机械制造结构节点深熔焊的焊接应用与起重机钢结构节点焊接要求的对比

谢骅 唐山重型装备集团有限责任公司

机械制造技术中的关键技术就是焊接技术，随着经济的发展以及焊接工艺技术的不断成熟，造船工业中焊接工艺的数量在不断地增加，同时也实现了一定的机械化和自动化，当然这些与焊接新材料的应用有着重要关系。当前机械制造关键节点的角焊缝多采用的是深熔焊，但是在某些行业中关键的结构节点则采用的是全焊透，本文主要就机械制造结构节点深熔焊的焊接应用与起重机钢结构节点焊接要求的比较分析如下：

1.在中垂以及中供极限强度条件下，船体舯剖面结构节点焊接分析

在船舶制造中使用连续变截面板,可以在实现减重的同时保证船舶的高强度。激光焊接技术是进行变截面板连接的有效手段,对连续变截面板的激光焊接要求熔深随材料厚度的变化而适应性变化。但连续变截面板的激光焊接过程极易受到焦点、焊接位置,保护气体波动以及材料本身厚度变化的影响对熔透性造成影响。因此,对连续变截面板激光焊接过程进行在线监测与实时控制成为保证焊缝熔透性的关键。在力学分析中，船体可以看做是一个变截面的空心梁，许多学者对创痛梁上的弯曲正应力分布情况进行了研究，并且得出了一致的结论，那就是应力最大的位置主要是船体的船底以及甲板面位置，因此在船体焊接中这两个位置的焊接要求较高。本次研究中以76000DWT散货船船体的舯剖面结构为例进行说明，该船体中的船底、甲板面、舱壁以及弦侧采用的是纵骨架式，材料采用的是AH32，厚度约15―20mm。

在中拱条件下，船体的底部受到所有纵向压力的作用，并且形成了一种特殊的节点连接形式，在这种特殊的连接形式下，节点1与节点2位置处对应的压应力是最大的，具体的可见图1，其中在节点1位置采用的旁桁材有一开坡口，而这一开坡口适是以50°削斜留根t/3的形式完成的，内底板与斜顶板之间形成了自然的坡口，在焊接过程中对于焊接板材的反面没有进行碳刨去根处理，直接通过双面焊接就可完成，这样就形成了深熔焊角焊缝，这种焊接方式可以保证机械制造的正常航行需要，但是根据修船人员的描述，通常内底板、斜顶板以及旁桁板之间形成的角焊缝在一定范围内存在着应力集中现象，由于应力集中的出现，该区域内容易出现裂纹，所以这部分的焊缝就需要满足全熔透焊缝要求，所以节点1位置在焊接过程中需要进行碳刨去根处理。节点2位置处在焊接过程中采用的而是双面焊接，不需要进行碳刨去根处理，听过深熔焊就可以满足要求。

2.起重机箱型结构焊接分析

本次研究中以德国设计生产的600吨龙门起重机为例进行分析，该起重机主梁采用的是双箱式结构，箱梁截面高度为10.075m，下部翼缘板宽度为2.14m，上部翼缘板宽度为4.3m，主梁的底部标高为76m，行车规矩为185m，刚性腿采用的是变截面箱式结构。

该龙门吊车的主梁结构以及刚性腿部是一个整体的箱形结构，在设计过程综合了经济因素、技术因素以及材料因素等，也就是设计的主梁、刚性腿截面以及腹板厚度均是根据受力变形设置成变截面。通过对该龙门吊车起重运行状况进行分析，最大弯矩负荷位置为主梁的中间段，此外，刚性腿还存在有动荷载作用，具体的表现在刚性腿运行、刚性腿起吊阶段，这些都会对箱型结构连接位置处的角焊缝有着重大影响。根据常规的设计经验在设计过程中应该采用的是全熔透焊缝，但是本次研究中的箱形起重机的设计与上述船体结构节点的设计有着较大的相似之处，焊接缝采用了深熔焊，图2所示为龙门起重机梯形主梁主视图、俯视图、横截面以及相关焊接节点示意图，图中所示的节点Ⅰ和节点Ⅱ就采用的是与船体关键节点类似的焊接方法。在这两个节点位置，通过厚度1/3t以及2/3t削斜开双向坡口，并且留根2mm，这部分用于承受压应力，对于腹板的下端，不需要开设坡口，在使用双面焊接过程中也不用进行碳刨去根处理，全部采用的是深熔焊角焊缝。此外，在刚性腿箱型结构的四面连接角焊缝过程中，同样的不需要开设坡口，可直接进行双面焊接，此时形成的焊缝为贴脚焊焊缝。当然这些设计均是根据结构的受力特点进行分析的。

3.结语

大型起重机的箱型梁、刚性腿均属于结构中的关键位置，而船体的舯剖面同样的属于船体中的重要位置，在本次研究中分析了机械制造结构节点深熔焊的焊接应用与起重机钢结构节点焊接要求，结果显示深熔焊的焊接在船体的焊接以及大型起重机箱梁、刚性腿等方面均有重要的应用，这种焊接方式结合了结构的受力特点，根据受力特点完成焊接，这样不仅有利于提高结构设计的经济性，同时还能达到节约材料的目的，在实际应用中可结合受力特点进行分析应用。