一种大型结构件的制作工艺

李静宇 张杰义 孙宇航

河南卫华重型机械股份有限公司 长垣 453400

近年来，国家生态环境部下发了《钢铁企业超低排放改造工作方案》，要求加快推进钢铁行业超低排放改造，从根本上扭转钢铁行业高能耗、高污染的形象，在提升行业高质量发展的同时为员工创造良好的工作环境，有效保障员工的职业健康安全，提升周边环境的空气质量。国内冶金行业多家知名单位正在进行超低排放改造项目的立项和实施验收，大型冶金起重机作为钢厂企业配套项目，市场订单量激增。

1 结构形式

20世纪末以来，国内起重机生产单位结合冶金起重机高工作级别、大起升载荷量、使用环境特色性强等特点及国外针对大型冶金起重机成熟设计经验，将320 t以上的冶金起重机主减速器与主起升车架设计成整体式结构。该结构中减速器箱体采用焊接结构，相对质量轻，结构紧凑，集成刚性好，提升主小车整体结构刚性，减少受载变形量，且保证在调运载荷下的车架与减速器的变形系数一致，有效避免减速器受载变形引起的漏油、箱盖裂纹等问题，同时降低起重机的整体高度和质量，节约厂房制造成本。该减速器整体设计长度10.6 m、内部宽度0.44 m，全部采用厚板焊接结构，空间狭小、焊接填充量大，主要问题有焊接变形及应力集中、加工基准找校困难、加工精度不易控制等。

2 工艺控制要点

该减速器设计在车架的一侧，属于不对称结构（见图1），焊接后极易造成车架扭曲状态，影响其他位置的加工尺寸要求。因此，焊接前必须进行各加工点的定位和余量评估，选择合理的加工基准。

图1 减速器结构示意图

2.1 焊后检测

焊后检测主要包含尺寸检测和减速器箱体渗漏检测两方面，焊接变形引起的尺寸超差主要采用火焰校正，减速器箱体开口处采用工艺撑（角钢）固定。减速器焊缝除保证探伤要求外，还需进行煤油浸泡试验，焊缝外侧刷涂石灰水，查看是否存在渗漏点，若有应及时刨开返修，并重复进行探伤和渗漏检验。

2.2 热时效处理

装炉前将减速器上盖沿车架体长度方向扣放在车架面板上，车架下垫支撑，空间高度不小于300 mm，车架悬空长度不大于600 mm，工件在150℃下装炉，炉内温升小于50 ℃/h，升温至600℃～620℃时进行保温，4 h后进行随炉降温，速度不大于30 ℃/h，当炉温降至150℃以下时工件出炉，并随空气冷却至室温，此次时效处理以消除焊接应力为主。

2.3 粗、精加工

粗加工过程主要以消除焊接变形量为主，加工前进行划线，受条件限制，国内制造厂在大型结构件加工前划线方面很少有专门的空间坐标系，成熟的方法是在经纬仪、水平仪以及全站仪组合下进行局部—整体—局部的测量和划线，粗基准为减速器箱体中分面及两侧面。由于减速器箱体内端面不加工，划线过程需慎重选择中线位置，避免产生轴承座孔内止口余量不足和装配干涉的情况，粗加工过程中留单边精加工余量1.5～2 mm（车架整体刚性强，吊装引起的变形较小），转序过程中工件应支平，不允许有悬空情况，精加工过程前必须进行二次时效处理，并按机床精度进行精加工参数的补偿。

3 过程控制方法及问题处理方案

3.1 焊接过程控制方法

该车架属不对称结构，减速器侧焊接量大，为优化受力结构，减速器下支撑梁焊接前应进行下料预拱，尺寸参照1.5L/1 000 mm执行（L为减速器长度）。焊接采用双面不等尺寸U形坡口，并采用U形盘刀进行铣削加工成型。注意大型防变形工装的应用（见图2），采用刚性较强的型钢制作成框架结构，既防止变形且空挡区便于施焊。

图2 防变形工装示意图

3.2 车架扭曲变形控制

车架按部件在平台上组焊成型，局部校形后组成框架结构，加工焊接过程的检验，及时调整施焊顺序。车架扭曲变形不大于L/1 000 mm，下支座底面取平，并控制厚度值不小于25 mm。

3.3 加工过程控制

车架整体高度尺寸作为自由尺寸，允差参照相关标准执行，优先保证减速器及车架下支座底面加工余量，轴承座端面厚度差值小于5 mm，内止口厚度尺寸不小于10 mm。按照受载仿真，车架最大变形量为2 mm，故下支座底面内倾角度正切值≤0.000 9。

4 结论

随着冶金行业的快速发展，高度自动化、集成化的大型冶金铸造起重机迎来了新的发展机遇，提升制作效率及质量是行业成熟发展的必然。目前大型冶金起重机整体减速器制作尚未有完整的指导标准，本文通过对该减速器制作工艺优化过程的跟进及长期的应用验证总结，细化整理成一些制作工艺过程标准要求，为大型冶金起重机行业增质、增效、节能发展贡献一份力量。