实腹式大型吊车梁制作工法.docx
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实腹式大型吊车梁制作工法
实腹式大型吊车梁制作工法
作者简介：
方才银同志1984年毕业于抚顺石油学院炼机系，现任金属结构厂压力容器工艺责任师，高级工程师。
该同志有着丰富的工艺设备设计审核经验，除负责审核球罐、再生器、气柜、外取热器等各类塔、罐压力容器非标设备制造工艺文件及各装置钢结构措施的审核外，还参加了槽车修复方案、天津乙烯冷箱气密试验方案、双相不锈钢设备制造及我国第一台多管式第三级旋风分离器等项目的攻关。
该文所编写的工法被评为98年度总公司级（二级），该工法是作者的处女作。
一、前言
焊接实腹式工字型吊车梁广泛应用于各种工业厂房的重级工作制吊车梁系统中，它是吊车梁系统中的关键构件。
典型吊车梁系统如图1所示，典型吊车梁结构型式如图2所示。
吊车梁不仅承受一定的静载，还承受由于吊车运行而产生的动载，它的制造质量不仅影响整个结构的外形和承载能力，而且关系到厂房内人身和设备的安全。
因此《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-95）对焊接实腹式吊车梁的制造质量规定相当严格，而要实现这些质量指标，关键是控制吊车梁的制造变形和焊接质量。
我厂采用“自动焊与手工焊相结合，预测控变形与矫形相结合”的制造工艺，成功地制造了大量的焊接实腹式工字型吊车梁。
达到了质量要求，并创造了良好的经济效益和社会效益。
制动板或制动桁架
辅助桁架
吊车梁
下翼板水平支撑
图1吊车梁系统示意图
1
11-1
（a）突缘支座
1
11-1
（b）平板式支座
图2吊车梁典型结构示意图
二、工法特点
1、本工法采用予测控变形和矫形相结合的工艺，以予控变形为主，从工艺上控制制造质量，减少了制造成品的矫形后遗症。
2、本工法采用流水线作业，专用胎具组装，劳动组织合理，易于形成系列化产品。
3、质量容易控制，工期短，经济效益好。
三、适用范围
1、本工法适用于各种规格、材质的焊接实腹式工字型吊车梁。
2.石油化工装置中管廊、框架及工业炉的H型钢类立柱、横梁的制作可参照执行。
四、工艺程序及要点
1、工艺程序
吊车梁不管规格大小、材质如何，由于其结构基本相同，其制造工艺基本一致，吊车梁制造工艺流程为：
材料检验→板材酸洗除锈→零部件下料和翼腹板配料→翼腹板拼接坡口加工→拼接缝组焊→拼接缝焊后矫形→拼缝检验→翼腹板宽度方向下净料→翼板侧弯矫正→翼腹板组对成工字型→工字梁长角焊缝焊接→翼板倾斜及平面度矫形→角焊缝检验→筋板及连接板位置划线→筋板与梁组焊→筋板焊后矫形→连接板组焊→梁长度划线切割→端板组焊→矫形→钻孔位置划线→钻孔→总体检验。
2、工艺要点
1）翼板下料
简图
工序说明
β
焊后
（a）
焊后拼缝切割后
（b）（c）
由于翼板长度随跨度而定，一般较长。
其宽度都较窄，下料时，先把宽板组焊（V型坡口）拼焊成长板，然后切割成条板，条板宽度方向下净料，长度方向则下毛料（长度方向两边各留1520mm余量）。
翼板宽度方向下净料时选择合理的切割方式，以减少弯曲变形的产生，这包括尽可能多地采用多台切割机同时进行切割，或者在单台机切割时，采取板的两头各预留150～200mm长先不切割，如图3所示。
若板料较长，宜在中间也留出150～200mm长先不切割，待冷却后再逐块切割，从而控制因切割引起翼板侧弯变形。
150～200
150～200
图3单机切割翼板时侧弯变形控制图
2）腹板下料
简图
工序说明
③
②
①
①257
①
对于腹板来说，其宽度一般比翼板大许多，因此腹板一般先将窄板对接（V型坡口）拼焊成宽度基本相同的几块板，再对接拼焊成长条板，如图所示焊接顺序，然后进行切割宽度方向成净料，长度方向下毛料（长度方向两边各留1520mm余量）。
腹板宽度方向下料加宽4～6mm，主要考虑了长角焊缝焊接引起的腹板宽度方向收缩量，该值可按实测值选取或应用公式计算，用以避免焊接造成的吊车梁高度超差的可能。
