220t 830E卡車元寶梁弧形板置換方案

賀贊勛

神華北電勝利能源有限公司，內蒙古 錫林浩特 026015

1 研究背景

220t 830E卡車是露天礦運輸任務的主力設備，承擔著露天礦采掘后運輸的重要任務，極大地降低了工人的勞動強度，提高了礦山生產效率。隨著設備工作量和使用年限的增加，卡車梁體受到巨大物體的承壓與勞損，造成元寶梁嚴重開裂。220t 830E卡車元寶梁整車狀態下的作業空間狹小，設備停機維修保養時間較短，使得焊接工藝及質量得不到保障，導致設備返修率高。為了消除設備結構件開裂隱患，提高設備出動率，文章就整車大修期間，創新元寶梁焊接維修工藝，以徹底解決結構件開裂問題展開了研究。

為了保證設備維修質量，使設備盡快恢復生產，機修整備車間制訂了詳細的維修方案。根據筆者多年的卡車焊修經驗，制定開窗口、更換板材、加墊板、多層多道焊接等維修工藝，對疲勞焊縫及其熱影響區予以清除，重新焊接，并進行焊后熱處理，從而保證元寶梁的維修質量。220t 830E卡車主機架示意圖如圖1所示。

圖1 220t 830E卡車主機架示意圖

2 220t 830E卡車元寶梁弧形板置換創新點

（1）將U形元寶梁弧形板位置進行更換，使用折彎機將Q345板材折彎成型，將原有弧形板位置更換成新板材，以解決結構疲勞開裂問題。

（2）元寶梁前后端板裂縫清除。疲勞焊縫及熱影響區域完全清除，加墊板保證焊縫根部焊透，提高焊縫質量。

3 220t 830E卡車元寶梁弧形板置換方案

3.1 置換思路

（1）對元寶梁梁體端部開裂橫截面進行實際尺寸測量，設計合理更換面積，建議更換尺寸為480mm×350mm，防止梁體在后續焊接過程中出現根部的搭接、啃咬、別勁等故障問題，避免發生變形。

（2）采用空腹式方法加裝結構鋼墊條，以保證焊縫根部質量?？崭故桨惭b結構鋼條現場如圖2所示。

圖2 空腹式安裝結構鋼條現場圖

（3）采用U形梁弧形鋼板（Q345）固定在墊板上，梁體母材與Q345更換板材底部接縫間隙保持在6～8mm，保持焊縫焊接應力均勻。

3.2 具體方案

在卡車整修狀態下，需在拆除發動機、主發動機、排煙筒、線束、油管等相關附件，并有充足檢修空間的條件下，方可執行焊接整修方案。

（1）開窗口工藝。①窗口截取。使用氣割方式在開裂部位開窗口，去除達到疲勞極限的母材，母材大小為480mm×350mm，梁體板材更換為厚20mm的Q345板材，以保證材質趨同，同時保證結構強度，避免因材質不同引起二次開裂。同時，應選擇規則的窗口形狀，以便于作業。為了減小焊縫應力集中，窗口輪廓應無銳角圓滑過渡，使用氧乙炔割炬切割開窗口部位，取下板材后，對窗口斷面及里外側進行打磨。使用硬紙板拓下窗口形狀，將彎弧板通過折彎機彎成相應弧度，根據梁體更換位置的不同，弧度為160°～170°。②開坡口。根據窗口尺寸，對元寶梁窗口和Q345板開坡口，為了減小焊縫寬度和避免損傷Q345板材，根據具體焊接位置開半“V”形坡口（元寶梁前后端面坡口和替換Q345板上下橫焊坡口）。坡口開好后，使用角磨機、直磨機對坡口內部、焊縫周圍20mm區域進行打磨，去除碳化層、油漆和其他雜質。

（2）焊前預熱作業。使用氧乙炔火焰對坡口及其周圍區域進行預熱，夏季預熱溫度為150～160℃，冬季預熱溫度為260～280℃，其目的是提高母材塑性，同時均勻焊縫和母材溫度，避免施焊過程中產生應力集中而導致開裂，從而保證焊接性能，使焊接材料和母體在焊接前有效消除水蒸氣，避免焊縫出現氫脆缺陷。在預熱過程中，需要有足夠的預熱時間，使預熱各部受熱均勻，避免因預熱不均勻引起應力問題。

