門座式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)裂紋原因分析及解決方案

李 濱，李 洋，馮 偉

（日照港股份三公司，山東日照 276800）

0 引言

裂紋是影響金屬結(jié)構(gòu)安全工作的重要隱患之一。長(zhǎng)期以來，港口門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的裂紋問題一直是從事港口相關(guān)工作各方人員所關(guān)注，是影響港口裝卸作業(yè)效率的基本因素之一。因此，在日常工作加強(qiáng)門機(jī)鋼結(jié)構(gòu)檢查是十分重要的一項(xiàng)工作?，F(xiàn)將日照港股份三公司在檢查中發(fā)現(xiàn)的鋼結(jié)構(gòu)裂紋情況及解決方案進(jìn)行分析。

1 現(xiàn)狀

隨著船舶逐步向著大型化發(fā)展，門座式起重機(jī)也逐步向著大幅度，高起升方向發(fā)展。三公司首批引進(jìn)的25 t 門機(jī)，其象鼻梁滑輪組中心線至地面36 m，最大幅度為33 m。后續(xù)泊位及船型不斷變化，逐漸出現(xiàn)了起升高度不足，幅度不足的情況，為解決此類問題，后續(xù)購(gòu)置的某型25 t 門機(jī)在起升高度和幅度參數(shù)上出現(xiàn)變化，其象鼻梁滑輪組中心線至地面增加39.59 m，幅度增加至35 m。一段時(shí)間內(nèi)較好的解決了原有25 t 門機(jī)作業(yè)時(shí)出現(xiàn)的不足。但是，經(jīng)過一段時(shí)間的使用，檢查中發(fā)現(xiàn)，其門架內(nèi)部出現(xiàn)多處長(zhǎng)度不同裂紋（圖1），裂紋情況統(tǒng)計(jì)見表1。

圖1 裂紋

表1 裂紋情況統(tǒng)計(jì)

2 裂紋原因分析

2.1 高筒體原因

該型門機(jī)采用了高筒體設(shè)計(jì)，其門機(jī)門架高度，軌距、基距都同之前25 t 門機(jī)一致，但是其筒體高度增加4 m，同時(shí)臂架機(jī)構(gòu)幅度也增加2 m。門機(jī)主要重量集中在筒體上部即機(jī)房和臂架結(jié)構(gòu)，筒體高度增加4 m，導(dǎo)致門機(jī)整體重量增加到上部分，其中心相應(yīng)升高。在長(zhǎng)期載荷作業(yè)下，其筒體上下兩端會(huì)出現(xiàn)裂紋的概率要相比低筒體門機(jī)要高。

2.2 操作原因

由于改型門機(jī)主要用于散雜或作業(yè)，特別是在散貨卸船作業(yè)中，經(jīng)常使用到最大幅作業(yè)的情況，使得起升過程中門機(jī)的力矩較之前的25 t 門機(jī)增大，同時(shí)由于筒體高度增大，出現(xiàn)重載起升過程中機(jī)房部分的晃動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)增大的情況，致使筒體頂部和根部的額外受力增大，增加了筒體上下兩端出現(xiàn)裂紋的概率。

2.3 焊接及開孔位置原因

通過分析，該型門機(jī)的門架內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)開孔位置有不合理的情況，有穿線孔經(jīng)過對(duì)接焊縫的現(xiàn)象，有人孔開孔在主受力部位的情況，以上問題直接導(dǎo)致出現(xiàn)局部受力過大時(shí)焊縫開裂的現(xiàn)象。

2.4 受力分析

圖2 門機(jī)筒體及門架的受力分析

2.5 材料原因

機(jī)械承載結(jié)構(gòu)投入使用后，隨著時(shí)間的延續(xù)，在長(zhǎng)期機(jī)械載荷、循環(huán)載荷、溫度載荷、腐蝕環(huán)境條件下，材料會(huì)產(chǎn)生損傷，即材料的機(jī)械性能會(huì)產(chǎn)生劣化。具體表現(xiàn)在材料的強(qiáng)度下降，脆性增大。機(jī)械承載結(jié)構(gòu)在使用較長(zhǎng)的時(shí)間后（如10 年），韌性較好的低碳鋼或低碳合金鋼，由于其機(jī)械性能的劣化，材料的脆性會(huì)越來越大，特別是機(jī)械承載結(jié)構(gòu)上有裂紋存在的情況下，機(jī)械性能的劣化速率會(huì)更快。復(fù)雜工況下的長(zhǎng)期作業(yè)會(huì)導(dǎo)致板材出現(xiàn)問題。通過上述分析，該型門機(jī)門架內(nèi)部出現(xiàn)裂紋主要原因如下。

