固定式起重機桁架裂痕之危害及改善
目 錄
壹、前言：
固定式起重機為工業上常見的一種搬運機械，尤其常運用於製造、營造、國防、倉儲、電氣等多項產業中，幾乎已成為不可或缺的機具。固定式起重機的操作方便，吊升能力小則數百公斤，大到數百公噸不等，惟不論其吊升能力大小，如操作稍有不甚，皆可能造成人身安全危害或財務損失，故依照我國「職業安全衛生教育訓練規則」之規定，其操作人員皆需由訓練合格人員來擔任。除了人員的訓練之外，固定式起重機本體結構上之安全也至關重要，依照「職業安全衛生法」之規定，吊升荷重在3公噸以上之大型固定式起重機，屬危險性機械之一種，非經勞動檢查機構或中央主管機關指定之代行檢查機構(以下合稱檢查機構)檢查合格，不得使用，其意旨從源頭製造之管理，規定大型固定式起重機的製造或修改之廠商，必須經型式檢查合格，而製造完成後到現場安裝需經竣工檢查，以及變更或重新檢查及後續的每次定期檢查等，皆需由檢查機構確認為之。
固定式起重機種類繁多，依照CNS 5510大致可分為架空式起重機、伸臂起重機、橋型起重機、卸載機、纜索起重機、貨櫃起重機及單軌起重機(架空車)，其中以架空式起重機(俗稱:天車)數量最多。由勞動部109年勞動檢查年報中可得知，全國目前列管之吊升荷重3公噸以上固定式起重機約為31,657座，而架空式起重機就約占28,558座，約佔了9成左右，如將中小型等起重機亦列入，則其數量更為可觀。固定式起重機所造成之危害，大多為人員操作疏失或管理不甚所造成之物體飛落或撞擊、人員墜落、感電或夾擠等，機械本體之損傷所造成之危害雖較少，惟101年高雄小港區某家鋼鐵公司亦曾發生吊升荷重20.2公噸雙軌架空式起重機桁架斷裂案例(如圖1)，該起重機為82年11月製造，使用至斷裂時約近20年，在長期反覆使用下，產生金屬疲勞而發生事故，幸好斷裂之桁架非位於駕駛室側而未造成人員傷亡，但不免造成地面上機具財物損失。國內固定式起重機之使用年限普遍偏高，近年來檢查時發現桁架裂痕之現象越來越多，檢查機構檢查人員以及廠商之自動檢查人員對容易發生裂痕之處仍需多加注意及加強檢點，避免此類事故再次發生。
貳、 架空式起重機簡介
架空式起重機一般由桁架、鞍座、吊運車及吊鉤組所組成，少數因特殊作業需求則另配置有駕駛室(如圖2)，其中桁架及鞍座屬於承受荷重之主要結構部分，一般不允許有裂痕及顯著之腐蝕、變形等缺陷。
圖1 架空式起重機桁架斷裂
圖2 架空式起重機之組成
桁架一般以鋼板、型鋼或角鋼等為材料，再以焊接、鉚接或螺栓依使用目的組合成各式形狀(如圖3)，其中以箱型桁架數量較多。鞍座則大多由型鋼組成或鋼板焊接成箱型構造(如圖4)。桁架與鞍座之接合，則以桁架置於鞍座上方，再以焊接或螺栓固定最為常見。
箱型桁架 型鋼桁架 格子桁架
圖3 桁架之構成方式
由型鋼組成 由鋼板焊接組成 由鋼板焊接成箱形構造
圖4 鞍座之構成方式
參、 桁架常見裂痕位置及成因探討
架空式起重機一般於進行起重吊掛作業時負載最大，依據「勞動部勞動及職業安全衛生研究所」之研究報告指出，其力量之傳遞為重物→鋼索(鍊條) →捲胴→小車及輪軸→桁架→鞍座→直行軌道→廠房梁柱，其中桁架中心及桁架與鞍座接合處為整個起重機中應力較大之地方(如圖5)。當起重機長時間處於反覆應力作用下，箱型桁架下翼板之焊道最常因應力而出現裂痕，進而從焊道口延伸至腹板焊道或母材並繼續向上延伸至上翼板而導致整個桁架斷裂(如圖6及圖7)
