確定變形梁切割的具體位置。矯正變形梁，組對(duì)焊接，確保鉆塔小車(chē)順利安裝，移動(dòng)自如。

（3）變形梁的測(cè)量。先測(cè)量未變形處的跨度尺寸，1730mm。在測(cè)量變形量最大處的跨度尺寸，1830mm。根據(jù)測(cè)量情況確定變形梁的切割位置。

（4）支穩(wěn)支平鉆塔開(kāi)始切割以地面為基準(zhǔn)，利用橋吊和千斤頂將鉆塔頂端支平穩(wěn)，確保變形梁在切割時(shí)，二次變形很小在可接受的范圍之內(nèi)。經(jīng)測(cè)量切割前后的差值為10～15mm，對(duì)于15m長(zhǎng)的鉆塔這個(gè)值可以接受。

（5）矯正變形梁根據(jù)梁的變形情況，制作矯正平臺(tái)，對(duì)梁進(jìn)行矯正，矯正時(shí)先矯正大灣部分，然后逐步矯正直到符合組對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格按流程使用千斤頂，保證矯正過(guò)程安全。

（6）矯正梁的組對(duì)焊接。

①梁的厚度為8mm，打磨梁兩端20mm 露出金屬光澤并磨出V 型坡口。方梁的四面加焊墊板，以便組對(duì)質(zhì)量，焊縫保證焊透。利用橋吊組對(duì)，保證兩梁的平行度和跨度距離（跨度距離的偏差控制在0～10mm），確保鉆塔小車(chē)在梁上安全有序的移動(dòng)。

圖2 梁的組對(duì)焊接完成情況

②主梁、加強(qiáng)筋的焊接。焊修前要根據(jù)母材使用性能，考慮預(yù)熱溫度、層間溫度、焊接方式、焊接材料的選擇，以及如何均勻分布焊接應(yīng)力、焊接缺陷如何控制，焊修質(zhì)量如何保證，焊接檢驗(yàn)如何進(jìn)行等問(wèn)題。主梁的厚度只有8mm，但該結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度和剛性很好，綜合性能極高，對(duì)焊接工藝的要求非常嚴(yán)謹(jǐn)。此次的鉆塔焊修也是首次，沒(méi)有直接經(jīng)驗(yàn)可供參考。就以鉆機(jī)背拉桿焊修工藝，作為本次鉆塔維修的參考。本次具體工藝如下：

a.焊接方式：CO2氣體保護(hù)焊。接頭為全位置平、立、仰，兩層斷續(xù)焊接，焊接速率每分鐘30～40 下。

b. 焊絲：HOBARTTM-771φ1.6 藥芯焊絲。保護(hù)氣體為純度99.5%CO2，焊接參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 焊接參數(shù)

c.CO2焊的特點(diǎn)[1]：大都采用細(xì)絲，能量密度大，電弧靜特性呈上升特性，隨電流增加，電壓也增加。CO2氣體為多原子氣體，在電弧高溫作用下，CO2氣體快速分解，分解時(shí)產(chǎn)生吸熱反應(yīng)，對(duì)電弧具有冷卻作用，并使弧柱收縮，熱量更加容易集中[1]。焊前選擇合理的預(yù)熱，焊后進(jìn)行合理的熱處理是焊修結(jié)構(gòu)件的重要工藝流程。根據(jù)結(jié)構(gòu)件的使用環(huán)境、化學(xué)成分和剛性以及厚度等，選擇加熱方法和加熱溫度。預(yù)熱的局域在坡口兩側(cè)40～60mm[2]。預(yù)熱的目標(biāo)主要是提高焊縫開(kāi)始焊的溫度，減慢冷卻速度，使焊縫中的氫充分焊層間逸出，從而降低焊縫的淬硬傾向和氫致裂紋。同時(shí)可以降低焊接應(yīng)力，焊接拘束度，對(duì)焊縫的組織沒(méi)有明顯的影響[2]。為了防止高溫下組織迅速冷卻而脆化，此次預(yù)熱溫度控制在120～140℃之間。焊接設(shè)備為Miller Dimension.TM.812 CO2焊絲型號(hào)為美國(guó)赫伯特TM—771 該焊絲為藥芯焊絲，用于碳鋼半自動(dòng)焊，立仰焊性好，深坡口內(nèi)脫渣好，用于船舶修造及鋼結(jié)構(gòu)焊接。