腹板下料时，实行予起拱的方法，对于跨度12米以下的吊车梁，予起拱量f为L/1000～L/2000，L＇=1500mm；对于跨度12米以上的吊车梁予起拱量f为L/1500～L/2000，L＇=2000mm，见图4所示。
其目的是为了控制工字梁筋板焊接及火焰矫形上翼板倾斜而引起拱度的变化。
注：
翼腹板长度方向两边各留15～20mm余量，这主要是考虑三道主要工序在翼、腹板长度方向引起的收缩而制定的。
f
L′
L
图4腹板予起拱示意图
3）组对工字型
简图
工序说明
工字梁
丝杠
支架
组对工字型胎具示意图
利用工字型组对胎卧式组对，胎具应预先找平，胎具每2m左右布置一个组对点，先将腹板置于胎具上，调整好尺寸，然后将翼板置于胎具上，检查翼腹板组对尺寸和彼此的垂直度，点焊成型。
4）工字梁长角焊缝焊接
简图
工序说明
焊机
工字梁长角焊缝焊接示意图
工字梁设计要求，上翼板与腹板连接处采用K型熔透焊；下翼板与腹板连接处采用T型贴角焊。
K型、T型接头均采用埋弧自动焊进行船形位置焊接。
长角焊缝焊接前，实测侧弯、拱度、扭曲变化情况，据测量结果通过改变长角焊缝焊接顺序控制变形。
实测拱度值较低时，采用图5中（a）所示焊接顺序。
拱度适中时，由于不需提高或降低拱度，按图5中（b）的顺序焊接。
拱度过高时，由于需降低拱度，按图5中（c）的顺序焊接。
上翼板上翼板上翼板
1.3
5
1.6
2.3
3.5
4
2
4
5
4
21
（a）（b）（c）
图5吊车梁控制拱度长角焊缝焊接顺序
为了控制侧弯变形，吊车梁长角焊缝每种焊接顺序先焊的一侧均为梁受拉的一侧，焊接时各道焊接焊接方向尽可能一致。
吊车梁较长时，采用2台以上的焊机，同时退步焊来控制梁的扭曲变形。
如图6所示。
焊接
图6吊车梁长角焊缝焊接方向
5）筋板及连接板焊接
工序
简图
工序说明
筋
板
焊
接
下翼板
弯曲变形示意
吊车梁筋板大部分集中在吊车梁上部，在腹板两侧对称布置，有长筋、短筋、横筋、通长筋板，组焊时，筋板与上翼板连接处要求顶紧，无间隙。
施焊时一般采用平焊位置，这样会提高焊接效率，保证焊缝外观质量
连接板
连
接
板
焊
接
吊车梁
连接板仅布置在吊车梁的一侧，该焊缝一般采用熔透焊，焊缝焊接一般在梁矫形后进行。
吊车梁长角焊缝焊完后，焊接筋板前应实测拱度和侧弯及扭曲，通过分析实测结果，运用改变焊接顺序来控制梁的拱度变形，侧弯变形及腹板的波浪变形。
当实测拱度较高时，采用手工电弧焊焊接筋板，较大地降低拱度；当实测拱度较低时，采用CO2气体保护焊焊接筋板，较小地降低拱度。
但是不论哪种焊接方法，均应从梁受拉侧开始焊接，以减少侧弯变形。
为避免梁扭曲变形，控制其拱度变化并避免腹板产生过大的波浪变形，通过控制筋板焊接顺序加以控制，筋板焊接顺序如图7所示。
⑥
④
③
②
⑤
①
⑦
⑨
⑧
图7筋板焊接顺序
筋板焊接顺序说明：
①是上翼板与短筋之间的焊缝，焊接时，梁立置，上翼板朝下，两侧各设2名焊工，从中间向两边同时开始，采用退步两面对称跳焊法。
②是通长筋或长筋板与上翼缘的焊缝，焊接方法同①。
③是短筋板与腹板的焊缝，焊接时，梁卧置，先焊受拉侧，用4名或2名焊工，分区跳焊，以避免热量集中。
④是通长筋或长筋板与腹板的焊缝，方法同③。
⑤是横筋与腹板的焊缝，方法同③。
⑥是横筋与短筋之间的焊缝，焊接时梁立置，方法同①。
⑦、⑧分别是刀板焊缝和垫板焊缝，在梁齐头后焊接。
⑨是通长筋与下翼板相连的焊缝，在刀板、垫板焊后进行。
另外，筋板焊接在条件许可的情况下，尽量避免将一侧焊缝一次焊完，以避免产生过大的侧弯变形。
筋板焊后，焊接制动连接板前应实测侧弯、拱度，在对称型吊车梁结构制造时，连接板宜置于梁受拉的一侧。
另外，在拱度不符要求时，应将拱度矫正合格后再组焊连接板。
6）矫形
