浅谈吊耳的设计及焊接
【摘要】电建钢结构施工中，为了规范工程施工中吊耳的设计和使用，确保吊耳使用安全可靠，保证安全施工，对吊耳的设计及焊接经行了浅析。
【关键词】吊耳；设计；吊耳计算；吊耳焊接
1、引言
吊耳在电厂钢结构的施工中，经常被用到，如锅炉的大板梁的吊装、煤斗的吊装、悬挂式烟囱钢内筒的钢梁吊装、层间梁等。
然而脱甲烷塔主吊耳、丙烯精馏塔吊耳的设计及选用各式各样，为了规范工程施工中吊耳的设计和使用，确保吊耳使用安全可靠，保证安全施工。
以下是对吊耳的设计及焊接的一些浅见。
2、吊耳的设计
吊耳板材质的选用：在吊大的构件时，如锅炉的大板梁的吊装，吊耳与钢梁连接采用高强螺栓连接，因此吊耳是独立的，因此建议选Q345材质的钢板制作吊耳，其钢板强度比较高。
当吊耳与构件采用焊接连接时，吊耳板的材质要与构件选用相同的材质，这样保证焊接时的可熔性。
吊耳孔中心距吊耳边缘的距离不得小于吊耳孔的直径。
吊耳孔应用机械加工，不得用火焊切割，如用火焊切割，将影响到吊耳板刚性。
吊耳板的厚度应不小于6mm，吊耳孔中心至与构件连接焊缝的距离为1.5~2D(D为吊耳孔的直径)。
吊耳板与构件连接的焊缝长度和焊缝高度应经过计算，并满足要求；焊缝高度不得小于6mm。
吊耳板可根据计算或构造要求设置加强板，加强板的厚度应小于或等于吊耳板的厚度。
下面是吊耳的计算：
（1）拉应力计算
如图所示，拉应力的最不利位置在A－A断面，其强度计算公式为：
σ＝N／S1σ≤［σ］式中：σ――拉应力N――荷载S1――A-A断面处的截面积［σ］――钢材允许拉应力
（2）剪应力计算
如图所示，剪应力的最不利位置在B－B断面，其强度计算公式为：
τ＝N／S2τ≤［τ］式中：τ――剪应力N――荷载S2――B-B断面处的截面积［τ］――钢材允许剪应力
（3）局部挤压应力计算
如图所示，局部挤压应力的最不利位置在吊耳与销轴的结合处，其强度计算公式为：
F＝N／（t×d）φF≤［σ］式中：F――局部挤压应力N――荷载t――吊耳厚度d――销轴直径φ――局部挤压系数［σ］――钢材允许压应力
（4）角焊缝计算
P＝N／l×h×kP≤［σ1］式中：P――焊缝应力N――荷载l――焊缝长度h――焊缝高度k――折减系数［σ1］――焊缝允许应力
3、吊耳材料选择及焊接制作要求
吊耳的材质应与设备材质相同或接近，对于在低温钢和不锈钢上焊普通碳钢材质的吊耳，焊接时则应考虑加垫板，垫板材料应与焊接吊耳位置的设备本体材质相一致。
制定吊耳焊接顺序，选择合适的焊接工艺，由有相应资质的焊工施焊。
常见材料之间焊接的焊材选用：16MnR＋16MnR焊条为J507，16MnR＋20R焊条为J427或J422，Q235＋20R焊条为J427，Q235＋Q235焊条为J427，20R＋20R焊条为J427，0Gr18Ni9+0Cr18Ni9焊条为A102或A132，0Cr18Ni9＋16MnR （或Q235）焊条为A307或A302，09MnNiDR+09MnNiDR焊条为W707或W707DR，09MnNiDR＋16MnR（或Q235）焊条为W707或W707DR。
吊耳图纸中必须有吊耳制作的详细技术要求。
技术要求是指导吊耳材料选择、下料、制作、焊接和验收等工序的作业指导书。
技术要求中所引用的标准或规范必须准确无误，行文规范严谨，文字叙述部分必须与图形部分相呼应。
吊耳图纸必须经有相应资质的吊装工程师审核批准后方可发给制造单位。
如有条件，应到制造厂对吊耳制作进行施工技术交底。
4、吊耳焊接位置的选择
从理论上来将，只要将主吊耳设置在设备重心以上即可满足吊装要求。
这种设置方式的优点就是可以明显降低溜尾力，降低吊车的选用级别，减少吊装成本，但也存在着以下几点问题：
（1）对吊装场地面积的要求较大
如果将主吊耳设置在设备重心以上，在对设备进行正面起吊时，设备头部会顶住吊车臂杆；对设备进行侧面起吊时，平衡梁会正对吊车臂杆并发生碰撞，因此需要较大的作业半径才能保证吊装工作顺利进行。
（2）难以控制吊装过程
当设备的吊装达到脱排临界角时，设备会由于自身惯性的原因会发生摆动，