圖5 桁架中心及桁架與鞍座接合處應力分布圖
圖6桁架下翼板焊道裂痕並延伸至腹板母材
腹板焊道
下翼板焊道 上翼板母材
圖7桁架下翼板焊道裂痕並延伸至腹板焊道及上翼板
另一個常見裂痕位置則為桁架與鞍座之接合處，不論其接合方式為焊接或螺栓，皆容易發生裂痕(如圖8)，須特別注意。
圖8 桁架與鞍座接合處裂痕
雖然此兩部位為裂痕容易發生位置，但也並不是每座架空式起重機皆會發生，一般來說，桁架跨距較長之起重機，因其鋼板焊接部位較多，如其使用頻率較高或負載荷重常接近滿載使用，上述部位則較常發生裂痕;另外使用年限較長之起重機，鋼板長期處於反覆應力作用下產生金屬疲勞，亦較常發生裂痕;此外，部分早期製造之起重機，因當時製造品質不佳，較常發生焊道焊接不全或焊接後焊道未實施熱處理以釋放應力，易造成應力集中而使焊道龜裂。
肆、 裂痕之處理及改善
桁架發生裂痕後，必須找具型式檢查合格之固定式起重機專業廠商對裂痕處進行評估及處理，如裂痕發生於焊道處，一般是將焊道剷除後再重新燒焊，如裂痕延伸至母材上，則必須先切割開槽後再進行焊接，惟不管怎樣焊接後都必須對焊接處進行非破壞檢測(如:MT、PT、UT、RT等)，以確認焊接品質。另外部分維修商會對重新焊接處貼板進行結構補強，此作法雖從外觀上看似良好，但原先裂痕修復處因被補強板覆蓋，如再發生裂痕亦無法得知，不得不注意。當桁架常常一而再再而三發生裂痕，一昧的修補也不是辦法，建議進行桁架的更新，才是確保安全之上策。
伍、 結論
固定式起重機桁架的微細裂痕，有時用目視還未必看的出來，必須借助非破壞檢測來發現，惟如裂痕已經大到肉眼可見，則必須要儘快處理才不會使裂痕範圍擴大造成危害。一般來說，如果起重機的揚程高度不是很高，要發現桁架下翼板的焊道是否有裂痕並不困難，只要站在焊道下方用亮度較高且光束較集中之手電筒往上探照，通常就能發現肉眼可見之裂痕，但如果起重機的揚程高度較高，就必須搭鷹架或使用高空工作車等檢點設備;而桁架與鞍座接合處的裂痕，就一定要至起重機上方才能發現了。依照「職業安全衛生管理辦法」第19條之規定，事業單位對固定式起重機應每年就該機械之整體定期實施檢查一次，惟目前大多事業單位對固定式起重機之自動檢查都只流於形式而未具體落實，有些裂痕都已非常嚴重了卻都還是由檢查機構人員執行年度定期檢查才發現的，更遑論那些沒列入危險性機械(吊升荷重未滿3公噸)的起重機，未被發現之裂痕還有多少就不得而知了。「賺錢有數，生命要顧」，固定式起重機為產業上重要生產工具之一，千萬別只顧為了趕工而忽略了對其保養及檢點，部分產業作業環境較為惡劣(如:鑄造、煉鋼、電鍍、酸洗等)，廠內粉塵或化學蒸氣瀰漫，此類環境下之固定式起重機更應該加強保養及落實檢點，才能換得生產及安全雙贏局面。
陸、參考文獻
[1] 中華民國國家標準CNS5510起重機之種類。
[2] 固定式起重機安全檢查指引，2021。
[3] 劉國青、沈志陽，應用音洩檢測天車桁架強度技術研究，2014。
[4] 起重機使用安全現況調查Ι-固定式，1996。
劉宜廷
社團法人中華產業機械設備協會
