165t鑄造吊主梁產生裂紋原因簡析及處理辦法初探

申小兵

（漣源鋼鐵有限公司一煉軋廠, 湖南 婁底 417009）

165t鑄造吊主梁產生裂紋原因簡析及處理辦法初探

申小兵

（漣源鋼鐵有限公司一煉軋廠, 湖南 婁底 417009）

冶金鑄造起重機主梁結構件是典型的焊接結構，其主要失效形式是由于疲勞而產生裂紋直至斷裂，而裂紋的萌生和形成壽命很短，疲勞壽命主要取決于疲勞裂紋的穩定擴展階段。本文以圖表及文字表述，簡述了湖南漣鋼一煉軋廠165/40t X 22m行車主梁腹板母板產生裂紋的原因，并針對生產現場的實際情況簡要講述了此次裂紋處理的主要方法和需要采取的防范措施。對于預防主梁鋼結構疲勞斷裂事故的發生，指導該類型起重機的設計、制造和管理具有重要意義。

冶金鑄造；起重機；主梁；裂紋

0 引 言

漣鋼一煉軋廠轉爐線3#行車（140/40t）于1999年10月投運，主要用于吊運從煉鐵廠運送 過來的鐵水罐，并將鐵水倒入混鐵爐以及吊運鐵水進入脫硫站。該廠 3#轉爐工程建設時，該車于2003年9月由140/40t擴容至165/40t。該車擴容后至2007年8月29日止未發現較大的設備隱患。8月30日在檢查發現，西端主梁內側腹板母材出現裂紋，整個裂紋橫向長為670mm、裂紋寬為0.75mm。

1 生產現場實際情況

由于該車主梁產生裂紋屬重大設備隱患，給一煉軋廠的生產組織帶來了極大影響：第一、公司安環部要求該車限載120t，限載120t后影響RH鋼的生產節奏；第二、影響大高爐鐵水罐的吊運。 為此，8月30日對上述裂紋進行了加固施工，歷時30小時完成。具體方案如下：

在裂紋兩端各鉆一個直徑為6mm的止裂孔。采用碳弧氣刨消除裂紋，并用磨光機拋光表面。采用堿性焊條進行補焊，焊接完一面進行清根再焊另一面。在主梁內的兩橫向加筋板之間加焊筋板能增強主梁的局部強度。筋板長度為

2.2m，能控制住腹板的波浪變形；筋板厚度為16mm，焊腳高度為7mm。采用氣刨焊（焊角小、焊接應力小）最好（也可采用手工焊），焊接的方向從中間往兩端同時進行焊接。各焊縫應表面磨平，轉角處采用圓弧過渡。焊接完后對所有焊縫進行超聲波探傷，符合GB11345 I級。表面不允許出裂紋夾渣、氣孔、咬邊等缺陷等等。

