港口機械金屬結構制造典型質量問題及處理

王從標，李文龍

（天津港工程監理咨詢有限公司，天津300452）

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港口機械金屬結構制造典型質量問題及處理

王從標，李文龍

（天津港工程監理咨詢有限公司，天津300452）

摘要：介紹港口機械金屬結構制造過程的一些典型質量問題，提出相應的處置方法，從而提高港口機械結構件制造質量。關鍵詞：裝配；結構細部；焊接；火焰矯正

港口機械金屬結構因其受力復雜，動態性質顯著，在運行過程中，經常發生焊縫或母材開裂、結構失穩變形等損傷故障，給港口生產作業帶來極大的安全隱患。縱觀這些損傷產生的原因，有很大一部分是制造質量問題。本文將對港口機械金屬結構制造過程中的一些典型質量問題進行介紹，并提出相應的處置方法。

1　原材料典型質量問題及處理

1.1麻點板

麻點是鋼材表面最常見的缺陷之一，鋼板軋制過程和存儲過程均可能產生麻點缺陷（見圖1）。對于麻點板的處理[1]，主要通過缺陷深度和缺陷面積比兩個指標進行評判。對于缺陷深度大于板厚的20%，面積超過板面的2%的鋼板予以更換，低于此值則可以采取打磨、焊接等方式進行修補，但修整后任何部位的厚度均不得減薄到公稱厚度的93%，且減薄量不大于3 mm.

圖1　鋼板表面麻點

1.2分層

分層是鋼板中經常出現，但實際不允許存在的一種內在缺陷。該缺陷的存在使得分層區鋼板承受載荷的厚度減小，降低鋼板的承載能力，且在缺陷邊緣存在應力集中。港口機械金屬結構使用的鋼板數量龐大，規格型號較多，逐一對鋼板進行無損檢測是不可能的。通常做法是，對以受拉為主的斷裂危險構件（即FCM板）和具有Z向性能的鋼板在下料前進行超聲波檢測，若存在缺陷，直接予以判廢處理。對于其他部位使用的鋼板，若在下料切割過程中或者焊縫無損檢測過程中發現層狀缺陷，應探明缺陷類型及面積，按文獻[2]中關于母材軋制缺陷的相關規定進行處理。

1.3表面裂紋

裂紋是鋼材表面的一種軋制缺陷，一般平行或垂直于軋制方向。對于這種表面裂紋（見圖2），應在對鋼材進行取樣復試的基礎上進行處理，若力學性能、化學性能及金相分析合格，則視裂紋深度、長度情況，采取修磨、焊補措施，具體可參照GB/T 14977-2008相關規定執行。

圖2　鋼板表面裂紋

2　下料切割典型質量問題及處理

2.1零件尺寸偏差超標

零件尺寸偏差超標的主要表現形式為零件長度、寬度等幾何尺寸偏差超標，切割自由邊與板面不垂直，切割后鋼板翹曲變形等。對于零件尺寸偏差的處理，應視具體情況而定，處理方案以盡量減少對后續工序的影響，不產生或少產生附加應力為原則。

2.2焊縫坡口開設質量不合格

焊縫坡口開設質量不合格的主要表現形式為焊接坡口尺寸偏差超標，坡口方向開設錯誤，切割面粗糙度超標，切割面存在缺口等。對不合格的坡口制備，必須進行修整。修整方式可以采用熱切割、機械加工或打磨等方法。對切割面深度大于5 mm的凹槽，可以采用焊接的方法進行修補。

2.3厚薄板過渡斜邊長斜度超標

對于兩構件板厚差超過6 mm的對接焊縫，以及不同板寬之間的對接焊縫，為減小應力集中，應在厚板或寬板上開設不小于1:2.5的過渡斜坡（見圖3）。切割線小于60 mm的斜坡加工可以采用火焰切割，但在實際操作過程中，常常出現斜度過大或過小的情況，并損傷母材。因此，對于過渡斜邊的加工，應盡量采用機械加工的辦法，以獲得合格的斜度和表面質量。

圖3　厚薄板對接過渡斜邊

3　拼板焊接典型質量問題及處理

3.1拼板對接焊縫角變形超差

對于拼板焊縫，目前制造廠普遍采用線能量較大的埋弧焊進行焊接。在獲得良好的焊接質量的同時，焊件也因焊縫收縮產生了較大的變形。對于角變形的控制，焊前裝配應設置反變形，焊后火焰矯正并輔以重砣壓制。反面清根后焊接時，焊接方向應與第一面相反。

3.2對接焊縫錯位量超差

導致錯位量超差的原因主要有焊前裝配時接頭未對中導致錯位量超差，還有一種是焊接過程中產生的焊接應力導致定位焊開裂失效而發生錯位。預控措施是焊前加強檢驗，使接頭對中良好，并檢查定位焊的長度和數量來確保正確的裝配對中。事后處理措施是碳刨或者割除焊縫后，重新制備坡口，重新裝配焊接。

