张海滨
上海振华重工（集团）张家港港机有限公司 江苏张家港 215633
摘要：随着我国港口经济发展，门座式起重机被广泛用于各港口装卸领域。本文以解决门座式起重机筒体与法兰结构环形焊缝焊后消除应力为目标，对该工序进行研究对比，形成了实用性比较高的局部消应力热处理方案，供有关人员参考。
关键词：门座式起重机；环焊缝；消应力热处理；工装
前言：门座式起重机筒体与法兰连接结构包括两个部位，一是门架筒体和法兰，另一个是转盘筒体和轴承法兰，这两个部件的环形焊缝设计要求需要进行焊后消应力热处理，减少结构变形和焊缝开裂。目前，对于该部件的热处理方式为加热炉内整体消应力热处理。
一、存在的问题
整体热处理有以下几个问题：
（1） 制造基地没有大型热处理炉，且大型热处理炉建设需要资金的大量投入和占用场地，还需专业热处理人员负责；
（2） 大型热处理炉均采用燃油或燃气作燃料，成本较高，该结构基本上都是四米以上直径，涉及到超宽运输问题；
（3） 整体热处理需根据外协单位的生产情况如产品配炉等进行安排，项目进度无法保证；
（4） 整体热处理对炉内产品位置摆放、热电偶的布置、升降温的控制、保温时间的长短等有要求，尤其是对于不同材料的产品同炉热处理，质量难以保证；
（5） 设计要求只是针对圆筒体与法兰的环焊缝进行消应力热处理，整体热处理是对于整个部件进行热处理，超出技术要求，造成了资源浪费。
二、解决方案
目前，焊后热处理形式分为三种：部件整体热处理、分段热处理、局部热处理。实际上门座式起重机圆筒体与法兰结构的形式，可以采用局部热处理的方式。该热处理方式投入成本低，效果好。
三、经济性对比分析
将目前整体热处理的成本方面和若采用局部热处理方式成本方面进行对比分析，见下表：
前提条件：按年产50台门机（每台门机两部件平均总重15t）计算
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从表中可以看出，若采用局部热处理方式，一次性投入费用较大，但对于每年的总共花费是整体热处理的五分之一，而且随着产品数量的增加，经济性的效果更加地明显，且不受运输及外协周期的影响，时间成本的节约更是无法用价钱来衡量。
四、具体实施步骤
4.1工程概况
筒体结构 ，材质为Q345B，直径∮4000mm,壁厚18-22mm,高度为2000mm左右，重量约为1000KG。根据设计要求，在工件所有焊接工作完成并报验合格后，需对工件进行焊后环焊缝回火，消除应力,减少结构变形和焊缝开裂。
4.2施工准备
4.2.1工程物资、施工机具和计量器具准备
施工用的机具必须性能可靠，并检验合格；使用于本工程的测量、计量等器具，校准合格。
4.2.2施工技术准备
首先要图纸检查，图纸中存在的问题在施工之前就要解决；熟悉图纸，编制具体施工方案；依据图纸及设计要求，向施工人员进行详细的技术交底。
4.2.3施工现场准备
施工现场的消防器材、相关安全设施应符合要求，并经安全管理部门验收通过。
4.3局部热处理具体实施步骤如下：
（1）采用加热带环绕筒体内（或外）全圆周；
（2）加热带外覆盖保温材料；
（3）筒体外（或内）整圈覆盖保温材料；
（4）放置多个热电偶在外（或内）保温材料内；
（5）通过温控仪按照热处理工艺控制升温保温降温；
（6）打印热处理曲线，出热处理报告。
五、具体实施细则
局部热处理具体实施细则如下：
（1） 加热带宽度，门座式起重机筒体与法兰连接焊缝厚度均不超过50mm，按HB=7nhk(1＜n＜3)进行计算，其中HB—加热带宽度，n—条件系数，hk—焊缝最大宽度；
（2） 保温材料宽度按GCB=HB+2a进行计算，其中HB为加热带宽度，a为隔热附加值，200mm至350mm；
（3）保温材料为硅酸铝纤维制品，厚度不能低于60mm；
（4）热电偶在周长5m以内设置一个热电偶，也可设置多个，视情况定。
六、热处理工艺
局部热处理工艺如下，其中门座式起重机筒体与法兰连接焊缝厚度均为15~25mm之间，热处理的保温温度和时间、升降温的速率可设定为固定值，方便人员操作，为保证加热区温度均匀性，可根据热处理设备情况设置多于标准要求的热电偶数量。
