關(guān)于橋式集裝箱起重機(jī)疲勞破壞成因分析及修復(fù)措施探討

1、<p>　　關(guān)于橋式集裝箱起重機(jī)疲勞破壞成因分析及修復(fù)措施探討</p><p>　　[摘 要]港口橋式集裝箱起重器承擔(dān)著重體積貨物裝卸工作，要是起重機(jī)長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)行就會(huì)讓其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，起重機(jī)內(nèi)部構(gòu)件就會(huì)有松脫或者變形的情況，還很容易疲勞運(yùn)行，讓其整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋，并有裂紋擴(kuò)展的問(wèn)題，從而導(dǎo)致起重機(jī)不能正常使用。工作人員要是沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)和維修，結(jié)構(gòu)也就會(huì)被損壞，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和修復(fù)是必須重視

2、的。本文分析了港口起重機(jī)疲勞破壞的主要原因，并提出修復(fù)措施，以供借鑒。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]港口 起重機(jī) 原因 疲勞破壞 修復(fù) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TE377 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）05-0373-02 </p><p>　　通常情況下，港口橋式集裝箱起重機(jī)都是用在重型載荷情況下，并且一直都是處在循環(huán)載荷中

3、，也就是長(zhǎng)期都是疲勞載荷，這也就使起重機(jī)很容易有疲勞裂紋出現(xiàn)，尤其結(jié)構(gòu)的焊縫位置很容易有脆性斷裂現(xiàn)象出現(xiàn)，這樣也就很容易出現(xiàn)安全事故。要想讓起重機(jī)設(shè)備一直都能夠安全運(yùn)行，相關(guān)人員要對(duì)起重機(jī)疲勞狀況進(jìn)行及時(shí)分析，發(fā)現(xiàn)有安全隱患就要及時(shí)清除，并對(duì)其進(jìn)行定期保養(yǎng)，使起重機(jī)的安全性能有所保證。 </p><p>　　一、起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)疲勞破壞的原因 </p><p>　　1、疲勞破壞易發(fā)區(qū)部

4、位和應(yīng)力集中帶來(lái)的影響。在橋式集裝箱起重機(jī)結(jié)構(gòu)中，門(mén)框撐管，大車(chē)平衡梁、軌道等位置是很容易在疲勞破壞情況下受到影響，然后焊縫的地方出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象，這幾個(gè)部位都處在起重機(jī)的高應(yīng)力區(qū)，經(jīng)常會(huì)受到交變應(yīng)力帶來(lái)的作用，讓這些部位承受較大的應(yīng)力，然后截面就會(huì)出現(xiàn)變化，讓?xiě)?yīng)力都集中到這一個(gè)位置上，過(guò)大的應(yīng)力會(huì)讓縱筋和橫隔板的作用都實(shí)效。對(duì)于設(shè)計(jì)層來(lái)說(shuō)，在這種較大的應(yīng)力作用下，不能流暢地傳遞力流，結(jié)構(gòu)組成不合理也是一個(gè)原因，加上結(jié)構(gòu)中的焊縫比較密，焊

5、點(diǎn)比較多，交匯點(diǎn)也多，焊接工藝做的不好，導(dǎo)致焊縫質(zhì)量不合格，還有就使工件母材也和設(shè)計(jì)要求有所偏差，這些都是導(dǎo)致起重機(jī)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要原因。通常情況下，起重機(jī)結(jié)構(gòu)都是采用對(duì)接焊縫，還有角焊縫這兩種形式進(jìn)行焊接，應(yīng)力的集中源主要是在焊縫突出的位置上，在結(jié)構(gòu)焊接完成之后，要是沒(méi)進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)械加工，起重機(jī)的抗疲勞強(qiáng)度也就會(huì)大大下降，要是將焊接風(fēng)凸出的位置切除掉，那么起重機(jī)的疲勞極限就會(huì)有所改善，使用壽命也更長(zhǎng)。凸出部位和試樣軸線交角處θ，還