（1）采用門架高度不變情況下增加筒體高度的來增加整機(jī)高度的方法存在不合理的情況，會(huì)導(dǎo)致門架內(nèi)部筒體以及筒體頂部轉(zhuǎn)臺(tái)部位出現(xiàn)受力集中的情況。

（2）門架內(nèi)部穿線孔及人孔的開孔位置十分重要，如選取不合理，在受到集中載荷作業(yè)下回導(dǎo)致焊縫及母材開裂。

3 維修方案

首先對(duì)裂紋進(jìn)行無損探傷，根據(jù)裂紋的深度和長(zhǎng)度制動(dòng)器詳細(xì)的維修方案。

3.1 圓筒與穿線導(dǎo)管連接部位及附近開裂維修方案

（1）無損檢測(cè)。使用磁粉檢測(cè)確定金屬結(jié)構(gòu)開裂缺陷的長(zhǎng)度。

（2）開裂部位的處理。①在母材裂紋末端開止裂孔Φ10 mm；②用氣刨去除焊縫開裂部位焊縫并清根；③用打磨機(jī)在母材上開坡口，坡口的型式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件確定（對(duì)接焊縫能雙面焊的情況下開雙V 形坡口、帶鈍邊，只能單面焊的情況下開Y 形坡口）。

（3）母材開裂處焊接工藝。①使用氬弧焊打底；②焊接區(qū)的預(yù)熱（雙面焊，在未焊接側(cè)進(jìn)行預(yù)熱300～400 ℃。單面焊在焊接部位兩側(cè)進(jìn)行預(yù)熱300～400 ℃）；③冷卻后去除焊渣、焊瘤等影響焊縫質(zhì)量因素。

（4）圓筒與穿線管焊縫氣刨后，不用進(jìn)行補(bǔ)焊，但需要進(jìn)行圓角處理，去除尖角及應(yīng)力集中點(diǎn)。

（5）無損檢測(cè)。對(duì)補(bǔ)焊后的位置進(jìn)行無損檢測(cè)，確保補(bǔ)焊后的焊縫質(zhì)量合格。如有缺陷應(yīng)再次進(jìn)行處理。

（6）在無損檢測(cè)合格后進(jìn)行防銹、防腐蝕處理，防腐、防銹因滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（7）增加點(diǎn)檢部位及頻次，對(duì)補(bǔ)焊位置進(jìn)行定期的檢測(cè)。

3.2 圓筒與門連接焊縫及附近部位開裂維修方案

（1）無損檢測(cè)。使用磁粉檢測(cè)確定金屬結(jié)構(gòu)開裂缺陷的長(zhǎng)度。

（2）開裂部位的處理。①在母材裂紋末端開止裂孔Φ10 mm；②用氣刨去除焊縫開裂部位焊縫，并清根；③用打磨機(jī)在母材上開坡口，坡口的型式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件確定（對(duì)接焊縫能雙面焊的情況下開雙V 形坡口、帶鈍邊，只能單面的焊的情況下開Y 形坡口，T 形焊縫開單V 形坡口）。

（3）母材開裂處焊接工藝。①使用氬弧焊打底；②焊接區(qū)的預(yù)熱（雙面焊，在未焊接側(cè)進(jìn)行預(yù)熱300～400 ℃。單面焊在焊接部位兩側(cè)進(jìn)行預(yù)熱300～400 ℃）；③冷卻后去除焊渣、焊瘤等影響焊縫質(zhì)量因素。

（4）圓筒與穿線管焊縫氣刨后，不用進(jìn)行補(bǔ)焊，但需要進(jìn)行圓角處理，去除尖角及應(yīng)力集中點(diǎn)。

（5）無損檢測(cè)。對(duì)補(bǔ)焊后的位置進(jìn)行無損檢測(cè)，確保補(bǔ)焊后的焊縫質(zhì)量合格。如有缺陷應(yīng)再次進(jìn)行處理。

（6）在門框與圓筒補(bǔ)焊部位加筋板。

（7）在無損檢測(cè)合格后進(jìn)行防銹、防腐蝕處理，防腐、防銹因滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（8）增加點(diǎn)檢部位及頻次，對(duì)補(bǔ)焊位置進(jìn)行定期的檢測(cè)。

3.3 焊修

焊修過程中還需調(diào)整門機(jī)臂架朝向，使機(jī)房配重處于焊修位置的對(duì)側(cè)（圖3）。

圖3 焊修及完成圖

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)上述方案，對(duì)裂紋部位進(jìn)行了焊修，目前狀況良好，焊修部位未出現(xiàn)崩裂的情況，其他部位未出現(xiàn)新的裂紋。同時(shí)，同主機(jī)進(jìn)行溝通，將相關(guān)問題進(jìn)行反饋，就增加門機(jī)整機(jī)高度的不宜僅僅增加筒體高度，需采用門架和筒體同時(shí)增高的方案達(dá)成了共識(shí)。