電站橋式起重機橫梁制造規(guī)范滿足及工藝改進

劉俊紅 郅有勇 劉美爛

1太原重工股份有限公司 太原 030024 2太原城市職業(yè)技術學院 太原 034200

0 引言

橫梁是水電站橋式起重機（以下簡稱橋機）并車裝置的關鍵受力部件，電站橋機并車聯(lián)為一體后，承擔著設計使用的最終起重量。根據(jù)用戶的使用要求，該機橫梁承重2 200 t，必須在實際運行過程中起吊準確，行走平穩(wěn)。因此，要求制造商必須嚴格按照產(chǎn)品制造規(guī)范要求，改進完善制造工藝，以合格的產(chǎn)品一次交付用戶使用。

1 制造規(guī)范要求

2 200 t電站橋機橫梁的制造規(guī)范有SN200-1、SN200-4、SN200-10，主要母材材質根據(jù)規(guī)范的對應轉化關系可為Q345B，焊接工藝評定按EN ISO 15614-1∶2017執(zhí)行，焊工考試按EN ISO 9606-1：2017執(zhí)行，焊材在滿足工藝評定要求情況下根據(jù)規(guī)范的對應轉化關系查找。制造廠在2005年左右取得由歐盟授權某焊接研究所頒發(fā)的DIN18800-7的制造許可，也按EN ISO 15614-1∶2004完成焊接工藝評定，按 EN287-1∶2004 完成焊工考試。EN ISO 15614-1∶2017及EN ISO 9606-1：2017有許多升版變化，如Level 1與Level 2的區(qū)別應用，力學性能測試標準升版，無損探傷標準升版，板厚覆蓋范圍變化，焊工考試位置覆蓋作新規(guī)定，焊接材料分組別（FM1～FM5）代替母材分組（1～11）等。這就需要在原來對歐標認知基礎上繼續(xù)學習完善，根據(jù)圖紙要求重新制定新的焊接工藝評定及焊接工藝規(guī)程，組織焊工進行新的考試，焊接制造過程及完成后按制造規(guī)范及相應標準完成外觀檢測，無損探傷檢測及公差滿足要求。

2 橫梁結構特點

2.1 橫梁焊接結構分析

橫梁是水電站橋機并車裝置的關鍵受力部件，電站橋機并車聯(lián)為一體后，根據(jù)用戶使用要求，設計橫梁承受2 200 t起重量，故配焊接完成后的橫梁焊縫外觀質量、無損探傷合格情況、外形尺寸公差是否滿足設計及制造規(guī)范要求關系到其能否一次加工完成，后續(xù)整機合理裝配能否承受動載荷并滿足使用壽命要求。橫梁主要由梁1兩件、梁2兩件、軸35鋼兩件及其他相關零件組成，橫梁結構示意如圖1所示。橫梁的特點是零件板厚較大，坡口較大，由于結構形式的特點，有些坡口只能單面施焊，焊縫填充量大，焊后變形較大。因此，制定合理的裝焊工藝、使零件所有接觸面盡可能施焊、控制焊接變形量、保證焊縫的焊接質量及焊后外形尺寸公差等是關鍵因素。

圖1 橫梁結構示意

2.2 橫梁焊接制造要求

1）外觀要求 焊縫的外觀100% VT檢查，滿足EN ISO 17637及EN ISO 5817 B質量要求。

2）探傷要求 蓋板和腹板之間的焊縫做100% MT檢查，滿足ENISO 17638及EN ISO 23278 Level 2X質量要求。蓋板和腹板本身的對接焊縫作100% UT檢查，焊縫內(nèi)部有效焊肉達到EN ISO 17640Class B及EN ISO 11666 Level2質量要求。

3）公差要求 制造工差滿足ISO13290 B/F要求。

4）熱處理要求 焊后整體消除應力退火處理。

3 橫梁制造規(guī)范滿足

3.1 母材及焊接位置分析

橫梁的材質為Q345B，厚度為20～80 mm，軸類零件材質為35鋼，厚度為160 mm，坡口類型為對接（BW）或角接（FW），焊接位置通過翻身可實現(xiàn)為平焊（PA）、平角焊（PB）。

3.2 母材分組及焊接位置確定

按ISO/TR15608：2010規(guī)定，Q345B為1.2組類別，35鋼為11組類別。11組類別焊接完成的工藝評定可覆蓋11-11，11-1。焊接位置為平焊（PA）、平角焊（PB）。

3.3 焊接工藝評定及焊接工藝規(guī)程的制定

根據(jù)橫梁母材材質、板厚及焊接位置，根據(jù)標準EN ISO 15614-1∶2017制定工藝評定目錄（見表1），35鋼對接接頭示意見圖2，35鋼對接焊接示意見圖3，35鋼對接低倍金相見圖4；Q345B對接接頭示意見圖5，Q345B對接焊接示意見圖6，Q345B對接低倍金相見圖7；Q345B角接接頭示意見圖8，Q345B角接焊接示意見圖9，Q345B角接低倍金相見圖10。

