關于大噸位卸船機前大梁端梁滑輪座板裂紋原因分析

李丹

摘 要：從強度計算、疲勞計算、材料檢測及焊接施工等四個方面著手，對滑輪座板產生裂紋的原因進行分析。

關鍵詞：受力；疲勞；材料；焊接

1 概述

隨著國際貿易的逐漸發展，港口機械市場也在不斷擴展，其中散貨市場因需求的迅猛增加，散貨碼頭的吞吐量也在逐漸加大。面對載重量不斷變大的散貨船，常規的2500t/h卸船機明顯無法適應市場需求，因此效率更高的3000-3500t/h大噸位卸船機便應運而生，經過長時間在碼頭的卸料使用，大噸位卸船機的穩定性及可靠性得到了用戶認可。隨著大噸位卸船機的不斷使用，設備逐漸暴露出一些問題，某型號卸船機在使用過程中發現前大梁端梁滑輪座板存在裂紋，為防止其他設備也出現類似問題，需查明裂紋產生的原因。

2 問題分析

通過現場查看確定，裂紋產生在前大梁端梁滑輪座板與腹板加強蓋板的連接焊縫處，然后在起升鋼絲繩橫向拉力的作用下，裂紋向下延展，導致滑輪座板開裂。為了確定裂紋產生的原因，我方從強度計算、疲勞計算、材料檢測及焊接施工等四個方面著手，一步一步排查可能導致裂紋出現的原因。

2.1 強度計算

首先從強度計算著手，檢查設計形式是否滿足規范要求，確認座板受力情況。

端梁滑輪座板受力分為3種工況狀態，分別為工況1抓斗取料狀態，工況2抓斗取料后滿載狀態，工況3抓斗空載狀態，按這三種狀態對滑輪座板受力情況進行分析。滑輪座板為圖中27號件，腹板加強蓋板為圖中19號件，詳見圖1。

在此三種工況下，焊縫最大受力為163MPa，座板最大受力125 MPa，小于座板屈服強度345MPa，因此可以確定，強度計算滿足要求，裂紋不是因為設計強度不足而引起的。

2.2 疲勞計算

為了確認裂紋是否是因為金屬疲勞引起的，需根據F.E.M標準要求，對開閉側和起升側的疲勞應力進行計算，校核其應力系數是否≤1.05。

閉合繩側：

經過校核計算，起升側與開閉側疲勞應力系數均滿足規范要求，因此可以確定，裂紋不是因為金屬疲勞引起的。

2.3 材料檢驗

在校核完成強度計算與疲勞計算后，需對件27滑輪座板材質進行檢查，查看材料自身質量狀態，確認裂紋是否是因為材料缺陷引起的。

首先查看板材出廠質量證明書，確認材質為Q345C，厚度120mm，交貨狀態為正火，材料化學成分、拉力試驗、彎曲試驗、沖擊試驗等數據均符合GB/T 1591-2008 《低合金高強度結構鋼》標準要求。

然后，對座板材料進行復檢，確認廠家出廠報告數據是否正確，委托實驗室對材料化學成分、拉力試驗、彎曲試驗、沖擊試驗等數據進行檢測，通過分析實驗確定，座板材料符合GB/T 1591-2008要求。

經過對座板材料的出廠質量證明檢測及實驗室的再次檢測，可以確認，座板材料化學成分及機械性能合格，滿足標準要求，可以正常使用，不是引起座板產生裂紋的原因。

化學成分

2.4 焊接施工

焊接過程為將件19加強板與件27座板連接成一體的重要過程，此過程需根據材料特性及圖紙要求選擇對應的焊接規范進行施工，因此需確認此過程是否存在問題。

根據圖紙及目錄表可得，件19加強板與件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，焊接前需計算碳當量。根據復檢化學成分數據，依據碳當量計算公式，CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15，得出座板碳當量為0.48，屬于有冷裂紋傾向材料，焊接前需要預熱80℃，焊接時需要控制線能量，焊接后需要緩冷，防止因材料的淬硬性及焊接結構拘束度等原因導致焊縫位置出現冷裂紋。件19，為熱軋控軋板，碳當量0.41，屬于可焊性較好材料，焊接前僅需預熱烘干去氫即可。因此，為滿足焊接質量，防止冷裂紋出現，件19與件27焊接時，需按件27材料要求進行焊接。

為確認焊接施工是否正確，便檢查了施工記錄，通過記錄可知，實際焊接操作時，件19加強板先與腹板焊接，然后沿著腹板焊縫焊接到件27座板位置。焊接時，座板位置沒有進行單獨預熱處理，僅同腹板一起沿焊縫位置進行了10℃的烘干去氫處理，焊后沒有緩冷處理，直接空冷至室溫。

因此，可以確認座板焊接時，選用了錯誤的焊接規范，沒有按照正確的工藝要求進行施工。

3 結論

在經過對強度計算、疲勞計算、材料檢測及焊接方式等四個方面的校核后，可以確認，前大梁端梁滑輪座板位置的強度計算及疲勞計算滿足設計規范要求，材料自身質量符合制造標準要求，但是在座板的焊接過程中，選用了錯誤的焊接規范，沒有對座板進行焊前預熱及焊后緩冷，導致焊接后產生冷裂紋。而此處又因為是角焊縫，圖紙沒有探傷要求，因此焊后沒有及時發現裂紋。最終在設備的使用過程中，在鋼絲繩的橫向拉力作用下，冷裂紋逐漸延展，導致座板開裂。

4 建議

為避免此類問題的再次發生，建議在焊接施工前，將板材按照交貨狀態分類，分別計算碳當量，并按照計算結果確定焊接規程，以保證焊接質量。

參考文獻

[1]歐洲起重機設計規范（F.E.M） 第三版 修訂版[S].1998.

[2]GB/T 1591-2008.低合金高強度結構鋼[S].

[3]鋼結構焊接規范[S].第22版 AWS D1.1/D1.1M：2010.