浅谈铝电解多功能天车主梁拱度质量控制

浅谈铝电解多功能天车主梁拱度质量控制

王欢

鑫诚建设监理咨询有限公司北京100038

摘要：铝电解天车又称铝电解多功能机组PTM(ProductTendingMachine),它是现代预焙阳极铝电解生产的关键设备，主梁是铝电解多功能天车的关键部分，主梁的拱度值直接影响到副小车的运行，要想保证主梁拱度满足技术要求，在主梁的制造过程中，就要对主梁的拱度进行有效质量控制。本文重点介绍主梁在制造中如何保证主梁拱度质量。

关键词：主梁；腹板；拱度；修复

0引言

铝电解多功能机组（PTM）,是用于铝电解生产的换极、出铝、抬母线、打壳、添加氧化铝、覆盖阳极及厂房内设备检修、安装作业等多功能于一体的高技术设备。其中“主梁”是PTM中的一个重要组成结构，它支撑着工具小车、出铝小车等一系列结构的重量载荷，直接决定着天车整体运行和工作的稳定性和可靠性。在天车主梁的生产制造过程中，必须合理的控制主梁拱度，以保证天车主梁的技术条件，满足其批量生产制造的要求。

1.主梁拱度的技术条件和特性

根据《通用桥式起重机技术条件》（GB/T14405）规定，天车主梁在空载时，主梁应具有上拱度为f=（1.2～1.4）Lq/1000。主梁拱度的大小和拱度曲线的形状将直接影响到天车主梁结构使用性能。当主梁拱度过大时，将引起小车空载或轻载运行时爬坡或下滑；当主梁拱度不足时，将引起小车负载运行时阻力增大，爬坡或下滑。而拱度曲线的形状不连续时，也会引起小车运行时不稳定。所以如何保证主梁拱度和拱度曲线的形状连续是天车主梁制造的关键。

2.主梁拱度的预制

为了使天车主梁在制造完成后拱度满足f0=Lq／1000，腹板下料时需要对主梁腹板预制拱度。腹板预制拱度按：

fx=f0（1－4X2/Lq2）

式中：fx：距主梁中心点距离X处的拱度；

f0：主梁中心点的拱度；

Lq：主梁跨度；

X：主梁上距中心点的距离。

f0＝（1.8～2.0）Lq/1000

主梁腹板预制拱度的切割，由数控切割设备对腹板的上下拱度曲线进行同时同向的切割，以减少由于热切割引起的拱度的误差。

3.主梁的组装

为了保证天车主梁在制造完成后拱度达到f=(1.4-1.6)Lq／1000，主梁的组装是重要的环节。在总结多年的制造经验的基础上，主梁的组装采取倒装工艺方法较为合适，见图1。主要的步骤为：

（1）将上盖板平放在平台上，以上盖板为基础，组装大小隔板和顶部拉筋；

（2）组装两块腹板成π型梁，在组装腹板前要认真检查两块腹板的拱度曲线，消除切割下料的误差，保证两块腹板各点的拱度值及拱度曲线一致；

（3）将主梁内部的其余各件组装；

（4）将下盖板与腹板组装，组成箱形结构梁。

4.主梁的焊接

主梁组成箱形梁后，其主要焊缝就是四条腰缝的焊接，其焊接顺序将直接影响主梁的拱度。

由于腰缝长度较长，焊接量较大，所以焊接时必须严格控制焊接顺序和焊接热输入，以减小焊接变形。主梁的焊接顺序根据腹板预制拱度的大小来确定。

（1）正装焊接顺序：当主梁腹板预制拱度较小时，亦即主梁腹板预制拱度较小时，是利用焊接

变形来增大主梁拱度。在组成箱形梁后，将主梁正放在平台上，在下盖板加垫垫好，焊接1、2焊缝，然后将主梁翻转，焊接3、4焊缝见图2。

（2）倒装焊接顺序：当主梁腹板预制拱度较大时，亦即主梁腹预制拱度较大时，是利用焊接变

形来减小主梁拱度。在组成箱形梁后，主梁在平台上不翻转，直接焊接3、4焊缝，然后将主梁翻转，焊接1、2焊缝，见图3。这样的焊接顺序是依靠主梁的制造经验，由于少一次主梁的翻转，能缩短生产周期。

