港口起重機(jī)疲勞破壞成因分析及修復(fù)措施探討

摘??要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展全球化貿(mào)易往來(lái)愈加頻繁，港口貨運(yùn)貿(mào)易變得更加繁忙。港口起重機(jī)承受裝載與卸載作業(yè)工作，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致起重機(jī)出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)零部件松動(dòng)，出現(xiàn)裂縫等問(wèn)題造成起重機(jī)不能正常工作。對(duì)于港口起重機(jī)需要定期進(jìn)行檢查與維修，防止起重機(jī)出現(xiàn)疲勞損壞。本文分析了起重機(jī)金屬構(gòu)件疲勞破壞的成因及金屬構(gòu)件的焊接問(wèn)題，重點(diǎn)討論了金屬構(gòu)件修復(fù)工藝，為港口起重機(jī)的修復(fù)提供了參考。

關(guān)鍵詞：港口起重機(jī);疲勞破壞;起重機(jī)修復(fù)

中圖分類號(hào)：U653.921 ???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ???文章編號(hào)：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

港口起重機(jī)承擔(dān)著港口船運(yùn)的裝載等重要工作。目前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，貿(mào)易往來(lái)頻繁，港口貨物裝載作業(yè)工作量急增，加上港口操作環(huán)境惡劣，因此對(duì)于港口起重機(jī)的承載性能提出了新的要求。港口起重機(jī)要能夠承受循環(huán)負(fù)荷，當(dāng)起重機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)在焊接區(qū)域、連接軸和葉片等環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)疲勞損耗，，從而導(dǎo)致斷裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而無(wú)法保證設(shè)備后期的安全運(yùn)行。因此為保障起重機(jī)設(shè)備的正常工作，需要定期檢查運(yùn)行狀況，確認(rèn)設(shè)備的可靠性并進(jìn)行科學(xué)的維護(hù)。

1 起重機(jī)金屬構(gòu)件疲勞破壞的成因

1.1疲勞破壞部位及應(yīng)力集中對(duì)疲勞破壞的影響

起重機(jī)的連接區(qū)域如象鼻架、門腿、人字架等位置容易出現(xiàn)裂縫，，導(dǎo)致這些區(qū)域出現(xiàn)裂縫的主要原因是該區(qū)域容易承受交變應(yīng)力從而導(dǎo)致應(yīng)力過(guò)高使連接產(chǎn)生裂縫。。從設(shè)計(jì)角度講，造成這種現(xiàn)象的主要原因是力流傳遞不夠流暢而且連接區(qū)域焊縫過(guò)多造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理。 。

對(duì)于起重機(jī)而言，焊縫的常用形式為對(duì)接焊縫與角焊縫，造成焊縫破壞的主要原因還是應(yīng)力集中。當(dāng)對(duì)于未進(jìn)行后續(xù)機(jī)械加工的焊縫容易導(dǎo)致起重機(jī)的抗疲勞度降低。為了改善這一情況，應(yīng)及時(shí)采用相應(yīng)的加工技術(shù)去除突出部件。

1.2 金屬母件對(duì)疲勞破壞的影響

（1）鋼材的抗疲勞性能。起重機(jī)出現(xiàn)疲勞破壞的原因與材料有關(guān)，鋼材在循環(huán)荷載作用下會(huì)出現(xiàn)疲勞破壞現(xiàn)象即當(dāng)應(yīng)力小于極限強(qiáng)度時(shí)，鋼材會(huì)發(fā)生突然的脆性破壞。如果此時(shí)的鋼材處于彈性成形階段，那么循環(huán)載荷就會(huì)導(dǎo)致塑性變形的增長(zhǎng)，這時(shí)候鋼材會(huì)變得更脆。在進(jìn)行裝載作業(yè)時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生微裂紋，微裂紋的出現(xiàn)導(dǎo)致應(yīng)力集中而且產(chǎn)生的微裂紋還會(huì)呈現(xiàn)擴(kuò)展的趨勢(shì)，數(shù)量會(huì)不斷增加，造成應(yīng)力的集中從而最終出現(xiàn)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(guān)，鋼材之間的焊接工藝也與疲勞破壞有關(guān)，鋼材本身的焊接性能會(huì)出現(xiàn)脆裂，比如自身會(huì)產(chǎn)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(huì)增加鋼材熱裂傾向以及熱脆性，所以在進(jìn)行鋼材生產(chǎn)時(shí)候需要控制上述元素的含量。

（3）沸騰鋼。所選鋼材不同，出現(xiàn)疲勞損壞的原因也不同。當(dāng)使用沸騰鋼時(shí)，沸騰鋼的一個(gè)主要特點(diǎn)就是偏析程度嚴(yán)重，主要表現(xiàn)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(wèn)題比較嚴(yán)重，加上含有較多有害氣體因此導(dǎo)致整個(gè)鋼材的焊接性較差，在進(jìn)行實(shí)際焊接時(shí)容易出現(xiàn)裂紋，使結(jié)構(gòu)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(jié)果比較明顯，會(huì)降低鋼材的沖擊韌性。

