浮式起重機高強鋼回轉(zhuǎn)底盤建造技術(shù)

南通振華重型裝備制造有限公司 南通 226600

0 引言

回轉(zhuǎn)式浮式起重機擁有360°旋轉(zhuǎn)吊裝作業(yè)功能，具有較高的抗傾覆穩(wěn)定性、可靠性以及安全性，能適應(yīng)各種惡劣海況，是當前風電安裝船上使用較多的起重設(shè)備。由于風電安裝船吊重進一步提高，使起重機自重隨之增加，故控制起重機的整機質(zhì)量非常關(guān)鍵。回轉(zhuǎn)底盤結(jié)構(gòu)因其獨特的受力方式，無法改變其結(jié)構(gòu)內(nèi)在形式，故采用高強鋼Q690級別來減輕質(zhì)量。本文通過某風電安裝船項目中1 200 t起重機Q690級高強鋼回轉(zhuǎn)底盤結(jié)構(gòu)制作為例進行介紹施工具體步驟以及關(guān)鍵技術(shù)要求。

1 項目簡介

某1 200 t風電安裝船，配備1 200 t和360 t繞樁式全回轉(zhuǎn)起重機各1臺，主起重機起升高度增加至120 m，副起重機增加最大吊載的幅度至30 m，起升高度增加至54 m，適用于海上8 MW風電設(shè)備的安裝和打樁任務(wù)，是目前國內(nèi)設(shè)計理念最先進、技術(shù)含量最高的風電安裝船之一。其中，1 200 t起重機主要結(jié)構(gòu)包括臂架、人字架、回轉(zhuǎn)底盤以及基座等，占整機質(zhì)量的60%～70%。具體布置如圖1所示。

圖1 風電安裝船起重機布置圖

2 回轉(zhuǎn)底盤結(jié)構(gòu)組成

根據(jù)結(jié)構(gòu)功能區(qū)分，回轉(zhuǎn)底盤結(jié)構(gòu)由筒結(jié)構(gòu)、大梁結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)支架、以及絞車支架等部件組成，具體結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖2 回轉(zhuǎn)底盤結(jié)構(gòu)俯視圖

3 回轉(zhuǎn)底盤結(jié)構(gòu)建造難點

回轉(zhuǎn)底盤是整個起重機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，上面與人字架焊接在一起，下面通過回轉(zhuǎn)軸承與圓筒體固定，結(jié)構(gòu)非常復雜，且大部分材料采用690級高強鋼，建造難點如下：

1）Q690級別高強鋼焊接控制不到位或措施采取不當，極易產(chǎn)生缺陷，且不容易返修，要求焊接一次合格率高；

2）筒體法蘭板厚超過200 mm，直徑為9 000 mm，法蘭焊后平整度以及圓度控制難度大；

3）結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，且焊縫布置密集，容易造成焊接應(yīng)力集中，需根據(jù)結(jié)構(gòu)特性制定專業(yè)的焊接工藝方案；

4）回轉(zhuǎn)底盤合攏后，成為一個密封箱體，人員進出以及通風難度大。

4 回轉(zhuǎn)底盤建造流程

為了滿足圖紙精度要求以及焊縫檢驗一次合格率，除預設(shè)余量、焊工高強鋼焊接專業(yè)培訓外，在建造方案上也進行了創(chuàng)新。采用分組預制、筒體拼裝、箱梁建造以及整體合攏組裝的建造方案，制定詳細的焊接工藝流程，在密封箱體上增開工藝孔，便于人員進入以及通風，達到很好的效果，具體流程如圖3所示。

圖3 回轉(zhuǎn)底盤結(jié)構(gòu)建造流程圖

5 回轉(zhuǎn)底盤建造方案實施

5.1 圓筒體建造

1）圓筒體卷圓、對接

根據(jù)圓筒體整體高度，分為上下兩個筒體，分別卷圓，然后對接而成。零件數(shù)控下料后，開制坡口、拼接，卷板前出十字中心線以及檢驗線，卷圓時先兩端，后中部；卷制完工后縱縫焊接，焊縫檢測合格后，對筒體進行二次復圓，復圓后仍需對焊縫進行檢測。

