活动横梁断裂修复技术

代浩秋

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618000)

锻造油压机组合式机架采用预应力拉杆结构，如图1。活动横梁是压机的执行机构，也是主要运动部件。

目前，制作横梁和立柱的铸造材料主要有两种：GJS-400球墨铸铁QT400和G20Mn5铸钢ZG20Mn。两种铸造材料相比较，G20Mn5铸钢的力学性能、拉伸强度、屈服强度和伸长率比较高；GJS-400球墨铸铁的疲劳强度和韧性比较高。自由锻造油压机的工作频次从每分钟十几次到一百多次，横梁长时间承受交变应力，在长时间的交变应力下，特别是活动横梁可能会出现裂纹，而G20Mn5铸钢的补焊性能远远高于GJS-400球墨铸铁，所以国内绝大多数自由锻造油压机的横梁和立柱均采用铸钢材料。

本次事故压机是某厂63 MN锻造油压机活动横梁，由于操作失误造成横梁断裂，致使整个压机瘫痪，损失巨大，为了尽可能地减少损失，通过研究决定由我公司负责活动横梁的修复工作。

1 活动横梁结构及断裂情况

1.1 活动横梁结构

本活动横梁长8.4 m×宽4.3 m×高3.2 m，重约141 t，如图2所示。此活动横梁是铸焊结构，中间箱体采用厚钢板焊接成型，材质为Q345B，四周立柱是铸钢件，材质ZG35。五大零件均开V形坡口焊接而成。

1.2 活动横梁断裂情况

活动横梁一侧立柱从提升缸支撑处到立柱孔上端完全断裂，如图3所示。

1—上横梁 2—活动横梁 3—立柱 4—拉杆 5—下横梁

图2 活动横梁示意图

图3 活动横梁断裂照片

表1 活动横梁修复和重新做方案比较

2 修复方案分析

因为活动横梁基本完全断裂，除了外部可见的两条近10 m的裂口，内部还有两条近8 m的裂口，焊接修复难度非常大，我们对活动横梁的修复和重新制作方案做了比较，见表1。

通过表1分析可以看出，在对我公司实力认可、技术方案认可的基础上，根据成本和社会效益分析，选择修复方案。

3 活动横梁修复工艺

3.1 切割

在铸梁平台上，使用千斤顶、手拉葫芦配合行车沿裂缝切除断裂部位。

3.2 修刨打磨

多人配合，分两个作业面进行坡口打磨，坡口按现场技术指导操作，反面坡口角度大于45°。

3.3 探伤和消缺

对整个活动横梁进行磁粉检测，特别是裂纹附近磁粉检测+超声检测，排除事故引起的其他缺陷。如发现其他裂纹等，确定工艺后挖补消缺。

3.4 组装

在铸梁平台上，使用千斤顶、手拉葫芦配合行车复位活动横梁，并焊接拉筋。复位后检查尺寸，拉筋钢板厚度大于45 mm。

3.5 堆焊焊接

(2)焊缝位置包括上述所有断裂处，滑板面堆焊5～10 mm，焊接变形后进行加工修复。

(3)焊前，焊缝坡口及附近50 mm范围内清除净油、锈等污物。

(4)采用2～3把烘枪进行焊前预热，预热温度为170℃，待温度降至150℃时进行焊接。

(5)采用电弧焊打底，CO2气体保护焊填充的方式进行焊接。

(6)电弧焊采用E5015(J507)∅3.2 mm、∅4 mm焊条。在使用焊条前，按规定进行烘焙，烘焙温度为350℃。烘焙后冷却到150℃保温，领取的焊条应放入保温筒内。

(7)CO2气体保护焊采用ER50-6 ∅1.2 mm实芯焊丝。CO2气体的纯度应大于99.7%，含水率不得大于0.005%。

(9)焊接层间温度应控制在200～250℃之间。打底焊接时，每层焊缝高度与焊条直径相当，焊道宽度超过20 mm后进行CO2气体保护焊。

(10)焊后用烘枪加热焊缝至200℃进行焊后热处理，然后采用保温棉包裹焊缝，缓冷至室温。

3.6 焊缝无损检测标准

3.7 远红外消应

整体消应，对所有配合面(含梁上柱塞孔、梁下与垫板配合面、立柱内腰带孔、夹紧缸密封面等)和螺纹孔进行耐火涂层保护或采取更好的保护措施，控制变形在最小范围内。

3.8 机加

(1)在机床上以未断裂的三个立柱孔找正，并检查柱塞、上垫板接触面、24个滑板面，如发生变形，需按照图纸要求进行修复加工，具体方案经双方协商确定。

(2)在机床上以未断裂三个立柱孔找正，加工断裂角8个滑板面、回程缸孔、端面等符图。

3.9 其他

为了加强断裂部位焊接后的强度，要求在断裂处焊接4个拉筋，以达到延长活动横梁的使用寿命的目的。

图4 活动横梁修复后检测数据

图5 活动横梁修复后

4 修复结果

活动横梁修复后检测数据见图4，修复后照片如图5。

5 总结

此次活动横梁断裂修复共用焊丝约4 t，其中除了裂口的堆焊之外，还包括四个立柱孔上下端面的堆焊，部分热影响大的螺纹孔的堆焊，其中最重要也是最困难的是大量焊接后的变形控制，主要控制措施有：

(1)焊前严格按要求进行预热，并对螺纹处进行保护。

(2)由于活动横梁太大，热处理炉加热困难，整体加热对活动横梁原加工面影响又太大，因此选择远红外毯加热进行热处理，并采取适当的保护措施，控制断裂风险在可控范围内。

(3)即使采取以上两个措施，仍不可避免，柱塞、上垫板接触面以及24个滑板面还会存在很小变形，可通过机械加工达到图纸尺寸精度要求。

通过采取以上三个措施，很好地控制了此活动横梁断裂修复过程中的变形，尺寸检测合格，现场安装后实际运行效果良好。我公司仅用45天完成了该活动横梁的修复，投入使用近一年时间里，使用效果良好。