門座式起重機鋼結構裂紋原因分析及解決方案

李 濱，李 洋，馮 偉

（日照港股份三公司，山東日照 276800）

0 引言

裂紋是影響金屬結構安全工作的重要隱患之一。長期以來，港口門座起重機金屬結構的裂紋問題一直是從事港口相關工作各方人員所關注，是影響港口裝卸作業(yè)效率的基本因素之一。因此，在日常工作加強門機鋼結構檢查是十分重要的一項工作。現(xiàn)將日照港股份三公司在檢查中發(fā)現(xiàn)的鋼結構裂紋情況及解決方案進行分析。

1 現(xiàn)狀

隨著船舶逐步向著大型化發(fā)展，門座式起重機也逐步向著大幅度，高起升方向發(fā)展。三公司首批引進的25 t 門機，其象鼻梁滑輪組中心線至地面36 m，最大幅度為33 m。后續(xù)泊位及船型不斷變化，逐漸出現(xiàn)了起升高度不足，幅度不足的情況，為解決此類問題，后續(xù)購置的某型25 t 門機在起升高度和幅度參數(shù)上出現(xiàn)變化，其象鼻梁滑輪組中心線至地面增加39.59 m，幅度增加至35 m。一段時間內較好的解決了原有25 t 門機作業(yè)時出現(xiàn)的不足。但是，經過一段時間的使用，檢查中發(fā)現(xiàn)，其門架內部出現(xiàn)多處長度不同裂紋（圖1），裂紋情況統(tǒng)計見表1。

圖1 裂紋

表1 裂紋情況統(tǒng)計

2 裂紋原因分析

2.1 高筒體原因

該型門機采用了高筒體設計，其門機門架高度，軌距、基距都同之前25 t 門機一致，但是其筒體高度增加4 m，同時臂架機構幅度也增加2 m。門機主要重量集中在筒體上部即機房和臂架結構，筒體高度增加4 m，導致門機整體重量增加到上部分，其中心相應升高。在長期載荷作業(yè)下，其筒體上下兩端會出現(xiàn)裂紋的概率要相比低筒體門機要高。

2.2 操作原因

由于改型門機主要用于散雜或作業(yè)，特別是在散貨卸船作業(yè)中，經常使用到最大幅作業(yè)的情況，使得起升過程中門機的力矩較之前的25 t 門機增大，同時由于筒體高度增大，出現(xiàn)重載起升過程中機房部分的晃動也會出現(xiàn)增大的情況，致使筒體頂部和根部的額外受力增大，增加了筒體上下兩端出現(xiàn)裂紋的概率。

2.3 焊接及開孔位置原因

通過分析，該型門機的門架內部鋼結構開孔位置有不合理的情況，有穿線孔經過對接焊縫的現(xiàn)象，有人孔開孔在主受力部位的情況，以上問題直接導致出現(xiàn)局部受力過大時焊縫開裂的現(xiàn)象。

2.4 受力分析

圖2 是門機筒體及門架的受力分析圖，顏色越深的部位標識在重載情況下，受力也越大，主要集中在筒體頂部的轉臺部位以及筒體底部的門架內部，其筒體高度越高，其筒體頂部及根部的門架內部出現(xiàn)裂紋的情況越嚴重。

圖2 門機筒體及門架的受力分析

2.5 材料原因

機械承載結構投入使用后，隨著時間的延續(xù)，在長期機械載荷、循環(huán)載荷、溫度載荷、腐蝕環(huán)境條件下，材料會產生損傷，即材料的機械性能會產生劣化。具體表現(xiàn)在材料的強度下降，脆性增大。機械承載結構在使用較長的時間后（如10 年），韌性較好的低碳鋼或低碳合金鋼，由于其機械性能的劣化，材料的脆性會越來越大，特別是機械承載結構上有裂紋存在的情況下，機械性能的劣化速率會更快。復雜工況下的長期作業(yè)會導致板材出現(xiàn)問題。通過上述分析，該型門機門架內部出現(xiàn)裂紋主要原因如下。