（4）鎮(zhèn)靜鋼。另外一種經(jīng)常使用的鋼材為鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)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(duì)較小而且整個(gè)鋼材內(nèi)部的非金屬雜質(zhì)含量相對(duì)較低，加上鎮(zhèn)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(yōu)于沸騰鋼。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的槽口等部位的橫截面積發(fā)生改變時(shí)，此時(shí)構(gòu)件應(yīng)力發(fā)生重分布。因此在連接位置容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，在這種情況下容易產(chǎn)生脆性破壞，因此選材的時(shí)候需要選用內(nèi)部缺陷低的優(yōu)質(zhì)鋼材。

2 金屬構(gòu)件焊接分析

金屬構(gòu)件焊接時(shí)，鋼材焊接工藝的選取是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，具體分析過(guò)程如下：

2.1 焊接殘余應(yīng)力

對(duì)鋼材進(jìn)行焊接時(shí)，要重點(diǎn)考慮冷卻過(guò)程中的冷卻條件，冷卻條件不同會(huì)導(dǎo)致焊縫中殘余應(yīng)力的不同，此外縱向收縮也會(huì)對(duì)殘余應(yīng)力造成影響。試驗(yàn)表明：鋼材中的焊縫殘余應(yīng)力基本上是拉應(yīng)力，但是也有壓應(yīng)力的產(chǎn)生，縱向殘余應(yīng)力基本上是腹板作用的壓應(yīng)力，而橫向殘余應(yīng)力則是由于在進(jìn)行焊縫冷卻時(shí)，鋼材產(chǎn)生了橫向收縮造成的。此外焊縫的縱向收縮也會(huì)造成鋼材橫向殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。當(dāng)鋼構(gòu)件焊接完畢后不應(yīng)立即使用，正確的處理方式是將鋼材放置一定時(shí)間待內(nèi)部殘余應(yīng)力釋放完畢后再進(jìn)行使用。

2.2 焊接應(yīng)力形成過(guò)程

除了冷卻條件會(huì)對(duì)焊接應(yīng)力造成影響外，焊接時(shí)溫度的改變也是造成焊接應(yīng)力形成的原因之一。中心溫度與熱源處的溫差較大，在進(jìn)行冷卻時(shí)中，容易出現(xiàn)馬氏體形成過(guò)快現(xiàn)象，從而造成焊縫硬度高，韌性差等問(wèn)題。為了避免以上情況的發(fā)生需要控制冷卻速度避免形成奧氏體。當(dāng)溫度處于200℃-500°C的冷卻時(shí)間段時(shí)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)間促進(jìn)貝氏體的形成，此時(shí)得到的鋼材塑性與沖擊韌性較理想。

3 金屬構(gòu)件修復(fù)工藝

在修復(fù)焊接裂紋的早期，需要對(duì)出現(xiàn)裂紋的位置進(jìn)行打磨且保證打磨的實(shí)際長(zhǎng)度大于焊接裂紋的長(zhǎng)度，此外還要使用相關(guān)的觀察設(shè)備進(jìn)行監(jiān)察，消除殘留裂縫。特別是對(duì)于象鼻架等重要部件，在進(jìn)行修復(fù)焊接過(guò)程中，應(yīng)該做好前期準(zhǔn)備工作，利用探測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，暴露出裂紋，盡可能選擇干焊條進(jìn)行焊接修復(fù)而且在修復(fù)焊接開(kāi)始時(shí)，需要注意預(yù)熱修復(fù)焊接的位置，控制溫度在500℃左右。完成焊接后，還應(yīng)該做好隔熱保護(hù)處理。除此之外，起重機(jī)需要給予一定的修復(fù)時(shí)間，在此期間應(yīng)該盡可能減少起重機(jī)的裝載作業(yè)量。待修復(fù)完成后，避免立刻進(jìn)行滿負(fù)荷裝卸應(yīng)該先從三分之一負(fù)荷量開(kāi)始裝載，讓起重機(jī)有充足的時(shí)間減輕焊接殘余的壓力。

4 結(jié)語(yǔ)

港口的橋式集裝箱起重機(jī)對(duì)于港口船舶運(yùn)輸而言具有重要意義。在長(zhǎng)期運(yùn)行情況下，港口起重機(jī)容易出現(xiàn)疲勞損耗等情況，因此需要做好維護(hù)工作。工作人員應(yīng)該對(duì)焊縫裂紋進(jìn)行定期檢查，避免起重機(jī)長(zhǎng)期處于疲勞工作狀態(tài)同時(shí)及時(shí)修復(fù)焊接部位的裂紋，做好預(yù)防工作保證起重機(jī)設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

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收稿日期：2019-05-06

作者簡(jiǎn)介：區(qū)勁輝（1990—），男，廣東佛山人，本科，助理工程師，研究方向：起重機(jī)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