安钢120t转炉-炉卷轧机工程大吊车梁制作安装工艺及质量控制

摘要:安钢转炉--炉卷轧机工程大吊车梁的制作安装是目前冶金行业最大吊车梁（跨度63～64.5米、高度6米、单根重250～280吨），因其自重过大，对制作和安装是个难题。在施工中结合以往成功经验对大吊车梁的制作工艺及质量控制作了细致的分析研究，为其成功制作和安装起到关键性的作用。
关键词: 分段制作、起拱控制、焊接工艺、预拼装、高强螺栓连接、质量控制。
一．工程简介
安钢120t转炉-炉卷轧机工程，共有4根长63m和64.5m、高6m、翼缘板截面宽1m的大型实腹吊车梁。吊车梁材质为Q345-C板，其中翼缘板厚100mm、宽1000mm；腹板厚40mm；支座板厚100mm；端头板厚50mm，高2400mm；纵向加筋板厚30mm，按间距3000mm布置；横向加筋板在距上翼缘板1500mm处布置，板厚25mm。上翼缘板与腹板设计为K型60°坡口，焊角宽度达30mm以上；下翼板与腹板两端头处8000mm范围为K型55°坡口，其余段设计要求必须平面顶紧，其焊缝全部采用埋弧自动焊焊接。整个吊车梁设计要求起拱50mm，实际制作按80mm起拱操作。按设计要求，腹板连接处采用高强螺栓连接，每条接口大约912颗螺栓，上下翼缘板共分布着4条安装焊缝，其中上翼缘板安装焊缝采用埋弧自动焊和手工电弧焊相结合，下翼缘板安装焊缝采用手工电弧焊。
施工工艺特点：本工程属于特大型钢结构吊车梁的制作和安装，跨度大、单根重量大、焊接质量要求高、施工工艺复杂，在冶金工业厂房施工中实属少见。由于重量太大，现有加工厂行车无法满足施工要求，且受到运输的限制，最后采取现场分段制作安装。起吊设备为：一台80吨履带吊，一台120吨履带吊。
二．施工工艺
1．下料：
1．1. 下料控制：
采用标准钢卷尺（日本田岛）、划针、粉线等工具进行号料，按拟定工艺起拱（80mm），每500mm计算起拱1.25mm划线。所有板材对接焊缝采用X型坡口，下料必须考虑焊接收缩，一般按每米3mm实施。下料及开坡口全部采用半自动切割机切割，并打磨平整坡口均匀。每根吊车梁分三段分别制作，每段上下翼缘板连接处相互错开2000mm左右。下料的准确是制作质量的重要保证，既要考虑焊接工艺的基本要求，还要考虑成品外观及尺寸偏差的质量，尤其是起拱量的控制和开坡口的质量。
1．2.起拱控制:
按照吊车梁设计要求（ YI=16H[X（L-X）/L2]2 ），理论起拱值为H=50mm，在实际制作时，考虑到焊接收缩和安装就位后自重对起拱的影响因素，起拱值控制在H=80mm，采用全长比例法计算分解，每500mm起拱1.25mm划线下料。如何保证最后的设计起拱值(H=50mm)，是整个制作中的重中之重。但从最后的实测结果来看，处于以上因素的考虑还是比较合理的，具体实测数据如下：
空中对接完成后实测起拱值：79mm、77mm、75mm、80mm
拆除支撑平台后实测起拱值：48mm、56mm、50mm、53mm
1．3.焊接余量控制：
由于此吊车梁属于特大型构件，余量控制的好坏，对整个吊车梁截面尺寸会有影响。根据经验，每米按3mm控制焊接余量，特别是腹板高度方向；长度方向余量每段按500mm预留，待预组装时视具体情况切除。
2．翼缘板及腹板接料：