（1）采用門架高度不變情況下增加筒體高度的來增加整機高度的方法存在不合理的情況，會導致門架內部筒體以及筒體頂部轉臺部位出現(xiàn)受力集中的情況。

（2）門架內部穿線孔及人孔的開孔位置十分重要，如選取不合理，在受到集中載荷作業(yè)下回導致焊縫及母材開裂。

3 維修方案

首先對裂紋進行無損探傷，根據(jù)裂紋的深度和長度制動器詳細的維修方案。

3.1 圓筒與穿線導管連接部位及附近開裂維修方案

（1）無損檢測。使用磁粉檢測確定金屬結構開裂缺陷的長度。

（2）開裂部位的處理。①在母材裂紋末端開止裂孔Φ10 mm；②用氣刨去除焊縫開裂部位焊縫并清根；③用打磨機在母材上開坡口，坡口的型式根據(jù)現(xiàn)場條件確定（對接焊縫能雙面焊的情況下開雙V 形坡口、帶鈍邊，只能單面焊的情況下開Y 形坡口）。

（3）母材開裂處焊接工藝。①使用氬弧焊打底；②焊接區(qū)的預熱（雙面焊，在未焊接側進行預熱300～400 ℃。單面焊在焊接部位兩側進行預熱300～400 ℃）；③冷卻后去除焊渣、焊瘤等影響焊縫質量因素。

（4）圓筒與穿線管焊縫氣刨后，不用進行補焊，但需要進行圓角處理，去除尖角及應力集中點。

（5）無損檢測。對補焊后的位置進行無損檢測，確保補焊后的焊縫質量合格。如有缺陷應再次進行處理。

（6）在無損檢測合格后進行防銹、防腐蝕處理，防腐、防銹因滿足相關標準要求。

（7）增加點檢部位及頻次，對補焊位置進行定期的檢測。

3.2 圓筒與門連接焊縫及附近部位開裂維修方案

（1）無損檢測。使用磁粉檢測確定金屬結構開裂缺陷的長度。

（2）開裂部位的處理。①在母材裂紋末端開止裂孔Φ10 mm；②用氣刨去除焊縫開裂部位焊縫，并清根；③用打磨機在母材上開坡口，坡口的型式根據(jù)現(xiàn)場條件確定（對接焊縫能雙面焊的情況下開雙V 形坡口、帶鈍邊，只能單面的焊的情況下開Y 形坡口，T 形焊縫開單V 形坡口）。

（3）母材開裂處焊接工藝。①使用氬弧焊打底；②焊接區(qū)的預熱（雙面焊，在未焊接側進行預熱300～400 ℃。單面焊在焊接部位兩側進行預熱300～400 ℃）；③冷卻后去除焊渣、焊瘤等影響焊縫質量因素。

（4）圓筒與穿線管焊縫氣刨后，不用進行補焊，但需要進行圓角處理，去除尖角及應力集中點。

（5）無損檢測。對補焊后的位置進行無損檢測，確保補焊后的焊縫質量合格。如有缺陷應再次進行處理。

（6）在門框與圓筒補焊部位加筋板。

（7）在無損檢測合格后進行防銹、防腐蝕處理，防腐、防銹因滿足相關標準要求。

（8）增加點檢部位及頻次，對補焊位置進行定期的檢測。

3.3 焊修

焊修過程中還需調整門機臂架朝向，使機房配重處于焊修位置的對側（圖3）。

圖3 焊修及完成圖

4 結束語

根據(jù)上述方案，對裂紋部位進行了焊修，目前狀況良好，焊修部位未出現(xiàn)崩裂的情況，其他部位未出現(xiàn)新的裂紋。同時，同主機進行溝通，將相關問題進行反饋，就增加門機整機高度的不宜僅僅增加筒體高度，需采用門架和筒體同時增高的方案達成了共識。