李丹

摘 要：從強度計算、疲勞計算、材料檢測及焊接施工等四個方面著手，對滑輪座板產(chǎn)生裂紋的原因進行分析。

關(guān)鍵詞：受力；疲勞；材料；焊接

1 概述

隨著國際貿(mào)易的逐漸發(fā)展，港口機械市場也在不斷擴展，其中散貨市場因需求的迅猛增加，散貨碼頭的吞吐量也在逐漸加大。面對載重量不斷變大的散貨船，常規(guī)的2500t/h卸船機明顯無法適應(yīng)市場需求，因此效率更高的3000-3500t/h大噸位卸船機便應(yīng)運而生，經(jīng)過長時間在碼頭的卸料使用，大噸位卸船機的穩(wěn)定性及可靠性得到了用戶認可。隨著大噸位卸船機的不斷使用，設(shè)備逐漸暴露出一些問題，某型號卸船機在使用過程中發(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)類似問題，需查明裂紋產(chǎn)生的原因。

2 問題分析

通過現(xiàn)場查看確定，裂紋產(chǎn)生在前大梁端梁滑輪座板與腹板加強蓋板的連接焊縫處，然后在起升鋼絲繩橫向拉力的作用下，裂紋向下延展，導致滑輪座板開裂。為了確定裂紋產(chǎn)生的原因，我方從強度計算、疲勞計算、材料檢測及焊接施工等四個方面著手，一步一步排查可能導致裂紋出現(xiàn)的原因。

2.1 強度計算

首先從強度計算著手，檢查設(shè)計形式是否滿足規(guī)范要求，確認座板受力情況。

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)對滑輪座板受力情況進行分析?；喿鍨閳D中27號件，腹板加強蓋板為圖中19號件，詳見圖1。

在此三種工況下，焊縫最大受力為163MPa，座板最大受力125 MPa，小于座板屈服強度345MPa，因此可以確定，強度計算滿足要求，裂紋不是因為設(shè)計強度不足而引起的。

2.2 疲勞計算

為了確認裂紋是否是因為金屬疲勞引起的，需根據(jù)F.E.M標準要求，對開閉側(cè)和起升側(cè)的疲勞應(yīng)力進行計算，校核其應(yīng)力系數(shù)是否≤1.05。

閉合繩側(cè)：

經(jīng)過校核計算，起升側(cè)與開閉側(cè)疲勞應(yīng)力系數(shù)均滿足規(guī)范要求，因此可以確定，裂紋不是因為金屬疲勞引起的。

2.3 材料檢驗

在校核完成強度計算與疲勞計算后，需對件27滑輪座板材質(zhì)進行檢查，查看材料自身質(zhì)量狀態(tài)，確認裂紋是否是因為材料缺陷引起的。

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

然后，對座板材料進行復檢，確認廠家出廠報告數(shù)據(jù)是否正確，委托實驗室對材料化學成分、拉力試驗、彎曲試驗、沖擊試驗等數(shù)據(jù)進行檢測，通過分析實驗確定，座板材料符合GB/T 1591-2008要求。

經(jīng)過對座板材料的出廠質(zhì)量證明檢測及實驗室的再次檢測，可以確認，座板材料化學成分及機械性能合格，滿足標準要求，可以正常使用，不是引起座板產(chǎn)生裂紋的原因。

化學成分

2.4 焊接施工

焊接過程為將件19加強板與件27座板連接成一體的重要過程，此過程需根據(jù)材料特性及圖紙要求選擇對應(yīng)的焊接規(guī)范進行施工，因此需確認此過程是否存在問題。

根據(jù)圖紙及目錄表可得，件19加強板與件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，焊接前需計算碳當量。根據(jù)復檢化學成分數(shù)據(jù)，依據(jù)碳當量計算公式，CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15，得出座板碳當量為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，需按件27材料要求進行焊接。

為確認焊接施工是否正確，便檢查了施工記錄，通過記錄可知，實際焊接操作時，件19加強板先與腹板焊接，然后沿著腹板焊縫焊接到件27座板位置。焊接時，座板位置沒有進行單獨預(yù)熱處理，僅同腹板一起沿焊縫位置進行了10℃的烘干去氫處理，焊后沒有緩冷處理，直接空冷至室溫。

因此，可以確認座板焊接時，選用了錯誤的焊接規(guī)范，沒有按照正確的工藝要求進行施工。

3 結(jié)論

在經(jīng)過對強度計算、疲勞計算、材料檢測及焊接方式等四個方面的校核后，可以確認，前大梁端梁滑輪座板位置的強度計算及疲勞計算滿足設(shè)計規(guī)范要求，材料自身質(zhì)量符合制造標準要求，但是在座板的焊接過程中，選用了錯誤的焊接規(guī)范，沒有對座板進行焊前預(yù)熱及焊后緩冷，導致焊接后產(chǎn)生冷裂紋。而此處又因為是角焊縫，圖紙沒有探傷要求，因此焊后沒有及時發(fā)現(xiàn)裂紋。最終在設(shè)備的使用過程中，在鋼絲繩的橫向拉力作用下，冷裂紋逐漸延展，導致座板開裂。

4 建議

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

參考文獻

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[2]GB/T 1591-2008.低合金高強度結(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.