5.主梁拱度变形的修复

在生产制造过程中，尽管采取了合理的组装工艺和焊接顺序，但由于焊接热输入的不均衡、切割下料及组装时的误差等因素，使主梁的拱度、腹板的波浪变形等技术参数超差，往往在主梁组焊后，还要进行修复。主梁结构变形的修复，通常都是采用火焰矫正，即用氧－乙炔火焰，加热金属结构的某一部位，使其加热部位产生塑性变形达到矫正的目的。但这种火焰矫正方法可能会带来金属结构内部残余应力的增大、金属组织的脆化以及结构的变形，所以采取火焰矫正时应按以下原则：

（1）严禁在结构的同一部位反复多次加热矫正。重复加热还可能引起加热部位金相组织的变化或屈服强度的降低。

（2）对于重要部位，火焰加热后不允许采用浇水快速冷却，以免造成材料变脆及金相组织的变化。

（3）300～500℃为低碳钢的蓝脆温度，因此要绝对避免在此温度范围内进行锤击，以免产生裂纹。对于碳钢和16Mn火焰矫正温度在700～800℃为最适宜。

（4）天车主梁结构是受力部件，加热部位的选择应尽量避免在其最危险的截面，如主梁的跨度中间部位以及焊缝附近。

5.1主梁上拱度的矫正

主梁上拱度的矫正，是在主梁的下盖板上进行几处带状加热，同时相应部位的腹板上进行三角形加热。加热区的数量及部位要根据主梁的拱度的大小来确定。若主梁的拱度整体均匀不够，选择加热区部位要从主梁中心两端对称分布；若主梁局部的拱度不够时，则要在局部凹陷处多布置几点加热区，或加大该区的加热面积。一般来说，加热区越靠近主梁跨度中心，则获得的矫正效果越明显；而远离主梁跨度中心则获得的矫正效果较差，当靠近端梁则失去矫正主梁拱度的作用。一般情况下，下盖板的带状加热的宽度取80～100毫米为宜，因为太宽则操作有困难，很难能使整个加热面在较短的时间内，均匀的加热到所需要的温度。反之若加热面太窄，虽然操作方便，但是变形量小，矫正的效果差。在相应位置上的腹板三角形加热面，其底部与下盖板的加热面相同，其高度可取1/3～1/4的腹板高度，不可超过腹板高度的1/2。

5.2主梁腹板波浪变形的矫正

由于主梁内部的大小隔板、纵向拉筋的焊接，主梁的腹板有时会出现波浪变形，过大的波浪变形也会影响主梁的技术性能，所以，但主梁腹板的波浪变形超差时应给与矫正。对于凸峰波浪变形的矫正，可以采用圆点加热配合锤击，一般情况下，圆点加热区域的直径在60～100mm。当加热到700～800℃时，立即用平锤进行锤击，要先锤击加热区的边缘，然后再锤击中间，将凸峰锤击至带凸起时就应停止，因冷却后钢板还要收缩。凸峰矫正后，凹陷区域也会相应地减少。凹陷区的矫正可以用拉具进行拉伸，也可以在凹陷区焊接一块带圆孔的钢板，用撬杠撬起凹陷区，同时还要配合火焰加热，加热的目的不仅是使拉伸凹陷区容易，而且也使凹陷区拉出后不至于再回弹凹陷。

6.结束语

在多年的铝电解多功能机组的生产制造过程中，天车主梁的制造一直是整个制造过程中的关键。在经历了多次失败，种种困难后，通过不断改进工艺方法，总结出一套完整的制造天车主梁的技术工艺。生产实践证明，确定合理的焊接工艺参数，正确的组装、焊接顺序以及科学的火焰矫正工艺，能够保证天车主梁技术参数要求，以获是理想的拱度及使用性能，也使企业获得可以经济效益。

参考文献

[1]太原重型机械学院主编，徐克晋.金属结构.机械工业出版社，1979.

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（3）.焊接结构.机械工业出版社.2001.

[3]哈尔滨工业大学.田锡唐.焊接结构.机械工业出版社.1982.

[4]王向村.金属加工(热加工).2011年20期:23-25

[5]中华人民共和国国家发展和改革委员会.JB/T5000.3-2007.北京：中国标准出版社