165t鑄造吊主梁產(chǎn)生裂紋原因簡析及處理辦法初探

申小兵

（漣源鋼鐵有限公司一煉軋廠, 湖南 婁底 417009）

165t鑄造吊主梁產(chǎn)生裂紋原因簡析及處理辦法初探

申小兵

（漣源鋼鐵有限公司一煉軋廠, 湖南 婁底 417009）

冶金鑄造起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)件是典型的焊接結(jié)構(gòu)，其主要失效形式是由于疲勞而產(chǎn)生裂紋直至斷裂，而裂紋的萌生和形成壽命很短，疲勞壽命主要取決于疲勞裂紋的穩(wěn)定擴(kuò)展階段。本文以圖表及文字表述，簡述了湖南漣鋼一煉軋廠165/40t X 22m行車主梁腹板母板產(chǎn)生裂紋的原因，并針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況簡要講述了此次裂紋處理的主要方法和需要采取的防范措施。對(duì)于預(yù)防主梁鋼結(jié)構(gòu)疲勞斷裂事故的發(fā)生，指導(dǎo)該類型起重機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和管理具有重要意義。

冶金鑄造；起重機(jī)；主梁；裂紋

0 引 言

漣鋼一煉軋廠轉(zhuǎn)爐線3#行車（140/40t）于1999年10月投運(yùn)，主要用于吊運(yùn)從煉鐵廠運(yùn)送 過來的鐵水罐，并將鐵水倒入混鐵爐以及吊運(yùn)鐵水進(jìn)入脫硫站。該廠 3#轉(zhuǎn)爐工程建設(shè)時(shí)，該車于2003年9月由140/40t擴(kuò)容至165/40t。該車擴(kuò)容后至2007年8月29日止未發(fā)現(xiàn)較大的設(shè)備隱患。8月30日在檢查發(fā)現(xiàn)，西端主梁內(nèi)側(cè)腹板母材出現(xiàn)裂紋，整個(gè)裂紋橫向長為670mm、裂紋寬為0.75mm。

1 生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際情況

由于該車主梁產(chǎn)生裂紋屬重大設(shè)備隱患，給一煉軋廠的生產(chǎn)組織帶來了極大影響：第一、公司安環(huán)部要求該車限載120t，限載120t后影響RH鋼的生產(chǎn)節(jié)奏；第二、影響大高爐鐵水罐的吊運(yùn)。 為此，8月30日對(duì)上述裂紋進(jìn)行了加固施工，歷時(shí)30小時(shí)完成。具體方案如下：

在裂紋兩端各鉆一個(gè)直徑為6mm的止裂孔。采用碳弧氣刨消除裂紋，并用磨光機(jī)拋光表面。采用堿性焊條進(jìn)行補(bǔ)焊，焊接完一面進(jìn)行清根再焊另一面。在主梁內(nèi)的兩橫向加筋板之間加焊筋板能增強(qiáng)主梁的局部強(qiáng)度。筋板長度為

2.2m，能控制住腹板的波浪變形；筋板厚度為16mm，焊腳高度為7mm。采用氣刨焊（焊角小、焊接應(yīng)力小）最好（也可采用手工焊），焊接的方向從中間往兩端同時(shí)進(jìn)行焊接。各焊縫應(yīng)表面磨平，轉(zhuǎn)角處采用圓弧過渡。焊接完后對(duì)所有焊縫進(jìn)行超聲波探傷，符合GB11345 I級(jí)。表面不允許出裂紋夾渣、氣孔、咬邊等缺陷等等。

處理上述裂紋后，在該車運(yùn)行的第19天和第25天又發(fā)現(xiàn)東、西端主梁共計(jì)產(chǎn)生三處裂紋，發(fā)現(xiàn)問題后，均在第一時(shí)間內(nèi)采取了在裂紋兩端鉆了直徑為6mm的止裂孔[1]。

