龙门式机架：船体建造中的焊接利器

出于既可焊接环缝又可焊接纵缝的考虑，龙门式机架结构也是近代采用较多的机架形式。龙门式机架焊机的优点如下：

1）机架刚性好（图5-33），不用担心由于机架刚性差而引起焊缝几何尺寸误差。

2）龙门式机架一般具有机架整体平移的轨道，如图5-34所示。多道环缝长形结构的焊缝对中准备工作就很简便，即只要使龙门机架大概地平移到环缝的上方即可，而焊缝精确对中则由机头完成。

图5-33 龙门式刚性机架结构

图5-34 龙门式焊接机架的结构示意图

龙门式机架适合长筒形结构的多道环缝的焊接。这是因龙门式机架具有机架整体平移的轨道，方便长形结构多道环缝的焊缝对中准备，即只要使龙门机架大体地平移到环缝的上方即可（图5-35），而焊缝精确对中则由机头完成。

对于大型工字梁类型的焊件，焊接时最重要也常出现的质量问题是焊接变形。通常为节约成本，工字梁的中间腹板与两端板间的4条长角焊缝，往往采用埋弧焊小车进行船形位置焊接（图5-36）。虽然这种方法焊接成本低，但大型工字梁的焊接变形（纵弯、旁弯和扭曲）经常出现，且难以矫正。

从焊接工艺中得知，克服大型工字梁焊接变形的主要技术措施是腹板两侧的角焊缝同时焊接，而龙门架上两台埋弧焊机头的结构方案，应该成为大型工字梁（包括箱形梁）焊接生产的首选，如图5-37、图5-38所示。

图5-35 龙门式焊接机架

图5-36 工字梁的小车埋弧焊

图5-37 工字梁采用龙门焊机对称焊

图5-38 箱形梁采用龙门焊机对称焊

图5-39示出采用双丝（Twin）埋弧焊工艺，机架为龙门式结构的箱形梁焊接专机形式。其减小焊接变形的主要原因：一是焊接时钢梁两侧向弯曲能互相抵消；二是采用双丝（Twin）埋弧焊工艺后，减小了焊接总热量输入。

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图5-39 箱形梁采用龙门焊机对称焊减小焊接变形

对船体建造来说，大量的焊接作业是平板拼接和平板与肋板角接，这是龙门架埋弧焊机优势应用场合。在备料车间，可有多台龙门式机架埋弧焊机同时工作，这可大大提高造船效率（图5-40、图5-41）。

图5-40 船体零件焊接用龙门式机架结构埋弧焊机

图5-41 龙门式焊接机架用于多道直缝大板拼接

船体零部件中，常见长达几十米的大型平板+肋板的焊接结构。这种大型平板+肋板结构的焊接关键问题是控制焊接变形。因为对于大型焊接结构，一旦产生焊接变形将很难矫正。图5-42示出用多头龙门式焊接机架焊接平板+肋板结构。这种方法可以减小焊接变形。

龙门式机架埋弧焊机动作伺服要点如下（图5-43）：

图5-42 龙门式焊接机架焊接平板+肋板结构

图5-43 焊接环缝时龙门式埋弧焊机的动作伺服

1）焊头整体沿龙门横梁的平移动作（图5-43中的1）。这个伺服动作是调节焊嘴对准焊件所必需的。

2）焊头整体沿立向的提升或降低的伺服动作（图5-43中的2）。这个伺服动作是调节焊嘴与焊件间的给定距离所必需的。

3）焊嘴自动跟踪系统中的执行机构，即纵向及横向滑板机构（图5-43中的3、4）。

4）焊缝坡口的检测探头（图5-43中的5），它是焊缝坡口自动跟踪系统中的传感器。

5）埋弧焊的焊嘴（图5-49中的6）。它一般仅指导电嘴相关部分，但也有将送焊剂口与收焊剂口一起算为焊嘴的，如窄间隙埋弧焊焊嘴。

6）进行焊件环缝焊接时，圆筒焊件旋转动作是由焊接滚轮架提供的。