热处理工艺要求：（1）工件的加热速度和保温时间必须严格按照热处理工艺曲线进行；工件入炉前温度应该≤300℃；（2）当超过315℃时，加温速度应该低于55℃/h，一般为220℃/h除以焊件的最大厚度t(mm)/25.4。焊件升温时间段内，加热区任意长度4600mm内的温差需要≤140℃；（3）根据焊缝厚度，工件保温温度控制在570±10℃，保温不低于2.5h，保温时工件温差不大于83℃。降温时速度应该不高于50℃/h，温度在300℃以上时不能出炉，当温度低于300℃时，可以出炉，空气中冷却。（4）所用的热电偶必须相对均匀放置；
入炉温度≤300 升温温度＜55℃/h 保温温度 5700±10℃
保温时间≥2.5h 降温温度＜50℃/h 出炉温度≤300
热处理工艺曲线：
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七、设备
该技术方案涉及的设备如下，其中加热带、保温棉、热电偶、温控仪为成套热处理设备，热处理工装根据部件形式自行设计制作：
（1）加热装置（履带式加热带）；
（2）保温材料（保温棉）；
（3）热电偶；
（4）温控仪；
（5）热处理工装。
八、热处理工装
基于上述方案，创新性的以公司产品结构特征设计一种专门用于门座式起重机圆筒体和法兰结构连接焊缝的局部热处理工装，结构简单、拆装方便，适用于不同法兰形式和筒体尺寸，成本低，效果好。
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1、固定支架，2、横梁，3、竖撑，4、上托架，5、下托架，6、保温材料，7、加热带，8、工件。
上图是用于门座式起重机筒体与法兰结构环焊缝局部热处理的工装，包括固定支架、横梁、竖撑、上托架、下托架、加热带、保温材料等组成，其中横梁设置在固定支架上，由固定支架上下套筒调整在工件的中心位置，竖撑均布设置在横梁端部圆周方向，上下托架根据工件尺寸分别设置在竖撑端部定位孔中，加热带和保温材料分别放置在上下托架上，通过加热带加热，内外保温实现工件的局部热处理。
九、过程质量控制
实行关键部位关键工序的“专人负责制”，要派专人看管并做好记录。做好自检和互检，并最终报专职检验员，认真做好记录。
热处理过程的控制
1) 操作人员应按工艺要求，根据工件情况合理布置加热器。
2) 接线：各电线接头应认真检查，电源线应保管好，防止损坏。
3) 刚开始加热时根据工艺要求，将温度从低到高调整，防止温度急升急降，出现温度偏差。
4) 热处理完成后，及时填写记录，整理记录曲线形成报告。
质量检验及资料整理
1) 热处理的实际曲线应符合技术要求。
2) 热处理结束后，热处理的原始记录，工艺曲线，检验记录应吻合，完整，热处理记录的填写应清晰正确。
十、安全保证措施
1、工作人员按要求佩带好劳防用品；
2、作业区域须设置围栏警戒，禁止区域内有人走动，现场设专人监护；
3、施工时工件有可能会漏电伤人，使用时必须安装漏电保护器以及佩戴好专用劳动防护用品；
4、内部施工属于有限空间作业，夏季容易出现空气不流通，发生人员中暑等现象。内部施工时，要有监护人员在场，且施工人员要定时外出透气。
十一、应急预案及文明生产
现场施工时，配备专职安全员，并告知断电急停按钮，在有人触电的情况下，能在第一时间内切断电源。现场要配备应急照明等应急物品。
对操作人员进行安全教育；热处理前将工件周围的易燃，易爆物品清除干净；热处理区域要拉警戒线并安排专人看护；热处理对各连接线进行全面检查，并且逐次送电，送电过程中经常查看电路系统、是否正常，发现问题及时处理，确保热处理的连续性；夜间作业时应与临近施工用电人员沟通好，确保热处理用电的负荷；工件放置严格按照工艺计算要求，确保热处理过程中工件不失稳；注意天气变化，及时防风，防雨；通知供电部门，防止中间停电；作好记录，随时掌握温度变化，如需要应该及时进行调整。
热处理后，及时将热处理器材进行拆除、整理，及时回收各种热处理材料和物品，做到工完料净场地清，实现文明施工。
结论：局部热处理方式是成熟、可靠、经济合理的一种热处理方式，将其应用于门座式起重机圆筒体和法兰结构连接焊缝的消应力热处理，对于提高产品生产效率、节约经济成本是显而易见的。
参考文献：
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