关于桥式集装箱起重机疲劳破坏成因分析及修复措施探讨

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇关于桥式集装箱起重机疲劳破坏成因分析及修复措施探讨范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

[摘 要]港口桥式集装箱起重器承担着重体积货物装卸工作，要是起重机长期处于超负荷运行就会让其结构发生变化，起重机内部构件就会有松脱或者变形的情况，还很容易疲劳运行，让其整体结构出现裂纹，并有裂纹扩展的问题，从而导致起重机不能正常使用。工作人员要是没有对其进行及时的检测和维修，结构也就会被损坏，对其进行检测和修复是必须重视的。本文分析了港口起重机疲劳破坏的主要原因，并提出修复措施，以供借鉴。

[关键词]港口 起重机 原因 疲劳破坏 修复

中图分类号：TE377 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0373-02

通常情况下，港口桥式集装箱起重机都是用在重型载荷情况下，并且一直都是处在循环载荷中，也就是长期都是疲劳载荷，这也就使起重机很容易有疲劳裂纹出现，尤其结构的焊缝位置很容易有脆性断裂现象出现，这样也就很容易出现安全事故。要想让起重机设备一直都能够安全运行，相关人员要对起重机疲劳状况进行及时分析，发现有安全隐患就要及时清除，并对其进行定期保养，使起重机的安全性能有所保证。

一、起重机金属结构件出现疲劳破坏的原因

1、疲劳破坏易发区部位和应力集中带来的影响。在桥式集装箱起重机结构中，门框撑管，大车平衡梁、轨道等位置是很容易在疲劳破坏情况下受到影响，然后焊缝的地方出现开裂的现象，这几个部位都处在起重机的高应力区，经常会受到交变应力带来的作用，让这些部位承受较大的应力，然后截面就会出现变化，让应力都集中到这一个位置上，过大的应力会让纵筋和横隔板的作用都实效。对于设计层来说，在这种较大的应力作用下，不能流畅地传递力流，结构组成不合理也是一个原因，加上结构中的焊缝比较密，焊点比较多，交汇点也多，焊接工艺做的不好，导致焊缝质量不合格，还有就使工件母材也和设计要求有所偏差，这些都是导致起重机结构出现裂缝的主要原因。通常情况下，起重机结构都是采用对接焊缝，还有角焊缝这两种形式进行焊接，应力的集中源主要是在焊缝突出的位置上，在结构焊接完成之后，要是没进行进一步的机械加工，起重机的抗疲劳强度也就会大大下降，要是将焊接风凸出的位置切除掉，那么起重机的疲劳极限就会有所改善，使用寿命也更长。凸出部位和试样轴线交角处θ，还有凸出位置高度h，是横向对接焊缝受到应力影响的主要部位，图1、图2为焊接凸出部位的交角和高度影响到疲劳强度示意图。

对于角焊缝，由于焊缝向母材基体金属过渡处的截面有明显变化，其应力集中系数高于对接焊缝，因此抗疲劳强度低于对接焊缝.当角焊缝的计算厚度hf≥ 1.5 t（t为焊件厚度）时，可按规定的焊件厚度选择角焊缝最小厚度.表1是GB J17-88标准与前苏联标准的对照数据，如表1所示。

2、疲劳破坏受到金属结构母件影响。

（1）钢材抗疲劳性能下降，如果钢材在长时间或者反复荷载的情况下，它能够承受的极限强度就会小于压力作用，钢材也就会被破坏掉，突发性脆性破坏就是钢材最直接的表现。如果钢材材料是在弹塑阶段，要是在反复荷载的作用下，钢材的塑性变形情况就会增大，钢材也就会变硬且更加脆弱，然后就会有微裂现象出现，应力都会集中在这个位置，同时微裂文会慢慢扩展并增多，这时候应力集中问题就会更加明显，钢材有断裂破坏的现象出现也就不足为奇了。

（2）钢材焊接性能下降。如果钢材出现冷裂倾向，或者有焊缝脆化倾向，以及热烈倾向都会对钢材焊接性能有较大的影响。对于碳素钢来说，猪油锰不会受到影响，剩下6种元素都会在受到影响，含量发生变化，让钢材的热脆性和热倾向都会增加；同时，钢材的焊缝、冷脆性以及受到热影响的冷裂倾向都会有多增加，为了避免钢材性能受到影响，就要对材料中的元素含量进行控制。

