港口起重機疲勞破壞成因分析及修復措施探討

摘??要：隨著經濟的不斷發展全球化貿易往來愈加頻繁，港口貨運貿易變得更加繁忙。港口起重機承受裝載與卸載作業工作，長期運行會導致起重機出現疲勞現象，導致結構零部件松動，出現裂縫等問題造成起重機不能正常工作。對于港口起重機需要定期進行檢查與維修，防止起重機出現疲勞損壞。本文分析了起重機金屬構件疲勞破壞的成因及金屬構件的焊接問題，重點討論了金屬構件修復工藝，為港口起重機的修復提供了參考。

關鍵詞：港口起重機;疲勞破壞;起重機修復

中圖分類號：U653.921 ???文獻標識碼：A ???文章編號：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

港口起重機承擔著港口船運的裝載等重要工作。目前我國的經濟發展速度加快，貿易往來頻繁，港口貨物裝載作業工作量急增，加上港口操作環境惡劣，因此對于港口起重機的承載性能提出了新的要求。港口起重機要能夠承受循環負荷，當起重機長期運行時在焊接區域、連接軸和葉片等環節容易出現疲勞損耗，，從而導致斷裂現象的出現，進而無法保證設備后期的安全運行。因此為保障起重機設備的正常工作，需要定期檢查運行狀況，確認設備的可靠性并進行科學的維護。

1 起重機金屬構件疲勞破壞的成因

1.1疲勞破壞部位及應力集中對疲勞破壞的影響

起重機的連接區域如象鼻架、門腿、人字架等位置容易出現裂縫，，導致這些區域出現裂縫的主要原因是該區域容易承受交變應力從而導致應力過高使連接產生裂縫。。從設計角度講，造成這種現象的主要原因是力流傳遞不夠流暢而且連接區域焊縫過多造成結構設計的不合理。 。

對于起重機而言，焊縫的常用形式為對接焊縫與角焊縫，造成焊縫破壞的主要原因還是應力集中。當對于未進行后續機械加工的焊縫容易導致起重機的抗疲勞度降低。為了改善這一情況，應及時采用相應的加工技術去除突出部件。

1.2 金屬母件對疲勞破壞的影響

（1）鋼材的抗疲勞性能。起重機出現疲勞破壞的原因與材料有關，鋼材在循環荷載作用下會出現疲勞破壞現象即當應力小于極限強度時，鋼材會發生突然的脆性破壞。如果此時的鋼材處于彈性成形階段，那么循環載荷就會導致塑性變形的增長，這時候鋼材會變得更脆。在進行裝載作業時，往往會產生微裂紋，微裂紋的出現導致應力集中而且產生的微裂紋還會呈現擴展的趨勢，數量會不斷增加，造成應力的集中從而最終出現斷裂破壞。

（2）鋼材的焊接性能。鋼材的抗疲勞程度與疲勞損壞有關，鋼材之間的焊接工藝也與疲勞破壞有關，鋼材本身的焊接性能會出現脆裂，比如自身會產生冷裂、熱裂等。鋼材本身除了錳元素外，還存在硅、碳等許多其他元素，這些元素會增加鋼材熱裂傾向以及熱脆性，所以在進行鋼材生產時候需要控制上述元素的含量。

（3）沸騰鋼。所選鋼材不同，出現疲勞損壞的原因也不同。當使用沸騰鋼時，沸騰鋼的一個主要特點就是偏析程度嚴重，主要表現為表面是少量的碳鐵薄層，中間層富含大量的碳、硫、磷等元素。由于沸騰鋼的偏析問題比較嚴重，加上含有較多有害氣體因此導致整個鋼材的焊接性較差，在進行實際焊接時容易出現裂紋，使結構整體的可塑性顯著降低。另外，由于沸騰鋼中的氮以固溶氮形式存在，增加了鋼材的冷脆敏感性。沸騰鋼中的磷元素偏析結果比較明顯，會降低鋼材的沖擊韌性。