翼缘板及腹板接料根据方案中的排版图具体下料，其中翼缘板和腹板纵向焊缝应相互错开200mm以上，且要考虑到加筋板焊缝必须避开。对于腹板接料，要求先焊纵缝焊缝，校平整后再进行横向接料，以减少T型接头处的应力集中。整块腹板接料完成校平后，才能进行腹板高度方向的下料，否则截面高度就无法保证。
3．焊接工艺控制及要求：
3.1．接料焊接：采用E5015 φ3.2焊条正面打底，H08MnA焊丝、HJ431焊剂埋弧自动焊焊接，第一、二层焊丝直径φ3，以后为φ5。焊接前必须对焊缝打磨清理，特别是浮锈层一定要处理干净，以确保焊接质量。在施焊前，根据接料长度，考虑反变形系数。
3.2．H型钢焊接：H型钢组对后，在焊接胎架上进行埋弧自动焊焊接，先下翼缘后上翼缘，以保证吊车梁起拱要求。焊缝打磨清理干净后，采用埋弧自动焊接，焊丝直径φ3～φ5，机头内侧夹角角度为112.5°～120°。对于上翼缘板与腹板的T型缝打底焊接，考虑反变形控制，采用反面打底，将焊缝坡口基本填满后再上胎架焊接。焊前预热应采用半自动切割机匀速加温，以便达到加温均匀之目的。
3.3．加筋板焊接：H型钢焊接完毕并校正好垂直度和平整度后（特别是上翼缘轨道面要求），进行加筋板组装，并调整好顶紧面间隙（一般0.03mm塞尺不入为准），就可进行加筋板焊接。焊接时采用手工分段反向焊接法，即可降低和分散热输出量，又可减少了焊缝收缩、应力和变形。
3.4．吊车梁安装对焊：翼缘板对接焊缝采用不对称型坡口（下小上大），预组装后在地面切割打磨好坡口。上翼缘板焊接先手工仰焊后埋弧自动焊焊接，下翼缘板焊接全部采用手工电弧焊。
3.5．所有对接焊缝都必须进行超声波探伤，满足一级焊缝要求。
4．H型钢组对：
4.1．H型钢组对：必须在已操平的制作平台上进行，一般采用水平组对。首先将腹板放在平台上，注意垫实以免焊接时变形严重。根据事先划好的翼缘板中心线，采用底部支垫调整翼缘板中心，侧面加千斤顶顶紧翼缘板，尽量使腹板与翼缘板紧贴无缝隙，再采用间断焊（100mm）焊接，保证整个吊车梁此处焊缝紧密贴合。
4.2.加筋板组装：加筋板焊接前首先要校正好翼缘板和腹板的垂直度。特别是上翼缘板，在调整好两者的垂直度前，校平上翼缘板的平直度，才能保证吊车梁轨道面的平整度要求（1mm/1000mm）。同时要保证上翼缘板与加筋板端头充分顶紧；其次，要校平腹板，保证加筋板与腹板顶紧。采用火焰校正和千斤顶顶紧相结合，采用“门”形架附加千斤顶加压校平，充分保证了加筋板与腹板的顶紧。
4.3.端头板组装：端头板组装时必须保证与腹板顶紧，在腹板端部坡口加工时，还要注意加工断面的直线度，以保证焊接后端板不变形。
5．预组装：
5.1.吊车梁分三段制作完成后，在地面进行水平预拼装。在安装大梁临时砼支墩附近设置预装胎架，在端部及接头部位采用安钢常用钢锭简易装配胎架，三段就位沉降稳定后测标高加支撑找平。
5.2.先吊放中段梁，后吊放两端梁。三段梁基本就位后，在上下翼缘板中心线两端梁处以及安装支座下平面处挂钢线，利用三条挂线检查调正整个梁长度、高度、对接间隙、支座水平度并做好实测记录。
5.3.以中段梁为基础（原则上不动），计算两端梁所需长度和上下翼缘板与腹板错位长度，划线切除多余余量。
