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      關(guān)于大噸位卸船機(jī)前大梁端梁滑輪座板裂紋原因分析

      2017-03-16 18:58:10李丹
      科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年5期
      關(guān)鍵詞:疲勞焊接受力

      李丹

      摘 要:從強(qiáng)度計(jì)算、疲勞計(jì)算、材料檢測(cè)及焊接施工等四個(gè)方面著手,對(duì)滑輪座板產(chǎn)生裂紋的原因進(jìn)行分析。

      關(guān)鍵詞:受力;疲勞;材料;焊接

      1 概述

      隨著國(guó)際貿(mào)易的逐漸發(fā)展,港口機(jī)械市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)展,其中散貨市場(chǎng)因需求的迅猛增加,散貨碼頭的吞吐量也在逐漸加大。面對(duì)載重量不斷變大的散貨船,常規(guī)的2500t/h卸船機(jī)明顯無(wú)法適應(yīng)市場(chǎng)需求,因此效率更高的3000-3500t/h大噸位卸船機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間在碼頭的卸料使用,大噸位卸船機(jī)的穩(wěn)定性及可靠性得到了用戶認(rèn)可。隨著大噸位卸船機(jī)的不斷使用,設(shè)備逐漸暴露出一些問(wèn)題,某型號(hào)卸船機(jī)在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)前大梁端梁滑輪座板存在裂紋,為防止其他設(shè)備也出現(xiàn)類似問(wèn)題,需查明裂紋產(chǎn)生的原因。

      2 問(wèn)題分析

      通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看確定,裂紋產(chǎn)生在前大梁端梁滑輪座板與腹板加強(qiáng)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(dǎo)致滑輪座板開(kāi)裂。為了確定裂紋產(chǎn)生的原因,我方從強(qiáng)度計(jì)算、疲勞計(jì)算、材料檢測(cè)及焊接施工等四個(gè)方面著手,一步一步排查可能導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)的原因。

      2.1 強(qiáng)度計(jì)算

      首先從強(qiáng)度計(jì)算著手,檢查設(shè)計(jì)形式是否滿足規(guī)范要求,確認(rèn)座板受力情況。

      端梁滑輪座板受力分為3種工況狀態(tài),分別為工況1抓斗取料狀態(tài),工況2抓斗取料后滿載狀態(tài),工況3抓斗空載狀態(tài),按這三種狀態(tài)對(duì)滑輪座板受力情況進(jìn)行分析?;喿鍨閳D中27號(hào)件,腹板加強(qiáng)蓋板為圖中19號(hào)件,詳見(jiàn)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(qiáng)度345MPa,因此可以確定,強(qiáng)度計(jì)算滿足要求,裂紋不是因?yàn)樵O(shè)計(jì)強(qiáng)度不足而引起的。

      2.2 疲勞計(jì)算

      為了確認(rèn)裂紋是否是因?yàn)榻饘倨谝鸬?,需根?jù)F.E.M標(biāo)準(zhǔn)要求,對(duì)開(kāi)閉側(cè)和起升側(cè)的疲勞應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算,校核其應(yīng)力系數(shù)是否≤1.05。

      閉合繩側(cè):

      經(jīng)過(guò)校核計(jì)算,起升側(cè)與開(kāi)閉側(cè)疲勞應(yīng)力系數(shù)均滿足規(guī)范要求,因此可以確定,裂紋不是因?yàn)榻饘倨谝鸬摹?/p>

      2.3 材料檢驗(yàn)

      在校核完成強(qiáng)度計(jì)算與疲勞計(jì)算后,需對(duì)件27滑輪座板材質(zhì)進(jìn)行檢查,查看材料自身質(zhì)量狀態(tài),確認(rèn)裂紋是否是因?yàn)椴牧先毕菀鸬摹?/p>

      首先查看板材出廠質(zhì)量證明書(shū),確認(rèn)材質(zhì)為Q345C,厚度120mm,交貨狀態(tài)為正火,材料化學(xué)成分、拉力試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等數(shù)據(jù)均符合GB/T 1591-2008 《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求。