由于高強鋼板材硬度較硬，比一般鋼材卷圓難度大，通過這套卷圓方法，可以保證高強鋼板卷圓精度。

2）法蘭板拼接

法蘭厚度一般為200 mm以上，制作時采用分段下料，焊接而成。分段規(guī)格大小根據(jù)鋼板尺寸及鋼板利用率來考慮，本項目法蘭分為8段，在內(nèi)外徑以及板厚方向上增加加工余量（見圖4）。先兩兩拼接，再拼接成1/2圓，最后拼接整圓。焊接過程中嚴格按照同一焊縫需上下交叉施焊，將法蘭多次翻身交替施焊。施焊完畢后校正平整度，要求≤6 mm。

圖4 法蘭分段示意圖

3）圓筒體裝配

將法蘭放置在水平胎架上，調(diào)整水平后，使用工裝固定，法蘭板定位水平度要求±2 mm。以法蘭中心為基準，在法蘭劃出筒體的定位線以及檢驗線，并根據(jù)定位將筒體定位。在法蘭及筒體上劃出筋板定位線，并將定位線延伸至法蘭軸承面敲樣沖，便于后續(xù)法蘭鉆孔檢驗。

5.2 大梁箱體建造

大梁結(jié)構(gòu)分為大梁組件以及頭部散裝區(qū)域兩部分。制作過程中需控制相關(guān)精度尺寸，保證與圓筒體之間裝配間隙在公差范圍內(nèi)，按以下步驟實施：

1）零件下料前，需嚴格設(shè)置收縮余量；

2）在水平胎架上，將大梁結(jié)構(gòu)分為上下面板組件以及各小組組件分別預制，各組件控制好平面度、垂直度等要求；

3）預先搭制好回轉(zhuǎn)底盤總拼胎架，要求整體水平符合總拼要求；

4）甲板面組件制作建議在上述胎架上進行，預制時需劃出中心基準線，并以此基準拼板，拼接后整體平面度要求≤3 mm；

5）鋪設(shè)好甲板組件，剛性固定。按照既定的順序裝配兩側(cè)箱體以及中間內(nèi)部腹板組件等；

6）蓋板到位后，大梁四面成型，開始焊接，按照預先設(shè)置好的WPS進行焊接，焊接順序則遵循分段、對稱焊接。

5.3 絞車建造

絞車支架分為穩(wěn)貨絞車支架、索具鉤絞車支架和副鉤機構(gòu)絞車支架。為了減輕回轉(zhuǎn)底盤整體質(zhì)量，設(shè)計人員摒棄了傳統(tǒng)的底座形式，采用懸掛式設(shè)計，僅用4組獨立的耳板支座，即可安裝一組絞車。

1）穩(wěn)貨絞車支架

下料時將有裝配關(guān)系的零件設(shè)置余量，整體制成組件，將耳板孔整體劃線鏜孔刮平面，耳板加工尺寸需參考穩(wěn)貨絞車實際尺寸。

2）索具鉤絞車支架和副鉤機構(gòu)絞車支架

將耳板兩兩制成組件，耳板零件下料前同樣需設(shè)置余量。制作完成的組件分別為組件1、組件2，與索具鉤絞車以及副鉤機構(gòu)絞車配對加工孔以及平面。組件1、組件2分別與卷筒支座聯(lián)接，之間采用14號槽鋼保證開檔符合圖紙要求。準備后續(xù)與回轉(zhuǎn)底盤安裝。

3）絞車反底加強

所有絞車對應(yīng)回轉(zhuǎn)底盤結(jié)構(gòu)內(nèi)部反底加強作點焊要求，待耳板組件定位焊接完成后，再進行焊接，如有偏差，調(diào)整后再作焊接。

5.4 回轉(zhuǎn)底盤主結(jié)構(gòu)裝配、焊接

圓筒體與大梁結(jié)構(gòu)裝配后，在適當?shù)奈恢迷鲩_人孔，便于焊工人員進入內(nèi)部焊接。同時為了避免焊接應(yīng)力集中，采取以下順序?qū)嵤┖附樱?/p>