（3）窗口閉合。①元寶梁前后端面斜向上開裂的疲勞焊縫開“V”形坡口，坡口底部間隙為5～8mm，加焊打磨光潔的結構鋼墊板。②根據窗口尺寸使用結構鋼墊條，制作墊板框架，并用角磨機清除墊板上的銹跡，將制作完成的墊板框架與窗體進行焊接固定，以保證后續焊接閉合窗口不出現缺陷，可將墊板框架整體與窗口焊接，再將焊縫打磨平整。③U形Q345板材的裝配。使用窗口模板制作Q345替換板材，再對其尺寸進行修理，要求替換板材上下端嵌入元寶梁部位的輪廓線比模板小5～8mm，并開半“V”形坡口，打磨拋光。完成Q345窗口板材的制作后，將其焊接裝配到卡車梁體窗口位置加以固定。固定元寶梁弧形鋼板現場如圖3所示。

圖3 固定元寶梁弧形鋼板現場圖

（4）坡口焊接。使用在300℃下預熱2h的E7018-1 Φ3.2焊條進行焊接，坡口打底焊要求焊縫填充金屬將元寶梁窗口母材、墊板、Q345板三者全部熔合，避免應組織機構不均勻產生層狀撕裂現象。焊后將焊渣清理干凈后才可進行填充和蓋面焊接，避免出現夾渣，造成應力集中，影響焊接質量。填充和蓋面焊接要求采用多層多道焊，采取上下橫焊縫和端面前后立焊縫對稱交替焊接的方式，以達到焊縫受力均勻，避免焊接變形的目的，同時改善焊縫熔池金屬組織均勻細化的問題，避免連續焊接導致熱影響區組織晶粒粗大。此外，蓋面焊要避免咬邊、余高過高等表面缺陷。

（5）焊后退火保溫。焊接完畢后，使用氧乙炔火焰對焊接區域100mm范圍進行均勻加熱，加熱至550～600℃，并使用保溫材料（保溫毯）對退火焊縫進行包裹，保溫緩冷至室溫，以消除焊后殘余應力。

（6）打磨拋光作業。待焊縫緩慢冷卻至室溫后，使用角磨機對焊縫進行打磨拋光，要求焊縫打磨平整。

（7）焊后探傷。作業完畢后檢查焊縫是否開裂，進行著色探傷和超聲波探傷，對焊縫表面和內部進行探傷。經探傷可知，已完成焊接整修的元寶梁焊縫內外質量均零缺陷，質量等級為優，達到設備出廠狀態。置換完成的元寶梁如圖4所示。

圖4 置換完成的元寶梁

4 220t 830E卡車元寶梁弧形板置換的經濟效益

220t 830E卡車元寶梁整修完成后，可為同類型疲勞的元寶梁U形梁弧形板的更換提供科學、可靠的技術參考，以便及時針對類似開裂進行修復指導。采用該工藝整修的元寶梁可有效解決結構件的疲勞開裂問題，降低設備的焊接檢修停機率。對已應用該技術的車輛的跟蹤顯示，采用新工藝焊修后的220t 830E卡車運行平順，狀態良好，在日常運行中未發現二次開裂現象。

（1）元寶梁與主車梁架的價格為整車價值的40%，約為2400萬元×40%=960萬元，運行14年，每年的價值約為960÷14≈68.57萬元/年。

（2）220t 830E卡車元寶梁整修工作可單獨操作也可在卡車整修期間進行。單獨整修需使設備停機5d，整修過程中需要維修人員6人（150元/d），人工成本總共為4500元；焊接整修所用材料成本為8000元。設備跟蹤及模擬數據顯示，單次整修元寶梁可保證設備整修部位3年內結構穩定，不出現開裂。根據以往卡車元寶梁保養經驗，平均1.5個保養周期（33d）就需要對元寶梁開裂部位進行焊接維修，焊接維修工時為8h，合理估算3年可節約單臺設備檢修工時265h，單臺卡車運行1h創造的經濟效益為5000元，采用此工藝檢修后的卡車結構件創造的經濟效益約199.57萬元。

5 結束語

220t 830E卡車作為礦山大型運輸設備，隨著服役年限的增長、負載的增加，其元寶梁逐漸出現開裂現象。元寶梁在卡車中起著至關重要的作用，創新卡車元寶梁焊修新工藝不僅可以縮短焊修周期，還可以節約焊修成本。同時，修復完成后提高了卡車元寶梁的耐用性、承重性，從而可以有效保證設備的高效運行。