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门机行走机构法兰间隙超标分析研究

发表时间：2020/9/24 来源：《基层建设》2020年第17期作者：王磊

[导读] 摘要：门机大车行走机构连接鞍座法兰与端梁法兰按常规无加工要求，制作时容易产生焊接变形，导致产品总装螺栓拧紧后间隙超标，后期返修十分困难。

        连云港新海湾码头有限公司江苏连云港 222000
        摘要：门机大车行走机构连接鞍座法兰与端梁法兰按常规无加工要求，制作时容易产生焊接变形，导致产品总装螺栓拧紧后间隙超标，后期返修十分困难。本文主要针对此间隙超标现象进行分析，并提出对应的解决方案。
        关键词：法兰间隙；焊接；反变形
        1法兰板间隙形成原因及控制方法
        门机总装后的行走机构与端梁的法兰间隙超标，说明是由行走机构连接鞍座法兰面和门架端梁底板法兰面不平整造成的。然而此两平面的不平整，可能由以下原因造成：钢板母材板件的自身平整度超标造成。母材钢板在下料时自身存在不平整现象，导致火焰切割落料后的板件平整度超标。法兰板板件在焊接过程中变形，由于被焊接板件局部受热不均或焊接收缩不一致导致法兰板件平整度超标。
        （1）先分析连接鞍座的焊接情况。连接鞍座的法兰板厚度30mm，连接鞍座的耳板厚度也是30mm，且此处的焊缝为双面坡口双面角焊缝，焊接工作量特别大，焊接热量高，此处的焊接直接导致法兰面板焊接收缩变形。平整度变形量一般都能达到6mm左右。而且耳板两侧筋板的厚度也达到20mm，其焊接时收缩量也特别大。
        （2）端梁法兰底板的焊接。端梁法兰板厚度为30mm。虽然端梁腹板厚度为12～14mm，但是由于腹板与端梁法兰底板的角焊缝需要UT检查。所以，此处焊接收缩时产生的变形量并不一定比连接鞍座的焊接变形量小，焊接后的变形量也要达到5mm左右。（3）车间制作钢结构件焊接后都需要通过校火消除部分焊接应力。上述的板材焊接变形也可以通过校火的形式消除部分变形，但是并不能完全消除，并且在生产实际中发现，校火消除变形的效果并不理想。既然已经得知，法兰板间隙超标的原因是由于构件制作过程中的焊接变形引起的，那么我们拟对法兰板焊接增加焊接工艺或专用工装，使此处焊接变形控制到最小值，以保证法兰螺栓拧紧后的间隙合格。针对连接鞍座的制作，我们来控制法兰变形的方式有如下几种：（1）选用平整度合格的母材钢板落料；（2）焊接前需要检查法兰板母材的平整度，如不合格要压平校正；（3）连接鞍座的两耳板焊接前安装工艺撑来抑制焊接变形；（4）法兰板焊接前用火工提前做好反变形量；（5）调整焊接顺序，分段焊接，对称施焊，选择合适的焊接形式。上述几条措施，一般可以抑制一些焊接变形量的产生，但仅仅用这几条措施，是不是够呢？我们知道一般构件都是单个独立制作，考虑到连接鞍座的外形尺寸小，我们大胆突破常规制造方法，将连接鞍座的制作改成成对制作、焊接。将2个连接鞍座的法兰面相对地连接固定在一起，这样在焊接时连接鞍座法兰面的变形就会被对方相互抑制，大大减小因焊接原因产生的变形量。以此来保证连接鞍座制造完成后法兰面的平整度。
        针对端梁构件的制作，我们来控制法兰变形的方式同样有如下几种：（1）选用平整度合格的母材钢板落料；（2）焊接前需要检查法兰板母材的平整度，如不合格如要压平校正；（3）法兰板焊接前用火工提前做好反变形量；（4）调整焊接顺序，分段焊接，对称施焊，选择合适的焊接形式。同样的上述几条措施，一般可以抑制一些焊接变形量的产生，但仅仅用这几条措施，是不是够呢？我认真研究过以往制造端梁的装配、焊接顺序，深入分析了导致端梁法兰板焊接变形的原因。发现原图纸设计有两处可以改进的地方。
        与底面法兰板焊接的这四块腹板的角焊缝有三面是双面坡口双面角焊缝，而有一面（左面）是单面坡口角焊缝，此处四块腹板的厚度都是14mm，而此处焊接形式的不同会导致焊接热量不同，同理会导致焊接变形量不同。并且过大的坡口会产生更多的热量和焊接应力值。在此处我建议设计将四面全部更改成双面坡口角焊缝，最左面焊缝可以不做UT+MT检验。在这个法兰板处，焊接完毕后形成了一个封闭的箱体，各条焊缝的焊接应力比较集中，无处释放，无形中也会增加焊接变形量。我建议设计研发人员在法兰板的中心线处增加一个φ200mm应力释放孔。

