風(fēng)電塔筒爬梯導(dǎo)軌型材失效性探討及解決方法

王柳明，張 虎，楊雯婕，劉朝輝

（三河和平鋁材廠有限公司，三河065200）

1 問題分析

風(fēng)力發(fā)電塔筒爬梯型材有多種型號(hào)規(guī)格，安裝有導(dǎo)軌型材的爬梯屬于軌道式防墜落爬梯。這種爬梯的核心部分由導(dǎo)軌和防墜器組成，其組裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)攀爬人員發(fā)生失足墜落時(shí)，防墜器鎖扣與導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)有效的鎖止，可防止墜落。

導(dǎo)軌型材的合金狀態(tài)為6005-T5，由于該型材的特殊使用功能，其力學(xué)性能除滿足GB/T 6892-2015中相關(guān)規(guī)定外，還要進(jìn)行靜態(tài)符合性能測(cè)試，即將防墜器與導(dǎo)軌型材組裝后使其處于垂直方向，并在防墜器上以不大于30 mm/min的速率施加力至15 kN并保持3 min。要求試驗(yàn)結(jié)束后導(dǎo)軌型材不能出現(xiàn)撕裂以及嚴(yán)重變形等現(xiàn)象，卸載后，防墜器仍能在導(dǎo)軌上正常工作[1]。現(xiàn)部分鋁材廠生產(chǎn)的型材在進(jìn)行靜態(tài)符合性能測(cè)試時(shí)出現(xiàn)開裂，見圖2。本文目的是找出型材開裂的原因，解決因型材開裂導(dǎo)致型材無法正常安裝使用的問題。

2 原因分析

產(chǎn)品應(yīng)用及測(cè)試過程中的關(guān)鍵受力點(diǎn)如圖3所示。

經(jīng)受力分析可知，a點(diǎn)與b點(diǎn)位置為關(guān)鍵受力點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算a點(diǎn)受力大約為10 kN，a點(diǎn)受力方向如圖3所示。圖2所示的開裂點(diǎn)正好臨近a點(diǎn)且處于a點(diǎn)的受力方向，由此可以確定型材開裂是由于受力后導(dǎo)致型材開裂。若想解決型材開裂問題，必須提高型材強(qiáng)度且保證開裂位置不能處于擠壓焊合位置。

鑒于上述導(dǎo)軌型材開裂原因的基本分析，我們決定從影響型材強(qiáng)度的化學(xué)成分、力學(xué)性能以及模具設(shè)計(jì)這三個(gè)方面探尋其最終影響因素[2-3]。

2.1 合金化學(xué)成分分析

導(dǎo)軌型材合金狀態(tài)為6005-T5，其化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。從表中可以確定，型材化學(xué)成分符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 導(dǎo)軌型材（6005合金）化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

2.2 力學(xué)性能分析

我公司多次調(diào)整了該型材的擠壓工藝，最終摸索出一組合理的擠壓工藝，具體參數(shù)見表2。采用該工藝生產(chǎn)出的導(dǎo)軌型材力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果（見表3）表明，試驗(yàn)數(shù)據(jù)完全符合且遠(yuǎn)高于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的規(guī)定[3]。

表2 導(dǎo)軌型材擠壓生產(chǎn)工藝制度

表3 導(dǎo)軌型材力學(xué)性能檢測(cè)

在對(duì)型材的化學(xué)成分進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)整擠壓生產(chǎn)工藝后，我公司對(duì)重新生產(chǎn)的型材進(jìn)行靜態(tài)符合性能測(cè)試，但試驗(yàn)結(jié)果仍出現(xiàn)開裂，沒有任何改善。

2.3 焊合位置分析

通過上述原因排查后，我們最終將問題的重點(diǎn)集中在模具設(shè)計(jì)方法上。在型材開裂位置切取樣料并制成低倍試樣，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行低倍檢驗(yàn)[4]。從圖4低倍組織圖中可以觀察到在箭頭位置的端面存在明顯焊合痕跡。

為進(jìn)一步確認(rèn)型材的開裂位置與擠壓焊合位置吻合，我們分析了模具橋位布局圖（見圖5），可以確認(rèn)型材焊合位置與模具橋位布局位置一致。經(jīng)查閱相關(guān)資料[5-6]，最終找出型材開裂的原因是由于型材在進(jìn)行靜態(tài)符合性能測(cè)試時(shí)，因焊合位置受力過大，導(dǎo)致型材開裂。

3 調(diào)整方案及效果

為了解決導(dǎo)軌型材在使用過程中的開裂問題，需要對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以改變型材的焊合位置，調(diào)整后的模具結(jié)構(gòu)如圖6所示。采用與表2相同的擠壓生產(chǎn)工藝生產(chǎn)兩組試樣，并分別在產(chǎn)品的頭、中、尾取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)和低倍檢測(cè)，其結(jié)果分別見表4和圖7。

表4 6005-T5型材力學(xué)性能測(cè)試

對(duì)更改焊合位置的型材進(jìn)行靜態(tài)符合性能測(cè)試時(shí)，型材未出現(xiàn)開裂的情況，只有輕微凸起，防墜器卸載后可以自由滑動(dòng)。因此可以確定導(dǎo)致型材開裂的原因是模具橋位布局不合理，使焊合位置正處于主要受力部位。

通過對(duì)模具橋位布局優(yōu)化后，所生產(chǎn)型材靜態(tài)符合性能結(jié)果完全符合要求，徹底解決了導(dǎo)軌型材開裂問題。

4 結(jié)論

針對(duì)風(fēng)力發(fā)電塔筒內(nèi)爬梯導(dǎo)軌型材在使用過程中出現(xiàn)的失效開裂問題，從型材合金的化學(xué)成分、力學(xué)性能、模具設(shè)計(jì)方法這三個(gè)方面進(jìn)行了分析研究，最終找出導(dǎo)致型材開裂的原因：由于模具橋位布局不合理，使焊合位置正處于主要受力部位，當(dāng)對(duì)型材進(jìn)行靜態(tài)符合性能測(cè)試時(shí)，焊合位置因受力過大，導(dǎo)致型材開裂。

明確了導(dǎo)軌型材開裂問題主要是集中在模具設(shè)計(jì)方法后，我們及時(shí)調(diào)整了模具設(shè)計(jì)方法，對(duì)模具橋位布局進(jìn)行了優(yōu)化。模具優(yōu)化后所生產(chǎn)的型材靜態(tài)符合性能測(cè)試的結(jié)果完全符合測(cè)試和使用要求，徹底解決了導(dǎo)軌型材開裂問題。