而操作人员很难对其进行控制。
设备的摆动会对吊车臂杆产生侧向力，这种侧向力极易对吊车臂杆造成损害，严重时甚至会导致吊车倾覆。
（3）操作过程复杂
以此种方式进行吊装，在现场设备就绪后不仅需要安装附塔管道和劳动保护，还需要大型吊车在旁边配合。
如果对于设备重心的计算不准确，主吊耳就有可能被设置在设备重心的下方，使吊装工作无法顺利进行。
如果设备自身重力所产生的例句不足以克服因钢丝绳与吊耳间摩擦力而产生的力矩，则设备脱排后不能直立。
因此，在现阶段大型设备的吊装工作中，只要设备自身强度能够满足要求，一般都会将主吊耳设置在设备的头部，使其避开管口，尽管这样的设置会使溜尾力和吊车级别随着主吊耳的上移而增加，但是可以有效减少高空作业量，使吊装过程变得平稳，从而确保吊装工作的安全、顺利进行。
总的来说，在选择吊耳的焊接位置前，要对现有的机锁具、吊装现场条件、项目投入吊车资源、设备管口方位以及设备制造排版图等情况进行深入了解，再根据实际情况制定出最为合理的焊接方案。
5、吊耳焊接过程的要求
（1）焊接时必须要求焊接人员考试合格，取得焊工证的焊工焊接。
（2）焊条的选用：现场施工中常用的焊条是J422和J507,大的构件必须用J507焊条，其焊缝金属比J422具有良好的塑性、韧性及抗裂性能。
焊缝金属含氢量高，来源于大气和焊条药皮，包括药皮的有机成分和吸收的水分。
当冷却块时，氢能使焊缝金属内部出现微观裂纹，因此使用焊条前必须在保温桶里加热后使用。
（3）用在大的构件的吊耳，吊耳板要进行双面坡口制作，坡口要根据实际情况选用50°60°。
坡口要留有1mm-1.5mm的钝边，焊接吊耳板时，要让吊耳板和构件留有一定间隙。
如果小的构件使用吊耳时，可根据实际情况，不必进行坡口制作，可直接经行角焊。
（4）当吊耳用在大的构件时，吊耳焊接必须要预热，焊接完毕不要骤冷，防止焊缝金属内部出现微观裂纹，必要时要进行超声，来检测焊接的质量。
（5）为了避免应力过于集中和扭曲，吊耳要增设加强板。
吊耳的加强板选材要与吊耳相同，焊接要求要与上述要求一致。
6、吊耳焊接的验收
吊耳由吊装单位设计审核，经EPC承包商确认后发给制造厂。
吊装单位应
建立与EPC承包商、制造厂家联系沟通的渠道，吊耳位置变更可以得到及时的反馈。
如果没有及时反馈和修改，就容易出现各种的问题。
例如，在福建炼油乙烯一体化项目中，个别设备吊耳下料或设置位置未严格执行图纸要求，给吊装带来了较大的影响，导致工作不能够正常进行。
比如：上海一家设备制造公司，在没通知EPC承包商和吊装单位的情况下，擅自改动其中两台设备的吊耳位置，其中1#丙烯精馏塔吊耳位置上移了6m，按原吊装方案，导致250t履带吊车不能满足设备吊装溜尾要求，影响了设备的正常运行；同时，导致脱甲烷塔主吊耳下移了1m，造成原吊装方案中选择的平衡梁下套钢丝绳长度不够。
再比如，天津一家设备制造公司在抽提蒸馏塔吊耳下料时未考虑设备弧度，造成吊耳容绳长度减少，按原吊装方案钢丝绳无法进行穿挂，直到在吊装前及时采取了相应的措施，变更了吊装方案，才满足了吊装要求。
因此，吊装单位和EPC承包商、制造厂家联系沟通是非常有必要的。
吊装单位还应与设备制造厂家沟通，将吊耳验收工作前移。
制造厂家必须提供吊耳检测报告，吊装技术人员必须对吊耳检测报告进行查验。
设备进场后，吊装技术人员必须对每台设备的吊耳外观、焊肉高度、焊接位置、方位等进行复核，必要时还应对吊耳进行复检，检查是否出现延迟裂纹，确保吊装安全。
7、结束语
此吊耳设计及焊接已经过了现场实际验证，并得到了充分的肯定。
在很大程度确保吊耳使用安全可靠。
参考文献：
[1]严正庭，王军等.最新钢结构实用设计手册.广西科学技术出版社，2003.8
[2]GB50017-2003.钢结构设计规范
[3]徐峰.焊接工艺简明手册.上海科学技术出版社.2010
[4]潘文江.大型吊装中设备吊耳设计与验收[J].石油工程建设.2009(03)
[5]鲍希陆,沈迎春,黄海鹰.板式工艺吊耳计算及相关问题的探讨[J].港口装卸.2010(02)。