圖2 35鋼對接接頭示意

圖3 35鋼對接焊接示意

圖4 35鋼對接低倍金相

圖5 Q345B對接接頭示意

圖6 Q345B對接焊接示意

圖7 Q345B對接低倍金相

圖8 Q345B角接接頭示意

圖9 Q345B角接焊接示意

圖10 Q345B角接低倍金相

表1 焊接工藝評定目錄表

在三方認證機構的見證下，按EN ISO 15614-1∶2017標準要求完成焊件外觀檢測、無損探傷、試樣加工、拉伸試驗、沖擊試驗、硬度試驗及低倍金相試驗等工作，并由三方認證機構出具焊接工藝評定報告，制造廠根據(jù)焊接工藝評定報告制定可行的焊接工藝規(guī)程。

3.4 焊工考試

根據(jù)橫梁母材材質、板厚及焊接位置，根據(jù)標準EN ISO 9606-1：2017制定焊工考試目錄（見表2），列舉部分焊接試板圖，Q345B(t40/BW）焊接試板見圖11；Q345B(t40/FW）焊接試板見圖12；Q345B(t12/FW)焊接試板見圖13。

圖11 345B(t40/BW）焊接試板

在三方認證機構見證下，按EN ISO 9606-1：2017標準要求完成焊件外觀檢測、無損探傷、試樣加工及低倍金相試驗等工作，并由三方認證機構出具焊工考試資格證。

4 橫梁裝焊工藝改進

4.1 橫梁焊接工藝及受力分析

橫梁裝焊、加工完成后裝配于平衡梁兩箱形梁之間，上蓋板放置起吊機構，橫梁的上蓋板為受壓側，下蓋板為受拉側，上蓋板為主要承載受力面，裝焊應以上蓋板為基準面，先裝配、焊接與上蓋板接觸腹板、筋板，然后裝配、焊接下蓋板及其他相關零件。

4.2 未改進裝焊工藝

梁1、梁2分別以上蓋板為裝焊基準，裝配腹板、筋板。焊接完成后，裝焊下蓋板，蓋腹板之間的焊縫做磁粉探傷檢驗，單部件裝焊完成后，梁1轉機加車間加工穿軸周邊半U形坡口；完成機工后的梁1與梁2對接拼裝完成后焊接梁1、梁2腹板、上下蓋板之間的焊縫，上下蓋板之間的焊縫做超聲波探傷檢驗，裝焊軸及其他相關零件，裝焊完成磁粉探傷檢驗合格后，整體消除應力退火處理，送機加車間整體加工，完成后續(xù)裝配。

4.3 改進裝焊工藝

梁1、梁2整體裝焊，梁1、梁2的上蓋板對接板開成X形坡口，焊接完成，進行超聲波探傷，超聲波探傷合格后，以對接裝焊完成后的上蓋板為裝焊基準裝配梁1、梁2的腹板、筋板，完成相應焊縫的焊接及磁粉探傷檢驗。

裝配梁1的下蓋板，完成梁1腹板、筋板與下蓋板的焊接，蓋腹板焊縫進行磁粉探傷；裝配梁2的下蓋板，完成梁2腹板與下蓋板的焊接，梁2蓋腹板焊縫進行磁粉探傷，梁1下蓋板與梁2下蓋板按A-A剖單面焊雙面成型焊接，有效焊肉焊縫按超聲波探傷執(zhí)行。

整體裝焊完成后的橫梁轉加工車間，加工穿軸周邊半U形坡口，然后再焊裝焊軸及其他相關零件，完成相關焊縫的磁粉探傷檢驗。另外，還要消除應力退火處理，再轉加工車間整體加工，完成橫梁制造所有工序。

5 兩種裝焊工藝分析比較

5.1 未改進裝焊工藝缺點分析

梁1、梁2單部件裝配、焊接，由于焊接零件板厚較厚，坡口較大且單部件剛度不夠大，焊接變形較大，單部件外形尺寸不易控制，兩部件對接拼裝后，蓋板對接處容易錯邊，腹板對接處間隙較大，焊接完成后焊縫質量不易保證，在實際上下蓋板超聲波探傷檢驗過程中，焊縫超聲波探傷一次檢驗不合格，二次翻修后才合格；橫梁外形尺寸公差也不易保證。

5.2 改進裝焊工藝優(yōu)點分析

橫梁整體裝配、焊接，梁1、梁2上蓋板拼接焊接，坡口對接為X形，反面坡口氣刨后焊接，正反面交替焊接，焊接變形量小且超聲波檢驗一次合格；尺寸整體控制且部件剛度較大，焊接變形量相對較小，焊縫對接處整體控制，焊縫錯邊、間隙較小，焊縫質量易保證，橫梁外形尺寸公差也易保證。

兩側穿軸周邊半U形坡口整體加工，軸同心度容易保證，裝焊焊接完成后加工車間整體加工軸時，軸肩周邊余量易相互借用調整，軸肩易一次整體加工合格。

6 結論

在三方認證機構見證下，按標準EN ISO 15614－1∶2017完成焊接工藝評定及焊接工藝規(guī)程，組織焊工按EN ISO 9606-1：2017進行考試。改進橫梁裝焊工藝，焊縫外觀檢驗合格，焊縫質量超聲波探傷檢驗，磁粉探傷檢驗一次合格，橫梁外形尺寸公差整體控制，兩側穿軸周邊半U形坡口整體加工位置公差一次加工合格。橫梁裝配焊接全部完成后轉加工車間整體加工兩側軸肩，一次合格。

橫梁制造規(guī)范滿足及工藝改進工藝已廣泛應用于多個電站橋機國內(nèi)外重點產(chǎn)品工藝上，對提高橋機產(chǎn)品質量起到重要作用。