应用计算机辅助技术进行水泥回转窑窑体现场焊接装配

【摘 要】 水泥回转窑窑体，尺寸大，如果在制造厂整体焊接加工完成，无法运输到安装现场，一般大都采取现场组对焊接完成。一般在施工现场焊接装配的过程中都采用大吨位吊车吊装来完成。焊接效率低，占用吊车时间长。大吨位吊车台班费用高。本文探讨了水泥回转窑窑体现场组对焊接的工艺装备-滑动支座和龙门式吊架，提出了滑动支座和龙门式吊架的结构模型及稳定性校核过程，以及使用该种滑动支座和龙门式吊架的施工方法。

【关键词】 水泥回转窑窑体现场组对焊接 滑动支座 龙门式吊架 施工方法

回转窑是水泥厂用于水泥熟料煅烧的主要设备，它在水泥生产中具有强烈的热工负荷和连续生产的工作制度，是整条生产线的“心脏”，对安装质量要求十分严格，其安装质量的优劣，直接关系到全厂生产线能否正常运行。水泥回转窑窑体，尺寸大，如果在制造厂整体焊接加工完成，无法运输到安装现场，一般大都采取现场组对焊接完成。一般在施工现场焊接装配的过程中都采用大吨位吊车吊装来完成。水泥回转窑窑体现场焊接采用焊条电弧焊，焊接效率低，占用吊车时间长。大吨位吊车台班费用高。

1 工程概况

我单位承担了某公司2500t/d新型干法熟料生产线安装工程，该工程回转窑窑体筒体内径4000mm，窑体筒体壁厚24mm，共12节。回转窑窑体材质为20g。筒体在制造厂焊接完成，经过校园和无损探伤合格，运送到现场，进行回转窑窑体环焊缝装配焊接。

2 焊接施工特点及难点

回转窑筒体组对焊接时，焊口均为环缝，为了保持最佳工位焊接，筒体需进行转动。因回转窑驱动装置安装工艺复杂，工期相对滞后，回转窑筒体各节对接焊时，驱动装置用不上。因此在地面和安装位置组对焊接时，筒体转动只能借助临时装置转动来调整焊接位置。

3 施工方案

经过研究决定采用滑动支座，加龙门式吊架来完成组对任务，滑动支座采用鞍式结构，在接触弧面上涂润滑脂，以便减小摩擦，方便窑体筒体转动调整位置。

3.1 施工方案流程（图1）

3.2 焊接工艺方案确定

3.2.1 坡口参数选择

回转窑筒体材质为20g，壁厚为24mm。坡口采用双面组合的V-U型坡口，坡口尺寸见图2。实际在现场选用单面V型坡口，坡口在回转窑筒体预制时同时完成。V型坡口开在回转窑筒体内侧。待内侧焊接完成后用碳弧气刨刨出坡口，坡口近似U型。

3.2.2 焊接方法和焊接设备选择

焊接方法选择焊条电弧焊（SMAW），焊条选用E5015，焊机选用直流逆变焊机ZX400型。

3.3 焊接工艺参数选择

焊接时，先焊接内侧环焊缝，第一遍打底焊接选用直径 Φ3.2mm的焊条，焊接电流90A～130A，焊接电压24V～26V；填充焊接和盖面焊接选用直径Φ4.0mm的焊条，焊接电流，160A～190A，焊接电压24V～26V。内侧焊缝焊接完成后，用碳弧气刨刨出坡口，同时清理坡口根部，清除坡口根部残留的黑线，直到出现金属光泽的金属本体，方可焊接。第一遍打底焊接选用直径Φ3.2mm的焊条，焊接电流90A～130A，焊接电压24V～26V；填充焊接和盖面焊接选用直径Φ4.0mm的焊条，焊接电流，160A～190A，焊接电压24V～26V。

4 支撑支架强度校核

根据需要，设计支撑施工用支架，按照单节最大段塔体重量进行校核。采用Autodesk Inventor Professional软件将支架建立三维实体造型，将造型体导入到ANSYS软件中加模拟载荷，进行强度校核，结果如图2所示。支座承受载荷的变形很微小，是安全的。

5 门式吊装支架的校核

龙门式吊装支架的上横梁采用300H型钢制作，立柱采用20#槽钢对扣组成箱型结构，应力分析如图3所示，在最大载荷条件下（单侧20t）上横梁局部区域变形较大。立柱局部区域虽然变形较大，但是能够满足承载要求（图4图5）。

6 施工过程

6.1 施工流程（如图6）

6.2 焊接工艺参数

焊接工艺参数见表1，气刨工艺参数见表2。

7 施工注意事项

各组支架要超平，各组支架要用刚度较大的型材结构焊接联接固定，防止设备对接装配时造成支架移位，支架与设备工作接触面要涂润滑脂均匀。

准备好施工机具，电焊机，焊条，保温桶，烘干箱等工具、设备。

在组焊工作区摆放好支架，间距合适，易于组焊，并且与塔体零件不干涉。调整他们中心线的位置，使之保持一致。调整底面高度，使之保持一致。目视测量偏差在2mm以内。用拉筋固定支架。

8 结语

按照此方案施工圆满完成了安装任务，由于采用了计算机辅助应力分析及滑动支座的塔类设备现场组对安装技术，在成本比较中很大程度节省了机械和人工成本的浪费，工程质量也完全符合规范及业内要求。采用专用计算机软件进行数字模型验证，即简单方便，又准确。能保证自制工装的安全使用，降低投入成本，该项技术的引入应用，对于施工企业的工艺创新开拓了新途径。对于其他行业也有借鉴作用。推广后会对社会产生较大的经济效益（图7）。

参考文献：

[1]现场设备、工业管道焊接工程施工规范.GB50236—2011.

[2]水泥工业用回转窑.JC333-2006.