門座起重機金屬結構疲勞檢測與修復工藝

雷海東 肖建豪

1 廣州港南沙港務有限公司 2 武漢開銳海洋起重技術有限公司

1 引言

門座起重機(以下簡稱門機)裝卸集裝箱時，時常出現貨物重量與門機額定起重量接近的情況。門機在高負荷、高利用率的工況下長期使用，其金屬結構會出現疲勞裂紋或開裂，發生部位主要集中在臂架中部、圓筒立柱和人字架頂等焊縫處[1]。

廣州港一臺MQ4535單臂架帶吊具門座起重機是碼頭一款常見的通用型集裝箱門機，設備設計壽命20年，目前已使用13年，裝卸箱作業過程中所承受載荷長期接近額定工作載荷，每年設備的綜合利用率都保持在80%以上。維保人員在設備的例行檢查中發現，人字架后立柱及其下部出現焊縫和金屬結構開裂現象，因此需要對人字架及附近金屬結構進行檢測，找出開裂的原因。

2 門機金屬結構檢測

對MQ4535單臂架門座起重機人字架及附近金屬結構進行檢測，采用應力測試法，測試點選擇人字架前、后立柱的左右側對稱布置共4個測點(見圖1中1/2/3/4)及立柱連接轉臺上的左右側對稱布置共4個測點(圖1中5/6/7/8)。

圖1 測點的布置示意圖

應力測試點布置完成后，在不同的載荷和幅度下進行應力測試。測試將選取空載、35 t、40 t和44 t這4種載荷，臂架從最小幅度到最大幅度依次進行應力測試[2]。為減小誤差，每次檢測前在臂架最小幅度且空載時儀器清零，同時在測試過程中各動作之間停留約30 s，便于收集測試數據。為保證數據的準確性，需要按照表1中動作過程依次動作，并將所有的動作重復6次。

表1 人字架應力測試工況表

通過對人字架及回轉平臺上的6個應力測點數據進行分析，可得出以下結論：

(1)人字架立柱內部多處變形、開裂。

(2)整機結構動、靜強度未超出材料許用應力，但結構受力不對稱，結構受力平衡性被破壞。

(3)人字架結構受壓箱梁的受力對稱，受拉箱梁右側受力大于左側，已出現回轉平臺及人字架結構失穩現象。

3 金屬結構修復工藝

對人字架和回轉平臺的結構變形、開裂處進行修復處理，整機的金屬結構應力將會改善，從而提高人字架的局部和整體穩定性，延長設備使用壽命。建立MQ4535的立柱的有限元分析模型，并使用最大載荷44 t進行加載，尋找人字架立柱在最危險工況下應力最大的部位。通過其結構有限元分析應力云圖(見圖2)可知，人字架下端立柱箱梁與回轉平臺的結合面的應力最大，計算結果與原焊縫的開裂位置相符。

圖2 人字架最危險工況下的應力云圖

為消除人字架及回轉平臺連接處金屬結構裂紋，保證港區設備的生產安全，需要對人字架下端立柱箱梁與回轉平臺的結合面進行修復加強。主要修復方案如下：

(1)對人字架立柱箱梁與回轉平臺結合面的焊縫進行探傷檢測，判斷原焊縫是否存在缺陷和裂紋情況。

(2)刨開箱形立柱在回轉平臺面的4條焊縫，打磨到鈍邊為2 mm，再進行焊接施工，角焊縫高度不小于14 mm，確保焊縫焊透。焊接完成后，按照GB11345-89標準對焊縫進行無損探傷檢測，焊縫達到Ⅱ級要求。

(3)將原加強貼板改短與回轉平臺縱梁對筋焊接，焊縫達到Ⅱ級要求，回轉平臺面連接焊接完成后補漆。

完成修復加強后，再次對人字架及回轉平臺上的6個測點進行應力檢測。為驗證修復后的效果，按照4個不同時長在工況3下進行檢測，檢測結果見表2。

表2 檢測時長及檢測結果表

從表2可以看出：修復后的人字架下端立柱與回轉平臺的金屬結構受力均勻，焊縫及鋼板目測無開裂現象，受力部位應力檢測無異常。結果表明，本次的修復方案能夠顯著的改善人字架金屬結構上存在的疲勞損傷。

4 結語

該門機金屬結構疲勞檢測及修復工藝方法，結合了應力檢測方法，提出人字架下端立柱箱梁與回轉平臺的結合面出現裂紋后的修復加強方案，可有效解決該部位焊縫和金屬結構疲勞開裂的問題，具有一定的工程應用及推廣價值。