起重機械用吊鉤補焊的危害探究

嚴彬彬

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院，江蘇 常州 213016）

起重機械用吊鉤補焊的危害探究

嚴彬彬

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院，江蘇 常州 213016）

起重機械廣泛應用于工業生產領域，為我國的工業發展做出了巨大貢獻。與此同時，起重機械帶來的安全問題不容小視。在以往定期檢驗的過程中，部分企業由于安全意識薄弱以及對生產設備疏于管理，對使用中已經出現明顯磨損的起重機械吊鉤進行補焊并繼續高負荷的使用，帶來極大的危害。

磨損程度；材料；塑性變形以及缺陷補焊的危害

吊鉤的材料具有較高的強度和塑性，沒有突然斷裂的危險。但強度高的材料通常對裂紋和缺陷很敏感，發現部分企業對使用中已經出現明顯磨損和缺陷的起重機械吊鉤進行了補焊(見圖1、圖2)。根據GB/T10051.3-2010《起重吊鉤 第3部分：鍛造吊鉤使用檢查》第3章，吊鉤的磨損量不應超過基本尺寸的5%，否則吊鉤應報廢。由圖中未被補焊的邊緣部分可見，磨損量已經超過GB/T10051.3-2010表1中h2規定的基本尺寸的5%(見圖3)，那么補焊的部分磨損量必定也已經超過該基本尺寸，此時再對此磨損部分進行補焊必將引起不小的危害。

圖1

圖2

圖3

1 吊鉤使用的材料

根據GB/T10051.1-2010《起重吊鉤 第1部分：力學性能、起重量、應力及材料》第6部分可知，吊鉤制作使用的材料大致有Q345qD、Q420qD、35CrMo等幾種，這些材料均屬于低合金鋼，它們是在碳素鋼的基礎上加入某些合金元素所煉成的，與含碳量相同的碳素鋼相比，具有較高的強度、塑性、韌性和耐蝕性。

2 塑性變形對吊鉤金屬組織和性能的影響

在起重機械的日常作業中，吊鉤通常與索具相配合使用，索具與吊鉤的接觸面通常成為了磨損或者塑性變形發生最為常見的地方。吊鉤在常溫下經過塑性變形后，內部組織將發生變化，而它的力學性能隨其內部組織的改變而發生變化，其原因是由于金屬組織滑移面上的碎晶塊和附近晶格的強烈扭曲，增大了滑移阻力，使繼續滑移難于進行所致。吊鉤在與索具配合使用時，受到來自索具向下的拉力，此時吊鉤受到的拉應力使金屬原子間距離增大，尤其當吊鉤內部存在氣孔、微裂紋等缺陷時，在拉應力的作用下，缺陷處易產生應力集中，使裂紋擴展，甚至會達到破壞報廢的程度。隨著拉應力的增大以及使用頻率增加，吊鉤逐漸出現形變，主要表現形式為開口度加大。根據GB/T10051.3-2010《起重吊鉤 第3部分：鍛造吊鉤使用檢查》第3.2.2.1條，若開口度超過使用前基本尺寸的10%時，吊鉤應報廢。若此時對鉤口處的變形缺陷部位進行補焊，其力學性能將發生變化。

3 對吊鉤缺陷部位補焊的影響

3.1 補焊時溫度對吊鉤鉤口部位的影響

對吊鉤產生缺陷的部位進行補焊時，由于吊鉤鉤口部位并不是規則的等截面形體，又由于各點離受熱部位的距離不同，所以各點達到的最高溫度也不同，所以在補焊的過程中，被補焊的部分相當于受到了一次重新冶金的過程，受熱部位附近的區域內的金屬相當于受到了一次不同規范的熱處理，必然產生了不同于使用之前的金相組織并且發生了力學性能的變化。且補焊的過程是一個極不平衡的過程，即補焊部位及其相鄰區域的金屬都要由室溫被加熱到很高的溫度(即補焊部位已經處于液態)，然后再快速冷卻下來。由于在整個熱循環過程中，吊鉤各部分的溫度不盡相同，造成隨后冷卻到室溫的速度也各不相同，因而吊鉤各部位在熱脹冷縮和塑性變形的影響下，必將產生內應力、變形或者裂紋。

3.2 補焊時焊材成份對吊鉤金相組織的影響

補焊的過程中使用了不同種類的焊材，焊材中的硫元素和磷元素融合進了吊鉤中，使原本硫磷元素極低的吊鉤在鉤口部位產生了有害的雜質，磷元素可使鋼材的塑性和韌性下降，特別是在低溫的使用環境中使吊鉤的脆性極劇增加。硫元素在補焊部分的融合區晶界處可形成低熔點的共晶體，易產生裂紋。

3.3 補焊結束后的應力

吊鉤補焊時，常采用的焊接方法是焊條電弧焊，電弧沿著吊鉤逐漸移動并對吊鉤鉤口部位進行局部加熱，由于吊鉤鉤口部位形狀不規則，電弧除了對補焊部位進行加熱以外，也不斷對補焊部位以及周邊區域進行加熱，隨后逐次冷卻下來所形成的，因而應力的形成、大小、和分布情況較為復雜。當補焊的部位及其相鄰區域金屬處于加熱階段時都會膨脹，但受到未加熱部位冷金屬的阻礙，不能自由伸長而受壓，形成壓應力。該壓應力使處于塑性狀態的金屬產生壓縮變形。隨后再冷卻到室溫時，其收縮又受到周邊冷金屬的阻礙，不能縮短到自由收縮應達到的位置，因而產生殘余拉應力。應力過大不僅會使鉤口部位變形更容易產生裂紋，裂紋存在于補焊部位或者熱影響區的熔合區中，而且往往是內裂紋，不易發現，危害極大，且補焊部位出現變形也被焊材凝固后蓋住，無法發現。在定期檢驗的過程中，通過宏觀檢查和無損檢測的方法，發現補焊過的吊鉤普遍存在外觀凹凸不平，不能與非補焊區域圓滑過渡，極易造成應力集中；我們對補焊過的吊鉤進行無損檢測，檢驗方法為磁粉檢測（見表1）。由檢測報告可見，經過補焊的吊鉤在陰影區域內存在細小的裂紋，應立即報廢并更換新吊鉤（圖4）。

圖4

4 結語

為了減少起重機械中的安全隱患，盡可能避免事故的發生，除了選用符合GB/T10051-2010該標準要求的吊鉤外，還應從平時的定期檢查這一環節入手，及時發現吊鉤存在的安全隱患并排除。對磨損量超標的吊鉤，不應用補焊的方法進行修復，應重新更換，以此確保起重機械安全運行。

[1]楊可楨，程光蘊，李仲生. 機械設計基礎（第五版）[M].

[2]鄧文英，郭曉鵬. 金屬工藝學[M]. 高等教育出版社，2000:101～109.

[3]劉品，徐曉希. 機械精度設計與檢測基礎[M]. 哈爾濱工業大學出版社，52.

表1 磁粉檢測報告

TH21

A

1671-0711（2016）12（上）-0130-02