5.4.按5.2条操作方法再次预装配三段梁为整体，挂线检查预装实测起拱值，并详细做好记录。
5.5.根据设计起拱值（50mm），调整实测起拱值，此吊车梁按80mm起拱控制。
5.6.高强螺栓制孔：先将连接板号孔并配钻，再将连接板与腹板配钻。号孔时应采用划针号孔，打五花眼。钻孔时先将中心扩大为φ3mm定位孔心（手枪钻装3mm中心钻钻孔），再进行最终的钻孔。配钻制孔完成后，将连接板与吊车梁解体。扭剪型高强螺栓（M24×130）钻孔孔径26mm、纵横孔距100mm。
5.7.三段预拼装成整体后，检查实际起拱度、线形、连接情况，合格后解体分为三段，准备最后安装就位。
6．安装：
本工程属于特大型吊车钢梁结构的安装，本方案采取在安装现场分段制作后，在地面进行整体预拼装，再解体安装。
6.1.在柱子牛腿面上标出十字交叉中心线，吊车梁端板上标识出纵向中心线，以备安装找正使用。
6.2.分别吊装三段梁放在柱子和临时安装砼支墩上。
6.3.吊车梁就位基本找平找正后，再挂线精调。保证起拱度、旁弯度、连接板眼孔位置满足设计和规范要求。
6.4.安放好连接板后上螺栓，初紧高强螺栓，检查整根梁平直度和起拱度，并进行微调后紧固高强螺栓。
6.5.吊车梁就位：吊车梁分段吊装后放置于钢筋砼支墩平台上的“吊装就位横梁”上，千斤顶放于支架平台上，其标高低于就位横梁。利用千斤顶调整标高，纵向移动用吊车和倒链，横向移动采取在平台梁上焊接支挡，利用千斤顶和倒链调整。分段就位后，上好高强螺栓连成整体，就可进行安装焊缝、弹簧板的焊接及水平支撑的安装工作。最后经实测检查合格后，吊车梁临时钢筋砼支墩拆除，到此吊车梁安装工作就完成了。
三．质量控制
为了确保大吊车梁制作安装质量，在施工前就制定了相应的质量控制措施，并设置了关键控制点，具体如下：
1. 制定了详细的施工方案及质量控制措施。
2. 坚持工序报验制度。大吊车梁制作安装每个工序都必须及时报验，未经质检人员、监理同意不得进行下道工序。同时项目部、监理、业主都有专人现场监督，确保制作安装时刻处于受控状态。
3. 特殊工种必须持证上岗，不合格焊工及时调整更换。
4. 检测工具必须经检定合格才能使用。下料前所使用的盘尺、卷尺必须检定合格。
5. 设立质量控制点，确保制作质量合格。如：起拱检测线、坡口形式及切割后的修补、下料余量控制、焊接控制（含材料因素）、吊车梁支座处的高度控制、组装顶紧控制、连接板套钻控制、起拱度控制等。
6. 特殊工序控制：焊接质量直接影响整个工程的制作质量，在严格执行相应的焊接工艺的原则上，对于焊接质量先作焊接工艺评定，合格后才可专人操作实施焊接。
7. 实行严格的质量检查制度。每道一级焊缝按设计要求焊后及时探伤，焊缝外观、焊缝高度偏差、组装焊缝间隙要求等，检查合格才能进行后续工序施工。
8. 严把材料质量关。无论是国内钢材、焊材，还是高墙螺栓，必须按照规范要求遵循先检验后使用的原则，决不允许不合格品流入下到工序。
四．实施结果
安钢120t转炉--炉卷轧机工程64m大吊车梁制作安装，是制约该工程设备安装顺利完成的瓶颈工程，其最大的难点就是组装和焊接控制。从实施的效果来看，大吊车梁制作安装的质量控制是成功的，无论是实测起拱度，还是整体的焊接质量，都达到了预想的质量目标，也满足了整个工期要求。