      然后,對(duì)座板材料進(jìn)行復(fù)檢,確認(rèn)廠家出廠報(bào)告數(shù)據(jù)是否正確,委托實(shí)驗(yàn)室對(duì)材料化學(xué)成分、拉力試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè),通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)確定,座板材料符合GB/T 1591-2008要求。

      經(jīng)過(guò)對(duì)座板材料的出廠質(zhì)量證明檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)室的再次檢測(cè),可以確認(rèn),座板材料化學(xué)成分及機(jī)械性能合格,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,可以正常使用,不是引起座板產(chǎn)生裂紋的原因。

      化學(xué)成分

      2.4 焊接施工

      焊接過(guò)程為將件19加強(qiáng)板與件27座板連接成一體的重要過(guò)程,此過(guò)程需根據(jù)材料特性及圖紙要求選擇對(duì)應(yīng)的焊接規(guī)范進(jìn)行施工,因此需確認(rèn)此過(guò)程是否存在問(wèn)題。

      根據(jù)圖紙及目錄表可得,件19加強(qiáng)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(jì)算碳當(dāng)量。根據(jù)復(fù)檢化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù),依據(jù)碳當(dāng)量計(jì)算公式,CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15,得出座板碳當(dāng)量為0.48,屬于有冷裂紋傾向材料,焊接前需要預(yù)熱80℃,焊接時(shí)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(jié)構(gòu)拘束度等原因?qū)е潞缚p位置出現(xiàn)冷裂紋。件19,為熱軋控軋板,碳當(dāng)量0.41,屬于可焊性較好材料,焊接前僅需預(yù)熱烘干去氫即可。因此,為滿足焊接質(zhì)量,防止冷裂紋出現(xiàn),件19與件27焊接時(shí),需按件27材料要求進(jìn)行焊接。

      為確認(rèn)焊接施工是否正確,便檢查了施工記錄,通過(guò)記錄可知,實(shí)際焊接操作時(shí),件19加強(qiáng)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(shí),座板位置沒(méi)有進(jìn)行單獨(dú)預(yù)熱處理,僅同腹板一起沿焊縫位置進(jìn)行了10℃的烘干去氫處理,焊后沒(méi)有緩冷處理,直接空冷至室溫。

      因此,可以確認(rèn)座板焊接時(shí),選用了錯(cuò)誤的焊接規(guī)范,沒(méi)有按照正確的工藝要求進(jìn)行施工。

      3 結(jié)論

      在經(jīng)過(guò)對(duì)強(qiáng)度計(jì)算、疲勞計(jì)算、材料檢測(cè)及焊接方式等四個(gè)方面的校核后,可以確認(rèn),前大梁端梁滑輪座板位置的強(qiáng)度計(jì)算及疲勞計(jì)算滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求,材料自身質(zhì)量符合制造標(biāo)準(zhǔn)要求,但是在座板的焊接過(guò)程中,選用了錯(cuò)誤的焊接規(guī)范,沒(méi)有對(duì)座板進(jìn)行焊前預(yù)熱及焊后緩冷,導(dǎo)致焊接后產(chǎn)生冷裂紋。而此處又因?yàn)槭墙呛缚p,圖紙沒(méi)有探傷要求,因此焊后沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋。最終在設(shè)備的使用過(guò)程中,在鋼絲繩的橫向拉力作用下,冷裂紋逐漸延展,導(dǎo)致座板開(kāi)裂。

      4 建議

      為避免此類問(wèn)題的再次發(fā)生,建議在焊接施工前,將板材按照交貨狀態(tài)分類,分別計(jì)算碳當(dāng)量,并按照計(jì)算結(jié)果確定焊接規(guī)程,以保證焊接質(zhì)量。

      參考文獻(xiàn)

      [1]歐洲起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范(F.E.M) 第三版 修訂版[S].1998.

      [2]GB/T 1591-2008.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼[S].

      [3]鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S].第22版 AWS D1.1/D1.1M:2010.

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