58FT拉铲底座焊接制造工艺研究

58FT拉铲底座焊接制造工艺研究

李泽远,王月,李振杰

一重集团天津重工有限公司 天津300300

摘要：本文从58FT拉铲底座的焊接结构入手对其进行仔细分析，得出了产品在焊接过程中的三大技术难点，并针对技术难点在下料、装配、焊接、校正四个方面进行了工艺研究，以保证该产品的焊接质量，完善和固化相关工艺。

关键词：拉铲底座 焊接制造 焊接工艺

1.拉铲介绍

拉铲又名吊斗铲，是全球众多露天采矿作业中采用的主要挖掘工具，主要由底座、吊臂、铲斗等部件组成。其中底座在整个设备上起着承上启下的作用，下部与设备基础底板接触，上部与拉铲旋转机构相连，底座带动旋转机构围绕底座中心轴旋转，从而完成运载矿石任务[1]。拉铲由于结构简单而重量较轻，成为露天煤矿上生产能力最强、效率最高、吨成本最低的终极挖掘设备[2]。 

此台58FT型号的拉铲的底座为国内首台，世界第2台，用户是澳大利亚公司，在南非使用。

2.拉铲底座焊接制造工艺

              图1拉铲底座示意图（去除上盖）

    58FT拉铲底座的外直径约20m，如图1所示。整个底座为圆周箱体结构，由中心段A、中间段B、外中间段C以及外侧段D四圈组成。A段为中心锻件与钢板组焊而成的焊接件，B、C、D段均为六段焊接件组成，共19段近400吨，99%焊缝为全焊透UT探伤焊缝。底座的19段在工厂内完成单件焊接后，整体试装，检查各段之间现场焊缝间隙（图纸要求6mm）以及整体尺寸，合格后分解发货至现场组焊。

该结构在控制焊接变形、保证尺寸方面存在较大困难。另外根据图纸要求，每个焊接件的焊缝99%为全焊透UT探伤焊缝。因此底座焊接在以下三方面存在技术难点：1.焊缝UT探伤焊接难度较大；2.整体尺寸变形较难控制；3.现场焊缝处间隙及错边量较难保证。

针对技术难点，在拉铲底座的生产过程中，主要从下料、装配、焊接、校正四个方面进行了技术攻关，以保证该产品焊后试装尺寸符合技术要求。

2.1下料

拉铲底座各段的盖板和底板均为扇形板，由于直径较大，扇形板的长度最短的有近5m，长的近10m，但宽度较窄，最窄的仅为1.5m左右。如果按照常规下料程序进行，则下料后的尺寸将会超差，而且极易导致钢板变形及不平。单件尺寸超差，将会造成焊接件尺寸小于图纸尺寸，如果在装焊时，依靠调整装配间隙保证外形尺寸，则会使得焊接量变大，变形和收缩增大，同样会造成焊后尺寸超差。因此，在生产源头下料开始就要采取措施，充分考虑下料过程本身所造成的尺寸偏差以及焊接过程所产生的的焊接收缩及变形。

在实际生产时，一方面考虑扇形钢板气割下料时的顺序不同所产生的变形，另一方面考虑到焊接量大，将会产生焊接收缩变形。因此，在钢板下料时对底板，上盖板以及圆弧形立板单件进行补偿，圆周长度方向每侧增加4mm作为焊接收缩的补偿量。底板和上盖板扇形钢板气割下料时，由于初始切割时钢板宽度最大，切割时变形最小，因此，先切割外圆（即长边）后切割内圆，以减小切割的变形。

2.2装配

（1）平台铺设和画线

在下料之后，首先铺设平台进行装配。此时存在一个问题，那就是中心段（即A段）底板与其它各段的底板不在一个平面，这就给调整平台平面度增加了难度。经过各种论证，最终决定只调整中心段所在的下面平台高度，这样最为便捷，也最能保证装配时活件的平面度和尺寸。最终使用16块平台，平面度调整在1.5mm之内。

平台铺设完成后在平台上画出19段底板位置线，按各段位置将底板铺在平台上，各段之间的间隙在2mm之内，平面度在3mm之内。在底板上画出所有立板和上盖板位置线，各段底板之间用连接块连接，防止装配时底板发生位移。