6、有凸出位置高度h，是橫向?qū)雍缚p受到應(yīng)力影響的主要部位，圖1、圖2為焊接凸出部位的交角和高度影響到疲</p><p>　　對(duì)于角焊縫，由于焊縫向母材基體金屬過(guò)渡處的截面有明顯變化，其應(yīng)力集中系數(shù)高于對(duì)接焊縫，因此抗疲勞強(qiáng)度低于對(duì)接焊縫.當(dāng)角焊縫的計(jì)算厚度hf≥ 1.5 t（t為焊件厚度）時(shí)，可按規(guī)定的焊件厚度選擇角焊縫最小厚度.表1是GB J17-88標(biāo)準(zhǔn)與前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照數(shù)據(jù)，如表1所示。 </p>

7、<p>　　2、疲勞破壞受到金屬結(jié)構(gòu)母件影響。 </p><p>　　（1）鋼材抗疲勞性能下降，如果鋼材在長(zhǎng)時(shí)間或者反復(fù)荷載的情況下，它能夠承受的極限強(qiáng)度就會(huì)小于壓力作用，鋼材也就會(huì)被破壞掉，突發(fā)性脆性破壞就是鋼材最直接的表現(xiàn)。如果鋼材材料是在彈塑階段，要是在反復(fù)荷載的作用下，鋼材的塑性變形情況就會(huì)增大，鋼材也就會(huì)變硬且更加脆弱，然后就會(huì)有微裂現(xiàn)象出現(xiàn)，應(yīng)力都會(huì)集中在這個(gè)位置，同時(shí)微裂文會(huì)慢慢擴(kuò)展并

8、增多，這時(shí)候應(yīng)力集中問(wèn)題就會(huì)更加明顯，鋼材有斷裂破壞的現(xiàn)象出現(xiàn)也就不足為奇了。 </p><p>　　（2）鋼材焊接性能下降。如果鋼材出現(xiàn)冷裂傾向，或者有焊縫脆化傾向，以及熱烈傾向都會(huì)對(duì)鋼材焊接性能有較大的影響。對(duì)于碳素鋼來(lái)說(shuō)，豬油錳不會(huì)受到影響，剩下6種元素都會(huì)在受到影響，含量發(fā)生變化，讓鋼材的熱脆性和熱傾向都會(huì)增加；同時(shí)，鋼材的焊縫、冷脆性以及受到熱影響的冷裂傾向都會(huì)有多增加，為了避免鋼材性能受到影響，就要對(duì)

9、材料中的元素含量進(jìn)行控制。 </p><p>　?。?）沸騰鋼性能下降。對(duì)于沸騰鋼來(lái)說(shuō)，它的偏析程度是很?chē)?yán)重的，發(fā)生偏析的主要特點(diǎn)就時(shí)其表面有一個(gè)純鐵薄層，并含有少量的碳元素，在其中間層還有很多硫元素、磷元素和碳元素。沸騰剛有較多有害氣體在其中，加上區(qū)域偏析很?chē)?yán)重，所以沸騰剛就沒(méi)有很好的可焊性。此外，沸騰鋼中還有很多氮元素，其存在形式為固溶氮，這就讓鋼材的失效敏感性有所上升，并且冷脆性也會(huì)上升，在沸騰剛中偏析現(xiàn)象

10、最嚴(yán)重的就是磷區(qū)域，這會(huì)讓鋼材沖擊韌性大大降低，相反鋼材冷脆性有所提高。 </p><p>　　二、金屬結(jié)構(gòu)件焊接分析 </p><p>　　1、焊接殘余應(yīng)力分析 </p><p>　　在橋式集裝箱起重機(jī)結(jié)構(gòu)的焊接作業(yè)完成之后的冷卻過(guò)程中，其縱向收縮和冷卻條件的不同而產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)有較大差別，這會(huì)讓一部分殘余的應(yīng)力在焊縫中留存。從多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中得出，留存在焊縫中的應(yīng)力就是

11、拉應(yīng)力，而腹板受到的縱向殘余應(yīng)力則是壓應(yīng)力。對(duì)于橫向焊縫中留存的應(yīng)力來(lái)說(shuō)，主要就是在焊縫冷卻的時(shí)候發(fā)生了橫向收縮，從而導(dǎo)致了橫向的殘余應(yīng)力，還有一個(gè)原因就是焊縫在縱向收縮的時(shí)候?qū)е铝藱M向的殘余應(yīng)力，所以得出在結(jié)構(gòu)焊接完成后，不能讓其馬上進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，最好讓其冷卻徹底再使用，這樣能將焊接留存的殘余應(yīng)力給釋放干凈。 </p><p>　　2、焊接應(yīng)力的形成 </p><p>　　在焊接時(shí)要是有