3.3引熄弧板設置不規范，導致焊縫端部缺陷

坡口焊縫的端部因引熄弧機理，比其他部位更易產生缺陷。門機金屬結構制造過程和運行過程中，對接焊縫開裂的主要原因是焊接時引熄弧板設置不當或未設置，導致引熄弧板與構件連接處產生裂紋。引熄弧板規格推薦為80 mm×100 mm，引熄弧長度大于40 mm，且應與母材同材質、同厚度、同坡口型式。

4　結構件裝配典型質量問題及處理

4.1結構件軸線直線度超差

港口機械如RTG主梁、門機臂架、岸橋前后大梁等細長結構件，在焊接完成后，整體軸線在給定平面內出現直線度超差的現象，影響后續裝配質量和構件承載能力。在構件制造時，應合理搭設胎架，選擇正確的裝配順序，嚴格按擬定的焊接順序施焊。特別是在焊接過程中應加強尺寸監控，發現問題及時調整焊接方向。

4.2角焊縫裝配間隙過大

文獻[2]規定，由角焊縫連接的構件應盡可能貼緊，根部間隙嚴禁超過5 mm，板厚大于70 mm的鋼板或型材最大裝配間隙為8 mm.凡裝配間隙超過2 mm的焊縫，其焊腳高度也必須相應增加2 mm.在實際結構件制作過程中，角焊縫裝配間隙超差的現象經常發生。若超差量較小，可以通過加襯墊堆焊的方式修整到規定的間隙后再進行焊接。若超差量在2倍薄板板厚或20 mm內，焊補時嚴禁一次焊接成型，否則會產生較大的焊接收縮應力，導致焊縫開裂（見圖4）。

圖4　角焊縫開裂

4.3定位焊開裂

定位焊焊接材料和焊接質量應與正式焊縫一致，焊縫高度以設計高度的2/3為宜，焊縫長度10 ~30 mm，間距100~300 mm，約束大的部位應適當增加定位焊。若定位焊存在開裂、夾渣、氣孔、未熔合等缺陷，則必須予以清除。

4.4隔板裝配質量問題

隔板裝配質量包括隔板自身的預制質量和在構件中的裝配質量。在隔板預制過程中，最主要的質量缺陷是焊接變形，以及由焊接變形引起的隔板幾何尺寸超差。在預制時，應采用“靠山”定位，并校核對角線、垂直度及外形尺寸，其誤差應小于2 mm.拼接焊縫兩端應加引熄弧板，焊后按設計要求進行探傷，并進行火工校正。對于內圈有加強筋的隔板，應先進行圓弧段的焊接，以控制焊接變形。在隔板的三、四面成型裝配中，應注意隔板與腹板、上下翼板的裝配間隙，以及相互之間的垂直度，相鄰兩隔板之間的開檔尺寸。

4.5結構件細部處理不當

良好的結構件細部處理能有效地減小連接處的應力集中。Liftech[3]關于鋼結構細部處理（如圖5所示）的標準為：結構件焊縫到邊緣的距離不得小于10 mm；鋼板折彎處和十字接頭處的筋板必須正對折彎線，其偏差應小于0.1t，且不大于3 mm；在腹板和翼板過渡處按圖5（d）進行焊接，光滑過渡。

圖5　鋼結構細部處理

5　火焰矯正典型質量問題及處理

火焰矯正[4]是校正金屬結構平整度、扭曲度、直線度、拱度超差等的常用方法。實際生產中，因火焰矯正不當，而導致鋼板過燒、硬度變大、局部失穩的現象時有發生。具體實施時，需選擇有豐富經驗的工人進行操作，先找出變形的原因，然后制定切實可行的矯正方案。矯正過程中應嚴格控制鋼板溫度，加熱部位和加熱方向，實時監控矯變形情況，避免矯正過量。同一部位加熱次數不得大于3次，低合金鋼嚴禁澆水冷卻。

6　結束語

港口機械金屬結構制造是一個復雜的系統過程，影響制造質量的因素較多，質量問題的表現形式也多種多樣，完全避免產生質量問題是不可能的。質量控制的重點是，在各工序開始前實施預控，制造過程中嚴格按工藝文件開展各項工作，事后加強檢驗，對發現的質量問題，采取正確的處置辦法。

參考文獻：

[1]田冬青.機電設備控制[M].北京：人民交通出版社，2013.

[2]美國焊接學會.AWS D1.1/D1.1M-2006鋼結構焊接規范[M].上海：上海振華港口機械有限公司譯叢，2006.

[3]孫楓.港口起重機設計規范[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4]付榮柏.起重機鋼結構焊接制造技術[M].北京：機械工業出版社，2009.

中圖分類號:U653.921

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0196-03

收稿日期：2016-01-21

作者簡介：王從標（1983-），男，湖北洪湖市人，本科，工程師，研究方向：港口機械設備制造、安裝、調試；李文龍（1983-），男，山東菏澤市人，本科，工程師，研究方向：港口機械設備制造、安裝、調試。

Typical Quality Problems and Disposal for Port Machinery Metal Structures Manufacturing

WANG Cong-biao，LI Wen-long
（Tianjin Port Engineering Supervision and Consultation Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China）

Abstract:Introduced some typical quality problems of the manufacturing process of port machinery metal structures，and proposed appropriate disposal methods，in order to improve the manufacturing quality of port machinery metal structures.

Key words:assembling；structural details；welding；flame straightening