风电塔筒爬梯导轨型材失效性探讨及解决方法

王柳明，张 虎，杨雯婕，刘朝辉

（三河和平铝材厂有限公司，三河065200）

1 问题分析

风力发电塔筒爬梯型材有多种型号规格，安装有导轨型材的爬梯属于轨道式防坠落爬梯。这种爬梯的核心部分由导轨和防坠器组成，其组装结构如图1所示。当攀爬人员发生失足坠落时，防坠器锁扣与导轨实现有效的锁止，可防止坠落。

导轨型材的合金状态为6005-T5，由于该型材的特殊使用功能，其力学性能除满足GB/T 6892-2015中相关规定外，还要进行静态符合性能测试，即将防坠器与导轨型材组装后使其处于垂直方向，并在防坠器上以不大于30 mm/min的速率施加力至15 kN并保持3 min。要求试验结束后导轨型材不能出现撕裂以及严重变形等现象，卸载后，防坠器仍能在导轨上正常工作[1]。现部分铝材厂生产的型材在进行静态符合性能测试时出现开裂，见图2。本文目的是找出型材开裂的原因，解决因型材开裂导致型材无法正常安装使用的问题。

2 原因分析

产品应用及测试过程中的关键受力点如图3所示。

经受力分析可知，a点与b点位置为关键受力点，经计算a点受力大约为10 kN，a点受力方向如图3所示。图2所示的开裂点正好临近a点且处于a点的受力方向，由此可以确定型材开裂是由于受力后导致型材开裂。若想解决型材开裂问题，必须提高型材强度且保证开裂位置不能处于挤压焊合位置。

鉴于上述导轨型材开裂原因的基本分析，我们决定从影响型材强度的化学成分、力学性能以及模具设计这三个方面探寻其最终影响因素[2-3]。

2.1 合金化学成分分析

导轨型材合金状态为6005-T5，其化学成分分析结果如表1所示。从表中可以确定，型材化学成分符合相关标准要求。

表1 导轨型材（6005合金）化学成分（质量分数/%）

2.2 力学性能分析

我公司多次调整了该型材的挤压工艺，最终摸索出一组合理的挤压工艺，具体参数见表2。采用该工艺生产出的导轨型材力学性能检测结果（见表3）表明，试验数据完全符合且远高于相关标准要求的规定[3]。

表2 导轨型材挤压生产工艺制度

表3 导轨型材力学性能检测

在对型材的化学成分进行检验和调整挤压生产工艺后，我公司对重新生产的型材进行静态符合性能测试，但试验结果仍出现开裂，没有任何改善。

2.3 焊合位置分析

通过上述原因排查后，我们最终将问题的重点集中在模具设计方法上。在型材开裂位置切取样料并制成低倍试样，参照相关标准进行低倍检验[4]。从图4低倍组织图中可以观察到在箭头位置的端面存在明显焊合痕迹。

为进一步确认型材的开裂位置与挤压焊合位置吻合，我们分析了模具桥位布局图（见图5），可以确认型材焊合位置与模具桥位布局位置一致。经查阅相关资料[5-6]，最终找出型材开裂的原因是由于型材在进行静态符合性能测试时，因焊合位置受力过大，导致型材开裂。

3 调整方案及效果

为了解决导轨型材在使用过程中的开裂问题，需要对模具结构进行调整，以改变型材的焊合位置，调整后的模具结构如图6所示。采用与表2相同的挤压生产工艺生产两组试样，并分别在产品的头、中、尾取样进行力学性能试验和低倍检测，其结果分别见表4和图7。

表4 6005-T5型材力学性能测试

对更改焊合位置的型材进行静态符合性能测试时，型材未出现开裂的情况，只有轻微凸起，防坠器卸载后可以自由滑动。因此可以确定导致型材开裂的原因是模具桥位布局不合理，使焊合位置正处于主要受力部位。

通过对模具桥位布局优化后，所生产型材静态符合性能结果完全符合要求，彻底解决了导轨型材开裂问题。

4 结论

针对风力发电塔筒内爬梯导轨型材在使用过程中出现的失效开裂问题，从型材合金的化学成分、力学性能、模具设计方法这三个方面进行了分析研究，最终找出导致型材开裂的原因：由于模具桥位布局不合理，使焊合位置正处于主要受力部位，当对型材进行静态符合性能测试时，焊合位置因受力过大，导致型材开裂。

明确了导轨型材开裂问题主要是集中在模具设计方法后，我们及时调整了模具设计方法，对模具桥位布局进行了优化。模具优化后所生产的型材静态符合性能测试的结果完全符合测试和使用要求，彻底解决了导轨型材开裂问题。