焊接要點(diǎn)：在焊接中，多層多道焊接可以更好地減少焊接應(yīng)力，提高焊縫韌性，獲得良好的焊接接頭。由于空間的限制，在整個(gè)焊接過(guò)程中使用兩臺(tái)焊機(jī)，分別在梁的兩端，兩人同時(shí)焊接。形成焊道后，由于材料較薄只用渣錘敲打焊縫。一方面能使焊縫釋放焊接應(yīng)力，另一方面清理焊道間的熔渣以及熔滴飛濺等。焊縫層間溫度控制在120～150℃。每層焊道要嚴(yán)格檢查，查焊縫表面是否存在裂紋、夾渣、氣孔、未熔合、未焊透等焊接缺陷。如有缺陷，應(yīng)用角磨機(jī)及時(shí)消除缺陷部分，再重新焊接。焊接完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行保溫，用保溫棉布覆蓋焊縫，讓其緩慢冷卻。冷卻至室溫后，采用無(wú)損檢測(cè)探傷，檢測(cè)是否有超出標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，保證焊縫質(zhì)量。用角磨機(jī)把焊縫表面余高打磨平滑，使焊接應(yīng)力分布均勻，降低冷裂傾向。焊后進(jìn)行消應(yīng)力退火[3]。退火溫度范圍為550～580℃，不得低于焊前的回火溫度，保溫時(shí)間為1/25 板厚，保溫時(shí)間0.3～0.5h 后緩慢冷卻至室溫，降低焊接殘余應(yīng)力，細(xì)化晶粒，保證焊縫優(yōu)良性能[3]。

d.補(bǔ)強(qiáng)筋設(shè)計(jì)與焊接：先在鉆塔中間部分加蓋長(zhǎng)6m，直角邊為70mm 的角鋼，進(jìn)行分段焊接，L=100mm，E=200mm。在變形斷裂嚴(yán)重部分加焊補(bǔ)強(qiáng)板，厚度為8mm，形狀為長(zhǎng)方形、三角形，焊接要求內(nèi)外兩側(cè)滿(mǎn)焊。具體尺寸和位置見(jiàn)圖。

e.滑塊軌道的矯正與更換：根據(jù)軌道的損壞情況，有的軌道需要矯正，有的需要更換。矯正的利用橋吊和千斤頂進(jìn)行，位置合適時(shí)焊接固定。更換部分依照軌道的尺寸進(jìn)行材料的選擇，當(dāng)時(shí)沒(méi)有完全一樣的材料，原尺寸為寬75mm 立邊厚度為4mm 的進(jìn)口槽鋼，由于生產(chǎn)任務(wù)緊訂購(gòu)周期太長(zhǎng)，選擇寬度為80mm 立邊厚度為5mm 的進(jìn)口槽鋼。將更換部分切割掉，測(cè)量尺寸下料組對(duì)，橋吊配合。組對(duì)時(shí)要保證槽鋼內(nèi)側(cè)立面在一個(gè)水平面上，因?yàn)榛瑝K是騎著立面進(jìn)行移動(dòng)。

圖3 鉆塔整體完成情況

4 結(jié)語(yǔ)

維修后的山特維克1190E 鉆機(jī)鉆塔使用已有半年有余，運(yùn)行情況良好，焊接處沒(méi)有出現(xiàn)裂紋，確保完成爆破鉆孔任務(wù)。