2 原因簡析

經(jīng)分析認(rèn)為，上述裂紋屬于疲勞裂紋，其產(chǎn)生開裂的主要原因是該車存在設(shè)計(jì)先天性缺陷，具體原因如下：1、主要原因：由于該車運(yùn)行頻率高，導(dǎo)致疲勞次數(shù)增多，出現(xiàn)裂紋的區(qū)域又屬于應(yīng)力集中點(diǎn)及高應(yīng)力區(qū)，在 3#車擴(kuò)容改造后又增大了局部擠壓力（增大了20%）和負(fù)載后的彎曲應(yīng)力作用，從而使主梁腹板開裂。2、根本原因：(1)通過分析該車吊運(yùn)的重量及頻率進(jìn)行計(jì)算，其作業(yè)率已高達(dá)到85%，遠(yuǎn)高于 A7級(jí)鑄造吊車的作業(yè)率。(2)該車西邊梁上拱值為16.5mm，東邊主梁上拱值為 17mm，低于冶金鑄造起重主梁上拱度規(guī)定中所要求的 20—29mm的上拱值要求。(3)經(jīng)查實(shí)，現(xiàn)起重機(jī)制造廠家生產(chǎn)的165/40t吊車的主梁所用材厚度如下：腹板厚12mm，上、下蓋板厚度均為14mm；而該車的腹板厚為 10mm；上、下蓋板材厚均為 12mm。(4)經(jīng)查實(shí)，現(xiàn)起重機(jī)制造廠家生產(chǎn)的165/40t吊車主梁采用500號(hào)“T”形梁， 而該車主梁所用的為200號(hào)“T”形梁，使主梁下方的受力緩沖區(qū)域遠(yuǎn)小于現(xiàn)在生產(chǎn)的165/40t吊車受力緩沖區(qū)域，所以應(yīng)將緩沖區(qū)應(yīng)再大。3、次要原因：(1)大車軌道接口不平對(duì)整車運(yùn)行產(chǎn)生額外沖擊負(fù)荷，導(dǎo)致負(fù)荷無形中增大，使沖擊系數(shù)增大增加了循環(huán)應(yīng)力。(2)由于整車運(yùn)行頻率高，導(dǎo)致疲勞次數(shù)增多，而此處又屬于應(yīng)力集中點(diǎn)及高應(yīng)力區(qū)，再加上輪壓增大造成的局部擠壓力增大（增大了20%）和負(fù)載后的彎曲應(yīng)力，從而使此處開裂。綜上所述，認(rèn)為裂紋產(chǎn)生的原因是該車因受主梁所用材厚度及“T”型梁的條件所限。因此，該車在主梁強(qiáng)度等方面存在的問題只能著眼于在現(xiàn)有基礎(chǔ)上略作改善，短時(shí)期內(nèi)處理焊縫的問題，而無法從根本上解決裂紋問題，最恰當(dāng)、最好的方法是更換兩根主梁。雖然已對(duì)該車裂紋進(jìn)行了初步處理，但這僅僅是治標(biāo)而未真正治本，況且采用了該車限載 120噸的方法，則無法保證 90噸轉(zhuǎn)爐與 CSP的穩(wěn)順銜接，勢必中斷CSP生產(chǎn)[2-3]。

3 解決方案

因此，針對(duì)該車主梁出現(xiàn)的裂紋且又嚴(yán)重影響我廠生產(chǎn)的情況，經(jīng)過多次專題討論、研究，分別制訂了處理主梁裂紋的短、中期方案。

短期方案（檢修時(shí)間約40小時(shí)）

短期施工方案時(shí)間約為40小時(shí)。在主梁出現(xiàn)裂紋的地方打坡口，并加以施焊。在應(yīng)力源集中處實(shí)施小電流、小徑焊條、小坡度平緩過度的堆焊方式，加強(qiáng)應(yīng)力源處的抗彎強(qiáng)度。改變主梁內(nèi)部加強(qiáng)框的拉引力方向，以進(jìn)一步減小該處應(yīng)力源的應(yīng)力作用。具體施工方案如圖1所示。

圖1 短期施工方案

3.1 中期方案

中期施工方案時(shí)間約192小時(shí)，首先在“T”型鋼和主腹板固須在焊縫兩側(cè)加補(bǔ)加強(qiáng)板（6×150×21000mm），然而，在加補(bǔ)強(qiáng)板前將開裂焊縫除去，開成坡口補(bǔ)焊打磨，在小車軌道下面沿軌道全長增加墊（t=16mm），再繼續(xù)焊接，同時(shí)增加連接軌道壓板螺栓長度。在加固主梁焊接的過程中，需要暫拆兩根大車主梁正下方各兩塊隔熱板，然后在主梁中間用二根立柱分別頂起二根主梁，使之在焊接過程中焊縫不受向下彎曲的作用力，以減少主梁下?lián)?。具體施工方案圖2。

圖2 中期施工方案

由于此中期方案對(duì)整個(gè)公司及我廠的生產(chǎn)影響較大。其具體影響如下：第一、需要在煉鐵廠運(yùn)送大、小高爐鐵水罐進(jìn)我廠的兩條鐵水線之間立頂起的鋼柱，這樣立柱的準(zhǔn)備工作較長，所以從煉鐵送過來的鐵水會(huì)不及時(shí)；第二、因該車的檢修也需占用了1#混鐵爐進(jìn)鐵水的位置，致使1#混鐵爐也不能使用，在此檢修期間只有 2#混鐵爐能使用。所以此方案暫時(shí)不予實(shí)施，視短期方案的使用效果再作決定[4-5]。

4 結(jié) 語

通過公司相關(guān)人員的共同努力，采用了上述的短期方案進(jìn)行了處理，至今運(yùn)行較好，無異常情況產(chǎn)生。中期方案暫時(shí)不需要實(shí)施，不僅為公司節(jié)約了成本，也為公司的生產(chǎn)組織帶來了益處，并且通過這一次的事故處理，為公司以后處理類似故障積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1]趙磊.大型鑄造起重機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和性能特點(diǎn)[J].重工科技, 2004, (6):108-110.

[2]胡宗武,閻以誦.起重機(jī)動(dòng)力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1998:56-72.

[3]上海雄風(fēng)起重設(shè)備廠.GB/T 3811-2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 2009:25-30.

[4]張質(zhì)文,虞和謙.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國鐵道出版社, 1998: 112-126.

[5]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(3-2版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2000: 28-36.

（責(zé)任編校：劉志壯）

TG231.1

A

1673-2219（2010）08-0042-02

2010－05－28

申小兵（1973－），男，湖南邵東縣人，機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)本科，助理工程師，從事設(shè)備技術(shù)及管理工作。