（3）沸腾钢性能下降。对于沸腾钢来说，它的偏析程度是很严重的，发生偏析的主要特点就时其表面有一个纯铁薄层，并含有少量的碳元素，在其中间层还有很多硫元素、磷元素和碳元素。沸腾刚有较多有害气体在其中，加上区域偏析很严重，所以沸腾刚就没有很好的可焊性。此外，沸腾钢中还有很多氮元素，其存在形式为固溶氮，这就让钢材的失效敏感性有所上升，并且冷脆性也会上升，在沸腾刚中偏析现象最严重的就是磷区域，这会让钢材冲击韧性大大降低，相反钢材冷脆性有所提高。

二、金属结构件焊接分析

1、焊接残余应力分析

在桥式集装箱起重机结构的焊接作业完成之后的冷却过程中，其纵向收缩和冷却条件的不同而产生的应力会有较大差别，这会让一部分残余的应力在焊缝中留存。从多项实验中得出，留存在焊缝中的应力就是拉应力，而腹板受到的纵向残余应力则是压应力。对于横向焊缝中留存的应力来说，主要就是在焊缝冷却的时候发生了横向收缩，从而导致了横向的残余应力，还有一个原因就是焊缝在纵向收缩的时候导致了横向的残余应力，所以得出在结构焊接完成后，不能让其马上进入运行状态，最好让其冷却彻底再使用，这样能将焊接留存的残余应力给释放干净。

2、焊接应力的形成

在焊接时要是有温度不均匀的现象就会引发焊接应力，这和温度变化有较大的关系。在室温条件有所差别的时候，或者在焊接额时候焊缝温度在金属熔点上，通常情况下，焊缝中心的温度都超过1000℃，当焊接完成之后，焊缝就会处在水平室温中，这两者的温差是很大的。焊缝的冷却速度和马氏体相比是快很多的，而且冲击韧性的比较差和大，要超过其硬度和脆性范围，这个问题是要注意的。同时，焊缝的冷却速度要是太慢则会有奥氏体形成，导致焊缝的硬度和强度都会很低，而塑性则会很高，从而有粗晶形成，这也是要尽量避免的。焊缝冷却的最佳温度是在200℃到500℃之间，在这个时间内焊缝的塑性和冲击韧性都会很好，能达到标准要求。

三、金属结构件的修复工艺

对于金属结构件来说，出现焊接开裂现象是很常见的一种疲劳问题，对焊缝开裂处进行补焊前，要用砂轮将开裂位置处的旧焊缝给打磨平，具体的打磨时间依据开裂缝的大小来定，在这个过程中，可以借助放大镜对焊缝进行观测，避免有残余裂纹存在，要是有残余裂纹存在看，就要继续打磨，一直到残余裂纹都处理好为止。对于起重机结构中的重要构件来说，要借助探测仪去对其进行检测，这样能更清楚的找出裂纹位置。补焊的时候避免使用受潮的焊条，在焊前应当预热补焊的位置，焊后则使用热保温措施，焊缝温度下降到室温的之后，使用铁锤敲击补焊位置以及附近位置 20min。补焊之后结构件应当停放一段时间，最好停工的时间超过一个星期。开始吊货的时候，避免满负荷装卸，应当先起吊额定荷载的 30%左右，运转 2h之后再起吊额定荷载的 50%左右。

四、结束语

港口的桥式集装箱起重机对于整个港口的工作都起到了重要的作用，起重机结构出现疲劳破坏是比较常见，但是相关人员要对这种问题特别注意，要及时去修复焊接部位的裂纹，并对焊缝裂纹进行定期的检查，将所有的安全隐患都扼杀在摇篮，避免起重机结构受到严重的影响。在监测结构的时候可以借助共外线探伤等技术，并将预防工作做好，对存在的问题及时处理，防止起重机疲劳破换过于严重。

参考文献：

[1] 潘长松.桥式起重机箱形主梁的疲劳性能[J].起重运输机械，2012，12（10）：17-28.

[2] 管德清.焊接结构疲劳断裂与寿命预测 [M].长沙：湖南大学出版社，2013：123-125.

[3] 曾春华，邹十践.疲劳分析方法及应用[M].北京：国防工业出版社，2014：356-358.

[4] 张然治译.疲劳试验测试分析理论与实践[M].北京：国防工业出版社，2013：412-415.