（2）T形支撑梁

外中间段C中包括T形支撑梁结构，T形支撑梁是拉铲底座中对焊接要求最为严格的部分，T形支撑梁焊缝要求100%全焊透UT探伤，必须先装配、焊接完成后，再装配到外中间段C上。T形支撑梁的盖板厚度为101.6mm，该板厚度与外中间段C、中间段B、外侧段D均不相同（盖板厚度为50.8mm），T形支撑梁与外中间段C上盖板为单V坡口焊接。

T形支撑梁采取倒装法，但装配时的对正就存在着困难，不能直接利用相邻的板位置尺寸进行找正划线。针对这一情况，我们选用两种方法进行比较，一种是利用底板放样尺寸，但该方法容易造成误差。一种是使用划规，以中心段为圆心，对T段支撑梁进行划线对正。经过前期技术方案论证，选择了第二种方法进行找正。将6件T形支撑梁上盖板反向并按逆时针方向组对在T形支撑梁的位置上，经实践，使用该方法进行对正，装配尺寸更加精确，同时操作较便捷。

（3）外侧段D

由于外侧段D结构所致，焊接后较容易产生变形。外侧段D底板下面装焊一层耐磨板，其材质特殊，装上后不利于焊接后变形的校正。由于耐磨板的焊接量少，对于外侧段D基本上不产生变形，所以耐磨板选择在活件校正完成之后进行装配、焊接。

（4）吊耳位置

活件需要吊运、翻转，尤其是试装时的吊装需要平衡（每一段、段与段之间的连接为搭接和插入式结构）以及装配完成后的拆分，吊耳位置的选择尤其重要，经过测算活件的重心位置，重心确定之后，再对吊耳进行合理分布，使活件吊运平衡，为最后试装时的吊装平衡做好了准备。

2.3焊接

58FT拉铲底座焊缝99%要求UT探伤的全熔透坡口焊缝，这就意味着焊接量大，气刨清根量大，焊接变形大。因此要求在焊接过程中要严格控制焊接参数，调整焊接顺序。

（1）焊接参数设置

首先要规范焊接参数。58FT拉铲底座除了中心锻件，其他板材基本主要是P&H106A及P&H50。板厚主要为25.4-101.6mm，坡口主要为K型，部分单V坡口。焊材选用Lincoln 75C φ2.4mm焊丝打底填充，Lincoln 712C φ1.6进行盖面。焊接时采取100%CO2气体保护，电流200-350A，电压26-30V，送丝速度250-325ipm。在多名焊工同时焊接时，注意焊接参数波动不要太大，避免焊接速度不一致，造成焊接变形量不同。

（2）焊接顺序

58FT拉铲底座中的焊接件除中间段B以外基本都具有对称性，为控制焊接变形，焊接时采取多名焊工同时背靠背中间向两边对称焊接。对于双面坡口焊缝，焊接时一侧焊缝焊至5/8左右时，在另一侧进行气刨清根，并焊接至2/3左右时，返回来将第一面坡口焊满，最终将两面坡口完成。

T形支撑梁共有6件，如果采取单件焊接，很容易造成盖板角变形不平以及产生弯曲变形，因此首先在焊接时采取两件背在一起，用连接块连接，防止产生盖板不平以及弯曲变形。    

（3）焊接辅具设计

T形支撑梁焊接辅具：为保证焊接质量，T形支撑梁焊接时各部分需基本保证在平焊位焊接，而且焊缝接头不能在拐角处。为保证焊接位置便于调整，我们专门设计了焊接辅具，焊接时可以随时根据焊接进度，调整需要焊接的位置处在近乎水平位置，便于施焊，保证焊接质量。

焊道尺寸检测用量具：58FT拉铲底座的焊缝基本都需要打磨外观，且打磨的尺寸种类较多，为此设计了专门测量焊脚打磨尺寸的一套样板量具。

2.4校正

    各段焊接结束后，采用火焰和2500T油压机进行校正，每段校正后平面度在3mm之内。

3.总结

58FT拉铲底座焊接制造过程中采用上述工艺方案后，生产有条不紊，没有出现质量问题，外方监制和用户验收一次合格。既保证了产品质量，又提高了生产效率，节约成本200余万元。  

参考文献：

[1]施洪慧.矿山机械拉铲基座的制作及焊接工艺研究[J].焊接技术,2020,(6):57-59

[2]余化.新型液压履带式拉铲[J].建筑机械(上半月),2006,000(007):99-106