（4）鎮靜鋼。另外一種經常使用的鋼材為鎮靜鋼，鎮靜鋼的常溫沖擊韌性比較高，整體密度大，冷脆性低。與沸騰鋼相比，偏析水平相對較小而且整個鋼材內部的非金屬雜質含量相對較低，加上鎮靜鋼中的氮主要以氮化物的形式存在，因此抗腐蝕較高，所以其整體性能優于沸騰鋼。當鋼結構構件中的槽口等部位的橫截面積發生改變時，此時構件應力發生重分布。因此在連接位置容易出現應力集中現象，在這種情況下容易產生脆性破壞，因此選材的時候需要選用內部缺陷低的優質鋼材。

2 金屬構件焊接分析

金屬構件焊接時，鋼材焊接工藝的選取是保證焊接質量的關鍵，具體分析過程如下：

2.1 焊接殘余應力

對鋼材進行焊接時，要重點考慮冷卻過程中的冷卻條件，冷卻條件不同會導致焊縫中殘余應力的不同，此外縱向收縮也會對殘余應力造成影響。試驗表明：鋼材中的焊縫殘余應力基本上是拉應力，但是也有壓應力的產生，縱向殘余應力基本上是腹板作用的壓應力，而橫向殘余應力則是由于在進行焊縫冷卻時，鋼材產生了橫向收縮造成的。此外焊縫的縱向收縮也會造成鋼材橫向殘余應力的產生。當鋼構件焊接完畢后不應立即使用，正確的處理方式是將鋼材放置一定時間待內部殘余應力釋放完畢后再進行使用。

2.2 焊接應力形成過程

除了冷卻條件會對焊接應力造成影響外，焊接時溫度的改變也是造成焊接應力形成的原因之一。中心溫度與熱源處的溫差較大，在進行冷卻時中，容易出現馬氏體形成過快現象，從而造成焊縫硬度高，韌性差等問題。為了避免以上情況的發生需要控制冷卻速度避免形成奧氏體。當溫度處于200℃-500°C的冷卻時間段時，應適當延長時間促進貝氏體的形成，此時得到的鋼材塑性與沖擊韌性較理想。

3 金屬構件修復工藝

在修復焊接裂紋的早期，需要對出現裂紋的位置進行打磨且保證打磨的實際長度大于焊接裂紋的長度，此外還要使用相關的觀察設備進行監察，消除殘留裂縫。特別是對于象鼻架等重要部件，在進行修復焊接過程中，應該做好前期準備工作，利用探測儀進行檢測，暴露出裂紋，盡可能選擇干焊條進行焊接修復而且在修復焊接開始時，需要注意預熱修復焊接的位置，控制溫度在500℃左右。完成焊接后，還應該做好隔熱保護處理。除此之外，起重機需要給予一定的修復時間，在此期間應該盡可能減少起重機的裝載作業量。待修復完成后，避免立刻進行滿負荷裝卸應該先從三分之一負荷量開始裝載，讓起重機有充足的時間減輕焊接殘余的壓力。

4 結語

港口的橋式集裝箱起重機對于港口船舶運輸而言具有重要意義。在長期運行情況下，港口起重機容易出現疲勞損耗等情況，因此需要做好維護工作。工作人員應該對焊縫裂紋進行定期檢查，避免起重機長期處于疲勞工作狀態同時及時修復焊接部位的裂紋，做好預防工作保證起重機設備運行的可靠性。

參考文獻

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收稿日期：2019-05-06

作者簡介：區勁輝（1990—），男，廣東佛山人，本科，助理工程師，研究方向：起重機械建造。

Cause Analysis of Fatigue Damage of Port Crane and Discussion of Repair Measures

OU Jin-hui

（Guangdong Special Equipment Inspection and Research Institute Foshan Inspection Institute ， Foshan Guangdong 528000）

Abstract：?With the continuous development of the economy， Global trade has become more frequent， and port freight trade has become more busy. Port crane bears loading and unloading operation， long-term operation will lead to fatigue of crane， resulting in loosening of structural parts， cracks and other problems， resulting in the crane can not work properly. The port crane needs to be inspected and maintained regularly to prevent fatigue damage of the crane. In this paper the causes of fatigue damage of crane metal components and the welding problems of metal components are analyzed， the repairing technology of metal components is discussed emphatically， which provides a reference for the repairing of port cranes.

Key words：?port crane; fatigue damage; crane repair