關(guān)于大噸位卸船機(jī)前大梁端梁滑輪座板裂紋原因分析

李丹

摘 要：從強(qiáng)度計(jì)算、疲勞計(jì)算、材料檢測(cè)及焊接施工等四個(gè)方面著手，對(duì)滑輪座板產(chǎn)生裂紋的原因進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：受力；疲勞；材料；焊接

1 概述

隨著國(guó)際貿(mào)易的逐漸發(fā)展，港口機(jī)械市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)展，其中散貨市場(chǎng)因需求的迅猛增加，散貨碼頭的吞吐量也在逐漸加大。面對(duì)載重量不斷變大的散貨船，常規(guī)的2500t/h卸船機(jī)明顯無(wú)法適應(yīng)市場(chǎng)需求，因此效率更高的3000-3500t/h大噸位卸船機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間在碼頭的卸料使用，大噸位卸船機(jī)的穩(wěn)定性及可靠性得到了用戶(hù)認(rèn)可。隨著大噸位卸船機(jī)的不斷使用，設(shè)備逐漸暴露出一些問(wèn)題，某型號(hào)卸船機(jī)在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)前大梁端梁滑輪座板存在裂紋，為防止其他設(shè)備也出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題，需查明裂紋產(chǎn)生的原因。

2 問(wèn)題分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看確定，裂紋產(chǎn)生在前大梁端梁滑輪座板與腹板加強(qiáng)蓋板的連接焊縫處，然后在起升鋼絲繩橫向拉力的作用下，裂紋向下延展，導(dǎo)致滑輪座板開(kāi)裂。為了確定裂紋產(chǎn)生的原因，我方從強(qiáng)度計(jì)算、疲勞計(jì)算、材料檢測(cè)及焊接施工等四個(gè)方面著手，一步一步排查可能導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)的原因。

2.1 強(qiáng)度計(jì)算

首先從強(qiáng)度計(jì)算著手，檢查設(shè)計(jì)形式是否滿(mǎn)足規(guī)范要求，確認(rèn)座板受力情況。

端梁滑輪座板受力分為3種工況狀態(tài)，分別為工況1抓斗取料狀態(tài)，工況2抓斗取料后滿(mǎn)載狀態(tài)，工況3抓斗空載狀態(tài)，按這三種狀態(tài)對(duì)滑輪座板受力情況進(jìn)行分析。滑輪座板為圖中27號(hào)件，腹板加強(qiáng)蓋板為圖中19號(hào)件，詳見(jiàn)圖1。

在此三種工況下，焊縫最大受力為163MPa，座板最大受力125 MPa，小于座板屈服強(qiáng)度345MPa，因此可以確定，強(qiáng)度計(jì)算滿(mǎn)足要求，裂紋不是因?yàn)樵O(shè)計(jì)強(qiáng)度不足而引起的。

2.2 疲勞計(jì)算

為了確認(rèn)裂紋是否是因?yàn)榻饘倨谝鸬模韪鶕?jù)F.E.M標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)開(kāi)閉側(cè)和起升側(cè)的疲勞應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，校核其應(yīng)力系數(shù)是否≤1.05。

閉合繩側(cè)：

經(jīng)過(guò)校核計(jì)算，起升側(cè)與開(kāi)閉側(cè)疲勞應(yīng)力系數(shù)均滿(mǎn)足規(guī)范要求，因此可以確定，裂紋不是因?yàn)榻饘倨谝鸬摹?/p>

2.3 材料檢驗(yàn)

在校核完成強(qiáng)度計(jì)算與疲勞計(jì)算后，需對(duì)件27滑輪座板材質(zhì)進(jìn)行檢查，查看材料自身質(zhì)量狀態(tài)，確認(rèn)裂紋是否是因?yàn)椴牧先毕菀鸬摹?/p>

首先查看板材出廠質(zhì)量證明書(shū)，確認(rèn)材質(zhì)為Q345C，厚度120mm，交貨狀態(tài)為正火，材料化學(xué)成分、拉力試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等數(shù)據(jù)均符合GB/T 1591-2008 《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求。

