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船用桁架箱形吊臂结构的焊接制造工艺研究

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摘要：吊机对船舶安全营运起着非常重要的作用，吊臂是实现吊机功能的核心部件。如何控制大型支撑结构的全焊接桁架箱形吊臂结构的几何精度，主要取决于装配和焊接变形控制。文中主要介绍了桁架箱形吊臂结构的制造工艺，规范了吊臂体、吊臂头部、吊臂鼻头结构件及其装配的工艺过程。

关键词：船用吊机；箱形吊臂；焊接变形；工艺

1前言

吊臂是实现吊机功能的核心部件，桁架箱形吊臂是一种常见的吊臂结构形式，如何提高船用吊机的安全性和使用寿命，控制全焊接吊臂结构的几何精度是关键，这主要取决于焊接工艺和装配精度。本文围绕提高船用桁架箱形吊臂结构的尺寸精度，对其制造工艺展开研究。

船用桁架箱形吊臂结构主要由吊臂体、吊臂头部、吊臂鼻头及吊臂舾装件组成，吊臂结构简图如图1所示，该结构具有形状复杂、承载较大、焊接变形大等特点。

图2吊臂体结构示意图

吊臂主梁槽形板采用冷压成形，按照放样尺寸划出轧制线，成形后用内样板检查压制角度90°±1°，截面外形尺寸误差≤3mm，此时要注意两端接头处尺寸相配，检查直线性≤L/1000，边缘部分直线性值可允许稍大，待吊臂体箱形结构合箱时再矫正。

3吊臂头部制造工艺

吊臂头部结构如图3所示，吊臂头部零件放样时按图样尺寸展开，均

按展开图进行下料，下料时翼梁槽形板应开出滑轮孔；翼梁法兰和隔板法兰的内孔半径方向预留15mm的加工余量，待机械加工后装焊。用折边机或400t油压机轧制翼梁槽形板和横梁槽形板，轧制时应注意轧制方向，成形后用内样板检查压制角度90°±1°，截面外形尺寸误差≤3mm，直线度要求≤1.5mm。

吊臂头部装焊时，将翼梁法兰和隔套分别与翼梁槽形板、翼梁腹板组焊，焊后进行矫平，要求法兰面相对槽形板底面与腹板平面的平行度偏差≤1mm，然后在翼梁槽形板内部装焊翼梁隔板，焊完报检合格后再装焊翼梁腹板组件，装配时必须保证焊后两法兰的轴孔同心且其间距符合图样要求，为防止焊接变形焊前要加支撑固定。

图3吊臂头部结构

4吊臂鼻头制造工艺

吊臂鼻头结构及其工艺流程如图4所示。吊臂鼻头零件放样时按图样尺寸展开，均按展开图进行下料。用折边机或400t油压机轧制翼形盒，成形后与其封板待吊臂总装时装焊。先将吊耳、加强肋及其相对应的钢管封板组焊，钢管与其封板组焊，然后将相邻3块连接立板与上下钢管组件装焊，装配时要求上下钢管组件中心线在同一铅垂面上，将相邻连接立板内部焊缝焊好后装焊，最后1块连接立板，装焊完毕后报检。

图4吊臂鼻头结构及其工艺流程图

5吊臂总装制造工艺

由于桁架箱形吊臂结构的外形尺寸较大，属于大型结构件，但对吊臂体、吊臂头部及鼻头的装配位置精度及尺寸精度要求都非常高。综合考虑其工艺可行性，安排在合龙台架平台上进行吊臂总装，其工艺流程如图5所示。修配固定在台架上的吊臂体左右主梁，使其符合图样的尺寸要求，然后将吊臂头部平置于托架上与吊臂体前端对接装焊，同时将吊臂鼻头装焊到吊臂头部横梁上，装配时要求保证三者的十字中心线吻合，以确保其装配精度。焊后吊臂头部与吊臂体前端的角接焊缝应进行MT探伤。

图5吊臂总装工艺流程图

尾部法兰在装配前可采用反变形工艺进行预弯，此工艺可有效减少尾部法兰焊接后的矫正工作，具体方法为：选取脚板长度方向2～4处位置，火焰加热的方向使其向焊接变形的反向发生1～2mm的变形，然后再将其装配至吊臂体并焊接。将机加工后绳头固定耳板装焊成组件，焊后眼板与吊臂体的角接焊缝应进行探伤；装焊燕尾板和吊臂鼻头的翼形盒及其封板，其中焊接燕尾板时只焊上表面焊缝，下表面焊缝待吊臂翻身后焊接；拆除台架上的固定板将吊臂翻身后，焊接燕尾板剩余焊缝，同时对蝶形板与主梁槽形板的对接焊缝进行清根焊透，然后装焊吊臂体的三角盒。

全部焊接完成后，检查尾部法兰尺寸并矫正，拉线检查两法兰的平面度，要求线与两法兰加工面的间隙≤2mm，对角线尺寸允许偏差值为±5mm。最后用水平仪检测吊臂零度放置时的上翘度，并检查左右主梁的中心距，如超过图样公差则采用火焰矫正法进行矫正。

6焊接操作

由于全焊接桁架箱形吊臂结构形状复杂、承载较大、焊接变形大等特点，其焊缝数量多且长，刚性大，焊接时易产生较大的焊接变形和应力，影响后续装配和使用寿命，因此要采用合理的焊接方法，调整焊接工艺参数和焊接顺序来控制变形。焊接方法优先选用了能量密度大的CO2气体保护焊，该方法热输入集中、变形小、生产效率高、成本低。选用药芯焊丝YCJ501－1，直径1.2mm。焊机型号为NB－350，直流反接，焊接工艺参数见表1。长直焊缝焊接时采用偶数名焊工对称施焊，分别分段退焊以控制焊接变形。

表1焊接工艺参数

7结束语

影响焊接变形的因素较多，本文灵活运用刚性固定工装、反变形法及焊后矫正法，并在制造过程中严格控制下料、坡口设计、焊接顺序设计、装配顺