起重機械用吊鉤補焊的危害探究

嚴彬彬

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院，江蘇 常州 213016）

起重機械用吊鉤補焊的危害探究

嚴彬彬

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院，江蘇 常州 213016）

起重機械廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，為我國的工業(yè)發(fā)展做出了巨大貢獻。與此同時，起重機械帶來的安全問題不容小視。在以往定期檢驗的過程中，部分企業(yè)由于安全意識薄弱以及對生產(chǎn)設(shè)備疏于管理，對使用中已經(jīng)出現(xiàn)明顯磨損的起重機械吊鉤進行補焊并繼續(xù)高負荷的使用，帶來極大的危害。

磨損程度；材料；塑性變形以及缺陷補焊的危害

吊鉤的材料具有較高的強度和塑性，沒有突然斷裂的危險。但強度高的材料通常對裂紋和缺陷很敏感，發(fā)現(xiàn)部分企業(yè)對使用中已經(jīng)出現(xiàn)明顯磨損和缺陷的起重機械吊鉤進行了補焊(見圖1、圖2)。根據(jù)GB/T10051.3-2010《起重吊鉤 第3部分：鍛造吊鉤使用檢查》第3章，吊鉤的磨損量不應(yīng)超過基本尺寸的5%，否則吊鉤應(yīng)報廢。由圖中未被補焊的邊緣部分可見，磨損量已經(jīng)超過GB/T10051.3-2010表1中h2規(guī)定的基本尺寸的5%(見圖3)，那么補焊的部分磨損量必定也已經(jīng)超過該基本尺寸，此時再對此磨損部分進行補焊必將引起不小的危害。

圖1

圖2

圖3

1 吊鉤使用的材料

根據(jù)GB/T10051.1-2010《起重吊鉤 第1部分：力學性能、起重量、應(yīng)力及材料》第6部分可知，吊鉤制作使用的材料大致有Q345qD、Q420qD、35CrMo等幾種，這些材料均屬于低合金鋼，它們是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素所煉成的，與含碳量相同的碳素鋼相比，具有較高的強度、塑性、韌性和耐蝕性。

2 塑性變形對吊鉤金屬組織和性能的影響

在起重機械的日常作業(yè)中，吊鉤通常與索具相配合使用，索具與吊鉤的接觸面通常成為了磨損或者塑性變形發(fā)生最為常見的地方。吊鉤在常溫下經(jīng)過塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化，而它的力學性能隨其內(nèi)部組織的改變而發(fā)生變化，其原因是由于金屬組織滑移面上的碎晶塊和附近晶格的強烈扭曲，增大了滑移阻力，使繼續(xù)滑移難于進行所致。吊鉤在與索具配合使用時，受到來自索具向下的拉力，此時吊鉤受到的拉應(yīng)力使金屬原子間距離增大，尤其當?shù)蹉^內(nèi)部存在氣孔、微裂紋等缺陷時，在拉應(yīng)力的作用下，缺陷處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，使裂紋擴展，甚至會達到破壞報廢的程度。隨著拉應(yīng)力的增大以及使用頻率增加，吊鉤逐漸出現(xiàn)形變，主要表現(xiàn)形式為開口度加大。根據(jù)GB/T10051.3-2010《起重吊鉤 第3部分：鍛造吊鉤使用檢查》第3.2.2.1條，若開口度超過使用前基本尺寸的10%時，吊鉤應(yīng)報廢。若此時對鉤口處的變形缺陷部位進行補焊，其力學性能將發(fā)生變化。

3 對吊鉤缺陷部位補焊的影響

3.1 補焊時溫度對吊鉤鉤口部位的影響

對吊鉤產(chǎn)生缺陷的部位進行補焊時，由于吊鉤鉤口部位并不是規(guī)則的等截面形體，又由于各點離受熱部位的距離不同，所以各點達到的最高溫度也不同，所以在補焊的過程中，被補焊的部分相當于受到了一次重新冶金的過程，受熱部位附近的區(qū)域內(nèi)的金屬相當于受到了一次不同規(guī)范的熱處理，必然產(chǎn)生了不同于使用之前的金相組織并且發(fā)生了力學性能的變化。且補焊的過程是一個極不平衡的過程，即補焊部位及其相鄰區(qū)域的金屬都要由室溫被加熱到很高的溫度(即補焊部位已經(jīng)處于液態(tài))，然后再快速冷卻下來。由于在整個熱循環(huán)過程中，吊鉤各部分的溫度不盡相同，造成隨后冷卻到室溫的速度也各不相同，因而吊鉤各部位在熱脹冷縮和塑性變形的影響下，必將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形或者裂紋。

3.2 補焊時焊材成份對吊鉤金相組織的影響

補焊的過程中使用了不同種類的焊材，焊材中的硫元素和磷元素融合進了吊鉤中，使原本硫磷元素極低的吊鉤在鉤口部位產(chǎn)生了有害的雜質(zhì)，磷元素可使鋼材的塑性和韌性下降，特別是在低溫的使用環(huán)境中使吊鉤的脆性極劇增加。硫元素在補焊部分的融合區(qū)晶界處可形成低熔點的共晶體，易產(chǎn)生裂紋。

3.3 補焊結(jié)束后的應(yīng)力

吊鉤補焊時，常采用的焊接方法是焊條電弧焊，電弧沿著吊鉤逐漸移動并對吊鉤鉤口部位進行局部加熱，由于吊鉤鉤口部位形狀不規(guī)則，電弧除了對補焊部位進行加熱以外，也不斷對補焊部位以及周邊區(qū)域進行加熱，隨后逐次冷卻下來所形成的，因而應(yīng)力的形成、大小、和分布情況較為復雜。當補焊的部位及其相鄰區(qū)域金屬處于加熱階段時都會膨脹，但受到未加熱部位冷金屬的阻礙，不能自由伸長而受壓，形成壓應(yīng)力。該壓應(yīng)力使處于塑性狀態(tài)的金屬產(chǎn)生壓縮變形。隨后再冷卻到室溫時，其收縮又受到周邊冷金屬的阻礙，不能縮短到自由收縮應(yīng)達到的位置，因而產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。應(yīng)力過大不僅會使鉤口部位變形更容易產(chǎn)生裂紋，裂紋存在于補焊部位或者熱影響區(qū)的熔合區(qū)中，而且往往是內(nèi)裂紋，不易發(fā)現(xiàn)，危害極大，且補焊部位出現(xiàn)變形也被焊材凝固后蓋住，無法發(fā)現(xiàn)。在定期檢驗的過程中，通過宏觀檢查和無損檢測的方法，發(fā)現(xiàn)補焊過的吊鉤普遍存在外觀凹凸不平，不能與非補焊區(qū)域圓滑過渡，極易造成應(yīng)力集中；我們對補焊過的吊鉤進行無損檢測，檢驗方法為磁粉檢測（見表1）。由檢測報告可見，經(jīng)過補焊的吊鉤在陰影區(qū)域內(nèi)存在細小的裂紋，應(yīng)立即報廢并更換新吊鉤（圖4）。

圖4

4 結(jié)語

為了減少起重機械中的安全隱患，盡可能避免事故的發(fā)生，除了選用符合GB/T10051-2010該標準要求的吊鉤外，還應(yīng)從平時的定期檢查這一環(huán)節(jié)入手，及時發(fā)現(xiàn)吊鉤存在的安全隱患并排除。對磨損量超標的吊鉤，不應(yīng)用補焊的方法進行修復，應(yīng)重新更換，以此確保起重機械安全運行。

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表1 磁粉檢測報告

TH21

A

1671-0711（2016）12（上）-0130-02