然后，對(duì)座板材料進(jìn)行復(fù)檢，確認(rèn)廠家出廠報(bào)告數(shù)據(jù)是否正確，委托實(shí)驗(yàn)室對(duì)材料化學(xué)成分、拉力試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)確定，座板材料符合GB/T 1591-2008要求。

經(jīng)過(guò)對(duì)座板材料的出廠質(zhì)量證明檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)室的再次檢測(cè)，可以確認(rèn)，座板材料化學(xué)成分及機(jī)械性能合格，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，可以正常使用，不是引起座板產(chǎn)生裂紋的原因。

化學(xué)成分

2.4 焊接施工

焊接過(guò)程為將件19加強(qiáng)板與件27座板連接成一體的重要過(guò)程，此過(guò)程需根據(jù)材料特性及圖紙要求選擇對(duì)應(yīng)的焊接規(guī)范進(jìn)行施工，因此需確認(rèn)此過(guò)程是否存在問(wèn)題。

根據(jù)圖紙及目錄表可得，件19加強(qiáng)板與件27座板焊接形式為角焊縫，件19厚度14mm，件27焊接位置為變截面，與件19焊接處厚度為50mm。

件27，為正火板，焊接前需計(jì)算碳當(dāng)量。根據(jù)復(fù)檢化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，依據(jù)碳當(dāng)量計(jì)算公式，CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15，得出座板碳當(dāng)量為0.48，屬于有冷裂紋傾向材料，焊接前需要預(yù)熱80℃，焊接時(shí)需要控制線能量，焊接后需要緩冷，防止因材料的淬硬性及焊接結(jié)構(gòu)拘束度等原因?qū)е潞缚p位置出現(xiàn)冷裂紋。件19，為熱軋控軋板，碳當(dāng)量0.41，屬于可焊性較好材料，焊接前僅需預(yù)熱烘干去氫即可。因此，為滿(mǎn)足焊接質(zhì)量，防止冷裂紋出現(xiàn)，件19與件27焊接時(shí)，需按件27材料要求進(jìn)行焊接。

為確認(rèn)焊接施工是否正確，便檢查了施工記錄，通過(guò)記錄可知，實(shí)際焊接操作時(shí)，件19加強(qiáng)板先與腹板焊接，然后沿著腹板焊縫焊接到件27座板位置。焊接時(shí)，座板位置沒(méi)有進(jìn)行單獨(dú)預(yù)熱處理，僅同腹板一起沿焊縫位置進(jìn)行了10℃的烘干去氫處理，焊后沒(méi)有緩冷處理，直接空冷至室溫。

因此，可以確認(rèn)座板焊接時(shí)，選用了錯(cuò)誤的焊接規(guī)范，沒(méi)有按照正確的工藝要求進(jìn)行施工。

3 結(jié)論

在經(jīng)過(guò)對(duì)強(qiáng)度計(jì)算、疲勞計(jì)算、材料檢測(cè)及焊接方式等四個(gè)方面的校核后，可以確認(rèn)，前大梁端梁滑輪座板位置的強(qiáng)度計(jì)算及疲勞計(jì)算滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，材料自身質(zhì)量符合制造標(biāo)準(zhǔn)要求，但是在座板的焊接過(guò)程中，選用了錯(cuò)誤的焊接規(guī)范，沒(méi)有對(duì)座板進(jìn)行焊前預(yù)熱及焊后緩冷，導(dǎo)致焊接后產(chǎn)生冷裂紋。而此處又因?yàn)槭墙呛缚p，圖紙沒(méi)有探傷要求，因此焊后沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋。最終在設(shè)備的使用過(guò)程中，在鋼絲繩的橫向拉力作用下，冷裂紋逐漸延展，導(dǎo)致座板開(kāi)裂。

4 建議

為避免此類(lèi)問(wèn)題的再次發(fā)生，建議在焊接施工前，將板材按照交貨狀態(tài)分類(lèi)，分別計(jì)算碳當(dāng)量，并按照計(jì)算結(jié)果確定焊接規(guī)程，以保證焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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