12、溫度不均勻的現(xiàn)象就會(huì)引發(fā)焊接應(yīng)力，這和溫度變化有較大的關(guān)系。在室溫條件有所差別的時(shí)候，或者在焊接額時(shí)候焊縫溫度在金屬熔點(diǎn)上，通常情況下，焊縫中心的溫度都超過(guò)1000℃，當(dāng)焊接完成之后，焊縫就會(huì)處在水平室溫中，這兩者的溫差是很大的。焊縫的冷卻速度和馬氏體相比是快很多的，而且沖擊韌性的比較差和大，要超過(guò)其硬度和脆性范圍，這個(gè)問(wèn)題是要注意的。同時(shí)，焊縫的冷卻速度要是太慢則會(huì)有奧氏體形成，導(dǎo)致焊縫的硬度和強(qiáng)度都會(huì)很低，而塑性則會(huì)很高，從而有粗晶

13、形成，這也是要盡量避免的。焊縫冷卻的最佳溫度是在200℃到500℃之間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)焊縫的塑性和沖擊韌性都會(huì)很好，能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。 </p><p>　　三、金屬結(jié)構(gòu)件的修復(fù)工藝 </p><p>　　對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，出現(xiàn)焊接開(kāi)裂現(xiàn)象是很常見(jiàn)的一種疲勞問(wèn)題，對(duì)焊縫開(kāi)裂處進(jìn)行補(bǔ)焊前，要用砂輪將開(kāi)裂位置處的舊焊縫給打磨平，具體的打磨時(shí)間依據(jù)開(kāi)裂縫的大小來(lái)定，在這個(gè)過(guò)程中，可以借助放大鏡對(duì)焊

14、縫進(jìn)行觀測(cè)，避免有殘余裂紋存在，要是有殘余裂紋存在看，就要繼續(xù)打磨，一直到殘余裂紋都處理好為止。對(duì)于起重機(jī)結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件來(lái)說(shuō)，要借助探測(cè)儀去對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，這樣能更清楚的找出裂紋位置。補(bǔ)焊的時(shí)候避免使用受潮的焊條，在焊前應(yīng)當(dāng)預(yù)熱補(bǔ)焊的位置，焊后則使用熱保溫措施，焊縫溫度下降到室溫的之后，使用鐵錘敲擊補(bǔ)焊位置以及附近位置 20min。補(bǔ)焊之后結(jié)構(gòu)件應(yīng)當(dāng)停放一段時(shí)間，最好停工的時(shí)間超過(guò)一個(gè)星期。開(kāi)始吊貨的時(shí)候，避免滿負(fù)荷裝卸，應(yīng)當(dāng)先起吊額定

15、荷載的 30%左右，運(yùn)轉(zhuǎn) 2h之后再起吊額定荷載的 50%左右。 </p><p><b>　　四、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　港口的橋式集裝箱起重機(jī)對(duì)于整個(gè)港口的工作都起到了重要的作用，起重機(jī)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破壞是比較常見(jiàn)，但是相關(guān)人員要對(duì)這種問(wèn)題特別注意，要及時(shí)去修復(fù)焊接部位的裂紋，并對(duì)焊縫裂紋進(jìn)行定期的檢查，將所有的安全隱患都扼殺在搖籃，避免起重機(jī)結(jié)構(gòu)受到

16、嚴(yán)重的影響。在監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的時(shí)候可以借助共外線探傷等技術(shù)，并將預(yù)防工作做好，對(duì)存在的問(wèn)題及時(shí)處理，防止起重機(jī)疲勞破換過(guò)于嚴(yán)重。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 潘長(zhǎng)松.橋式起重機(jī)箱形主梁的疲勞性能[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2012，12（10）：17-28. </p><p>　　[2] 管德清.焊接結(jié)構(gòu)