南通振華重型裝備制造有限公司 南通 226600

0 引言

回轉式浮式起重機擁有360°旋轉吊裝作業(yè)功能，具有較高的抗傾覆穩(wěn)定性、可靠性以及安全性，能適應各種惡劣海況，是當前風電安裝船上使用較多的起重設備。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量非常關鍵?；剞D底盤結構因其獨特的受力方式，無法改變其結構內在形式，故采用高強鋼Q690級別來減輕質量。本文通過某風電安裝船項目中1 200 t起重機Q690級高強鋼回轉底盤結構制作為例進行介紹施工具體步驟以及關鍵技術要求。

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風電設備的安裝和打樁任務，是目前國內設計理念最先進、技術含量最高的風電安裝船之一。其中，1 200 t起重機主要結構包括臂架、人字架、回轉底盤以及基座等，占整機質量的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 回轉底盤結構組成

根據結構功能區(qū)分，回轉底盤結構由筒結構、大梁結構、回轉機構支架、以及絞車支架等部件組成，具體結構示意見圖2。

圖2 回轉底盤結構俯視圖

3 回轉底盤結構建造難點

回轉底盤是整個起重機回轉系統(tǒng)的支撐結構，上面與人字架焊接在一起，下面通過回轉軸承與圓筒體固定，結構非常復雜，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）結構設計緊湊，且焊縫布置密集，容易造成焊接應力集中，需根據結構特性制定專業(yè)的焊接工藝方案；

4）回轉底盤合攏后，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 回轉底盤結構建造流程圖

5 回轉底盤建造方案實施

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)格大小根據鋼板尺寸及鋼板利用率來考慮，本項目法蘭分為8段，在內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

大梁結構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精度尺寸，保證與圓筒體之間裝配間隙在公差范圍內，按以下步驟實施：

1）零件下料前，需嚴格設置收縮余量；

2）在水平胎架上，將大梁結構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）鋪設好甲板組件，剛性固定。按照既定的順序裝配兩側箱體以及中間內部腹板組件等；

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絞車支架。為了減輕回轉底盤整體質量，設計人員摒棄了傳統(tǒng)的底座形式，采用懸掛式設計，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

下料時將有裝配關系的零件設置余量，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絞車支架

將耳板兩兩制成組件，耳板零件下料前同樣需設置余量。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)與回轉底盤安裝。

3）絞車反底加強

所有絞車對應回轉底盤結構內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，調整后再作焊接。

5.4 回轉底盤主結構裝配、焊接

圓筒體與大梁結構裝配后，在適當的位置增開人孔，便于焊工人員進入內部焊接。同時為了避免焊接應力集中，采取以下順序實施焊接：

1）施焊內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）施焊筒體內部蓋板與筒體之間橫焊縫、筒體內部隔板之間仰焊縫，再施焊與內側筒體之間橫焊縫；

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 回轉底盤法蘭加工

回轉底盤主體結構制作完成，焊縫探傷檢測合格后。將根據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，相關精度控制為：法蘭內外徑加工精度要求±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 回轉底盤附屬件安裝

回轉機構支架待回轉底盤法蘭內外徑加工后，根據基準線安裝到位。回轉底盤筒體內側對應零件需與回轉機構支架對筋散裝。同樣按照劃好的基準線，將絞車支架耳板點焊固定，復測相關尺寸后焊接到位。安裝主機構平臺、司機室支架等。

6 總體焊接要求

6.1 焊前培訓

高強鋼結構建造前，組織部門以及施工人員焊接技術及焊接安全交底，確保焊接質量。施工人員焊接結構之前也必須再次進行內部技術交底且要有記錄備查，通過技術交底使每一位焊接人員詳細了解WPS，及相關的焊接施工要求。

6.2 焊工資質確認

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，還必須持有技術部門頒發(fā)的高強度鋼培訓合格證，方可進行高強鋼結構焊接作業(yè)。

6.3 高強鋼焊接要求

高強鋼結構在焊接過程中，極易產生裂紋，必須從以下幾個方面進行管控：

1）預熱和加溫應均勻進行，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加熱預熱；

2）保溫、后熱均應采用陶瓷電加熱片或感應加熱設備進行，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。

6.4 焊接控制

為了進一步提高焊接質量，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底盤結構的建造技術。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，技術部對相關部門、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合控制，保證此類如回轉底盤結構等復雜構件的精度要求，為后續(xù)高強鋼結構建造提供了經驗借鑒。