電站橋式起重機橫梁制造規范滿足及工藝改進

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，電站橋機并車聯為一體后，承擔著設計使用的最終起重量。根據用戶的使用要求，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。因此，要求制造商必須嚴格按照產品制造規范要求，改進完善制造工藝，以合格的產品一次交付用戶使用。

1 制造規范要求

2 200 t電站橋機橫梁的制造規范有SN200-1、SN200-4、SN200-10，主要母材材質根據規范的對應轉化關系可為Q345B，焊接工藝評定按EN ISO 15614-1∶2017執行，焊工考試按EN ISO 9606-1：2017執行，焊材在滿足工藝評定要求情況下根據規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學習完善，根據圖紙要求重新制定新的焊接工藝評定及焊接工藝規程，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，電站橋機并車聯為一體后，根據用戶使用要求，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范要求關系到其能否一次加工完成，后續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程的制定

根據橫梁母材材質、板厚及焊接位置，根據標準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，制造廠根據焊接工藝評定報告制定可行的焊接工藝規程。

3.4 焊工考試

根據橫梁母材材質、板厚及焊接位置，根據標準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。

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