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让四周角焊缝的应力多少从这个孔处释放掉。通过上述深入的分析研究，我们从各个方面采取措施来控制变形，所以就需要对以往的制作工艺进行改进，连接鞍座和端梁的制作请按照改进后的制作工艺进行施工。
        2如何改进门机行走机构法兰板间隙
        2.1改进的连接鞍座制作工艺
        （1）连接鞍座的法兰板和端梁法兰板两两配对后，一起加工螺栓孔。做好钢印标记，以使得以后总装时安装的螺栓孔不会错位。钻孔结束后，将法兰板拆开，一份为二。将法兰板分别送往各自的工位化场地，等待装配。（2）检查法兰板的平整度，将法兰板铺开，用直靠尺检验法兰板此时的平整度，如果有超标，需要进行校火整平处理，以保证法兰板在装配前平整度是合格的。（3）在法兰板上面划线，划出各板件的安装尺寸线。（4）连接鞍座耳板板件的预制，将连接鞍座的耳板和两侧面的重磅板预制成一个组件。重磅板的焊接也需要考虑焊接变形得影响。由于两侧的重磅板的薄厚度不一样，薄板可以一次焊接完成，厚板必须分两次焊接完成。（5）将连接鞍座的法兰面板铺装平整，然后将连接鞍座的耳板等板件装配好，点焊固定好；两耳板安装好工艺撑等。（6）安装固定连接鞍座耳板的筋板，点焊固定。（7）将连接鞍座进行整体翻身，然后对法兰面板进行局部校火，对法兰板做好焊接前的反变形，变形量可控制在+2mm。（8）关键一步：将两个鞍座的法兰板法兰面相对放置，然后用马板将法兰板边丝并齐。马板焊接固定。为保证反变形量，需要在安装两侧马板前在两块法兰板间中心位置放置一块4mm厚扁钢作间隙支撑。将两个鞍座的法兰板面相对放置。（9）接下来进行连接鞍座的整体焊接，完成焊接工序。焊接时注意，考虑到焊接收缩的影响，连接鞍座耳板的焊接不能一次完成，焊缝分批焊接，对称焊缝对称施焊，减少焊接热量对法兰板平整度的影响。（10）完成筋板的焊焊接工序，筋板焊缝的焊接对法兰板平整度的影响很小。安装并焊接连接鞍座的三角板等附属件。（11）待所有的焊缝冷却后，拆除所有工装。检查连接鞍座法兰平面的平面度。（12）如果法兰板平面度超标，可以进行略微校火。因为通过上述工序的反变形量的放置，焊接变形被抑制，其焊接变形量不会有大的影响。如果测量合格即进行完工报验。
        2.2改进的端梁法兰板处的装配要点
        （1）前面论述中，我们已经和设计研发人员修改过图纸中的焊缝焊接形式和增加应力释放孔。（2）在新的端梁制作时，前期一切按照《端梁结构件制造通用工艺》进行正常的箱体制作工序，进行到三面成型工序。焊接端梁腹板的箱体内侧的焊缝，包含端梁法兰板处的箱体内侧的焊缝。（3）安装面板，构件箱体进行到四面成型状态，完成所有平焊缝的焊接。然后安装翻身吊耳，准备进行翻身。（4）由于端梁法兰板处腹板的焊缝需要100%UT检验，所以此处箱体内部焊缝完成焊接，然后用碳棒碳刨端梁法兰板处腹板的箱体外侧的焊缝，达到焊缝清根的目的，而且还形成新的坡口。（5）最关键一点：然后将端梁法兰板平面进行校火处理，对法兰板做好焊接前的反变形，其变形量控制在+2mm。（6）端梁法兰板的反变形完成后，接下来焊接端梁法兰板处腹板外侧的焊缝。完成所有焊缝的焊接。（7）端梁整体焊接完毕，检查端梁法兰板的平面度，如果法兰板平面度超标，可以进行略微校火。因为通过上述工序的反变形量的放置，焊接变形被抑制，其焊接变形量不会大的影响。
        3结语
        钢结构件的焊接变形，在构件制作过程中只能通过种种的工艺措施来减少，通过上述的分析研究，我们整理出来的控制门机行走机构法兰间隙的工艺措施，在后续的生产中进行实践检验，都获得了理想的间隙尺寸（将间隙缩小到2mm以内），收获了较好的外观效果。
        参考文献
        [1]赵中华等主编.制造技术基础.北京：华东理工大学出版社，2013.12-24.
        [2]闻邦椿主编.机械设计手册.北京：机械工业出版社，2011.29-23.