處理上述裂紋后，在該車運行的第19天和第25天又發現東、西端主梁共計產生三處裂紋，發現問題后，均在第一時間內采取了在裂紋兩端鉆了直徑為6mm的止裂孔[1]。

2 原因簡析

經分析認為，上述裂紋屬于疲勞裂紋，其產生開裂的主要原因是該車存在設計先天性缺陷，具體原因如下：1、主要原因：由于該車運行頻率高，導致疲勞次數增多，出現裂紋的區域又屬于應力集中點及高應力區，在 3#車擴容改造后又增大了局部擠壓力（增大了20%）和負載后的彎曲應力作用，從而使主梁腹板開裂。2、根本原因：(1)通過分析該車吊運的重量及頻率進行計算，其作業率已高達到85%，遠高于 A7級鑄造吊車的作業率。(2)該車西邊梁上拱值為16.5mm，東邊主梁上拱值為 17mm，低于冶金鑄造起重主梁上拱度規定中所要求的 20—29mm的上拱值要求。(3)經查實，現起重機制造廠家生產的165/40t吊車的主梁所用材厚度如下：腹板厚12mm，上、下蓋板厚度均為14mm；而該車的腹板厚為 10mm；上、下蓋板材厚均為 12mm。(4)經查實，現起重機制造廠家生產的165/40t吊車主梁采用500號“T”形梁， 而該車主梁所用的為200號“T”形梁，使主梁下方的受力緩沖區域遠小于現在生產的165/40t吊車受力緩沖區域，所以應將緩沖區應再大。3、次要原因：(1)大車軌道接口不平對整車運行產生額外沖擊負荷，導致負荷無形中增大，使沖擊系數增大增加了循環應力。(2)由于整車運行頻率高，導致疲勞次數增多，而此處又屬于應力集中點及高應力區，再加上輪壓增大造成的局部擠壓力增大（增大了20%）和負載后的彎曲應力，從而使此處開裂。綜上所述，認為裂紋產生的原因是該車因受主梁所用材厚度及“T”型梁的條件所限。因此，該車在主梁強度等方面存在的問題只能著眼于在現有基礎上略作改善，短時期內處理焊縫的問題，而無法從根本上解決裂紋問題，最恰當、最好的方法是更換兩根主梁。雖然已對該車裂紋進行了初步處理，但這僅僅是治標而未真正治本，況且采用了該車限載 120噸的方法，則無法保證 90噸轉爐與 CSP的穩順銜接，勢必中斷CSP生產[2-3]。

3 解決方案

因此，針對該車主梁出現的裂紋且又嚴重影響我廠生產的情況，經過多次專題討論、研究，分別制訂了處理主梁裂紋的短、中期方案。

短期方案（檢修時間約40小時）

短期施工方案時間約為40小時。在主梁出現裂紋的地方打坡口，并加以施焊。在應力源集中處實施小電流、小徑焊條、小坡度平緩過度的堆焊方式，加強應力源處的抗彎強度。改變主梁內部加強框的拉引力方向，以進一步減小該處應力源的應力作用。具體施工方案如圖1所示。

圖1 短期施工方案

3.1 中期方案

中期施工方案時間約192小時，首先在“T”型鋼和主腹板固須在焊縫兩側加補加強板（6×150×21000mm），然而，在加補強板前將開裂焊縫除去，開成坡口補焊打磨，在小車軌道下面沿軌道全長增加墊（t=16mm），再繼續焊接，同時增加連接軌道壓板螺栓長度。在加固主梁焊接的過程中，需要暫拆兩根大車主梁正下方各兩塊隔熱板，然后在主梁中間用二根立柱分別頂起二根主梁，使之在焊接過程中焊縫不受向下彎曲的作用力，以減少主梁下撓。具體施工方案圖2。

圖2 中期施工方案

由于此中期方案對整個公司及我廠的生產影響較大。其具體影響如下：第一、需要在煉鐵廠運送大、小高爐鐵水罐進我廠的兩條鐵水線之間立頂起的鋼柱，這樣立柱的準備工作較長，所以從煉鐵送過來的鐵水會不及時；第二、因該車的檢修也需占用了1#混鐵爐進鐵水的位置，致使1#混鐵爐也不能使用，在此檢修期間只有 2#混鐵爐能使用。所以此方案暫時不予實施，視短期方案的使用效果再作決定[4-5]。

4 結 語

通過公司相關人員的共同努力，采用了上述的短期方案進行了處理，至今運行較好，無異常情況產生。中期方案暫時不需要實施，不僅為公司節約了成本，也為公司的生產組織帶來了益處，并且通過這一次的事故處理，為公司以后處理類似故障積累了經驗。

[1]趙磊.大型鑄造起重機的結構型式和性能特點[J].重工科技, 2004, (6):108-110.

[2]胡宗武,閻以誦.起重機動力學[M].北京：機械工業出版社, 1998:56-72.

[3]上海雄風起重設備廠.GB/T 3811-2008起重機設計規范[S]. 2009:25-30.

[4]張質文,虞和謙.起重機設計手冊[M].北京:中國鐵道出版社, 1998: 112-126.

[5]徐灝.機械設計手冊(3-2版)[M].北京:機械工業出版社, 2000: 28-36.

（責任編校：劉志壯）

TG231.1

A

1673-2219（2010）08-0042-02

2010－05－28

申小兵（1973－），男，湖南邵東縣人，機械設計及其自動化專業本科，助理工程師，從事設備技術及管理工作。