矫形主要采用机械和火焰矫形，如钢板和拼缝矫正采用平板机或滚板机或千斤顶局部处理，上翼板的平面度，宜采用工字型调直机进行矫正，而翼板的倾斜度、腹板的波浪变形及梁的侧弯变形过大时，宜利用火焰矫正，加热温度控制在850℃以下，加热位置视情况而定。
加热处
加热处
例如：
长角焊缝焊接后，工字梁翼缘往往发生图8所示的三种变形，矫形时首先选用工字型调直机将翼板调平，如图9所示，然后再用火焰调整翼板与腹板之间的垂直度（无工字型调直机，可按图8所示加热处进行热矫）。
加热处
加热处
加热处
（a）（b）（c）
图8
加热处
图9
对于吊车梁的侧弯变形，按图10所示加热受拉一侧，并成三角形烤矫。
图10
对于腹板的波浪变形，采用点状加热来矫正，加热点分布在产生波浪的部位。
五、主要施工机具
以一条生产流水线为例，所需机具如下：
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
工字型矫正机
H=500～3000mm
翼板厚δ≤46，宽b=200～1000
1
自制
2
组装胎具
长L=27000
宽=3000
1
自制
3
工字型吊车焊接胎
L=27000
2
自制
4
H型钢切割机
1
5
硅整流自动焊机
ZPG6～1000
1
6
直流埋弧自动焊机
MZ-1～1000
1
7
直流焊机
A×5～500
14
8
半自动切割机
CZ-30
4
9
摇壁钻床
Z-3040
1
10
桥式吊车
20t
2
六、质量标准
1、焊接实腹式工字型吊车梁施工执行国家《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-95）。
2、焊接实腹式工字型吊车梁质量指标见下表：
焊接实腹式吊车梁的允许偏差
项次
项目
允许偏差
示意图
H
1
梁跨度L的偏差
-5mm
L
2
端部高度（H）：
H≤2m
H≥2m
±2.0mm
±3.0mm
L
3
起拱度的偏差：
L≤24m
L>24m
±L/5000（不得下挠）
+L/1000
4
两端最外侧安装孔距离
±3.0mm
f2
f1
5
侧弯矢高（Δf）
扭曲（梁高h）
≤L/2000且≤10mm
h/250
b
1-1
L
1
1
L
6
腹板局部不平度（Δf2）
δ<14mm
δ≥14mm
Δf2≤3L/1000
Δf2≤2L/1000
q
7
翼缘板倾斜度（q）
≤2.0mm
8
吊车梁上翼缘与轨道接触面不平直度
≤1.0mm
七、劳动组织
以一条流水作业线为例，铆工20～24人，电焊工14～16人，气焊工4～6人，起重工4～6人，天车工3～4人，油工2～3人，机械工、钻工2～3人。
八、安全注意事项
1、参加施工的人员必须熟悉工作内容、施工程序、检验要求，并严格按措施要求施工。
2、拼接后的钢板较长，在翻板时应用翻板勾子并根据起吊板重量选用翻板勾子的吨位和数量，可与扁担配合使用。
3、吊车梁立置时，应用斜支撑固定牢固，严防倾倒。
4、火焰调直区周围，严禁放置易燃易爆物品，液化气罐应放在阴凉且无明火处。
5、加高固定的钻床，应有钻孔平台和护栏杆，行走用铺设的轨道应设有车档。
6、各岗必须遵守安全操作规程。
九、效益分析
本工法采取了予测控方法，减少了吊车梁制造过程中所产生的变形，这样不仅大大减少了专门矫形，还避免了像吊车梁高度收缩变形满足不了设计要求的现象，并提高了工作效益，缩短了施工工期，创造了显著的经济效益。
十、工程实例
1、我厂承担制造的天津重点工程天津无缝钢管总厂管加工车间、粗坯精整车间及精炼浇注车间的吊车梁近448根，4060t，其结构为焊接实腹梁，长度为26m、24m和18m，截面高度为15003000mm，翼板宽度为450800mm，单根重量为1037t。
该工程采用本工法安全顺利优质地完成了制造任务，受到了用户的好评，并为该项工程取得优质工程做出了贡献。
2、我厂承担的浦铁钢结构中吊车梁及各装置框架、管架中H型钢等，采用本工法均顺利地、快速、优质地完成了制造任务。
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