1）施焊內(nèi)外隔板與筒體之間立焊縫，然后施焊下面板與筒體之間橫焊縫；

2）施焊筒體內(nèi)部蓋板與筒體之間橫焊縫、筒體內(nèi)部隔板之間仰焊縫，再施焊與內(nèi)側(cè)筒體之間橫焊縫；

3）待上述焊縫完成后，需拆除筒體下端與甲板之間點焊，釋放應(yīng)力之后，二次點焊固定；

4）施焊筒體與底板之間的焊縫、蓋板拼縫以及散裝零件焊縫等。

5.5 回轉(zhuǎn)底盤法蘭加工

回轉(zhuǎn)底盤主體結(jié)構(gòu)制作完成，焊縫探傷檢測合格后。將根據(jù)筒體十字中心線以及筒體標高線，整體劃線加工法蘭上平面及法蘭孔，相關(guān)精度控制為：法蘭內(nèi)外徑加工精度要求±0.5 mm；孔群直徑中心±0.5 mm，單個孔大小偏差±0.2mm；法蘭厚度方向（0，+0.5 mm），法蘭平面度要求0.4 mm。

5.6 回轉(zhuǎn)底盤附屬件安裝

回轉(zhuǎn)機構(gòu)支架待回轉(zhuǎn)底盤法蘭內(nèi)外徑加工后，根據(jù)基準線安裝到位。回轉(zhuǎn)底盤筒體內(nèi)側(cè)對應(yīng)零件需與回轉(zhuǎn)機構(gòu)支架對筋散裝。同樣按照劃好的基準線，將絞車支架耳板點焊固定，復測相關(guān)尺寸后焊接到位。安裝主機構(gòu)平臺、司機室支架等。

6 總體焊接要求

6.1 焊前培訓

高強鋼結(jié)構(gòu)建造前，組織部門以及施工人員焊接技術(shù)及焊接安全交底，確保焊接質(zhì)量。施工人員焊接結(jié)構(gòu)之前也必須再次進行內(nèi)部技術(shù)交底且要有記錄備查，通過技術(shù)交底使每一位焊接人員詳細了解WPS，及相關(guān)的焊接施工要求。

6.2 焊工資質(zhì)確認

對于高強度鋼焊接，焊工不僅需要持有船級社頒發(fā)的焊工證，還必須持有技術(shù)部門頒發(fā)的高強度鋼培訓合格證，方可進行高強鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)。

6.3 高強鋼焊接要求

高強鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中，極易產(chǎn)生裂紋，必須從以下幾個方面進行管控：

1）預熱和加溫應(yīng)均勻進行，板厚＜25 mm可采用火焰預熱，板厚≥25 mm可采用電加溫片或感應(yīng)加熱預熱；

2）保溫、后熱均應(yīng)采用陶瓷電加熱片或感應(yīng)加熱設(shè)備進行，加熱時必須加溫控探頭；

3）焊后消氫處理（后熱）；

4）從預熱、焊接、碳弧氣刨、打磨、MT（干式）、再次焊接以及直至焊接完成，其溫度必須一直維持在WPS 確定范圍之內(nèi)。

6.4 焊接控制

為了進一步提高焊接質(zhì)量，焊接過程中除了自檢，另外還安排專人檢查以及部門抽檢，加強焊工對高強鋼材料焊接的重視程度。

7 結(jié)束語

本文以1 200 t風電安裝船主起重機為依托，重點敘述了高強鋼回轉(zhuǎn)底盤結(jié)構(gòu)的建造技術(shù)。在制造工藝方面，專門制定詳細的裝配制造工藝方案，從各小組預制、中組裝配、整體合攏等工序進行敘述，將精度控制及焊接要求分解到每道工序中；從焊接控制方面，技術(shù)部對相關(guān)部門、分包商以及焊工進行專業(yè)培訓，確保將高強鋼焊接要求傳達到位。在焊接過程中安排專人檢查以及部門抽查，提高整體焊接水平。通過以上兩個方面聯(lián)合控制，保證此類如回轉(zhuǎn)底盤結(jié)構(gòu)等復雜構(gòu)件的精度要求，為后續(xù)高強鋼結(jié)構(gòu)建造提供了經(jīng)驗借鑒。