李丹

摘 要：从强度计算、疲劳计算、材料检测及焊接施工等四个方面着手，对滑轮座板产生裂纹的原因进行分析。

关键词：受力；疲劳；材料；焊接

1 概述

随着国际贸易的逐渐发展，港口机械市场也在不断扩展，其中散货市场因需求的迅猛增加，散货码头的吞吐量也在逐渐加大。面对载重量不断变大的散货船，常规的2500t/h卸船机明显无法适应市场需求，因此效率更高的3000-3500t/h大吨位卸船机便应运而生，经过长时间在码头的卸料使用，大吨位卸船机的稳定性及可靠性得到了用户认可。随着大吨位卸船机的不断使用，设备逐渐暴露出一些问题，某型号卸船机在使用过程中发现前大梁端梁滑轮座板存在裂纹，为防止其他设备也出现类似问题，需查明裂纹产生的原因。

2 问题分析

通过现场查看确定，裂纹产生在前大梁端梁滑轮座板与腹板加强盖板的连接焊缝处，然后在起升钢丝绳横向拉力的作用下，裂纹向下延展，导致滑轮座板开裂。为了确定裂纹产生的原因，我方从强度计算、疲劳计算、材料检测及焊接施工等四个方面着手，一步一步排查可能导致裂纹出现的原因。

2.1 强度计算

首先从强度计算着手，检查设计形式是否满足规范要求，确认座板受力情况。

端梁滑轮座板受力分为3种工况状态，分别为工况1抓斗取料状态，工况2抓斗取料后满载状态，工况3抓斗空载状态，按这三种状态对滑轮座板受力情况进行分析。滑轮座板为图中27号件，腹板加强盖板为图中19号件，详见图1。

在此三种工况下，焊缝最大受力为163MPa，座板最大受力125 MPa，小于座板屈服强度345MPa，因此可以确定，强度计算满足要求，裂纹不是因为设计强度不足而引起的。

2.2 疲劳计算

为了确认裂纹是否是因为金属疲劳引起的，需根据F.E.M标准要求，对开闭侧和起升侧的疲劳应力进行计算，校核其应力系数是否≤1.05。

闭合绳侧：

经过校核计算，起升侧与开闭侧疲劳应力系数均满足规范要求，因此可以确定，裂纹不是因为金属疲劳引起的。

2.3 材料检验

在校核完成强度计算与疲劳计算后，需对件27滑轮座板材质进行检查，查看材料自身质量状态，确认裂纹是否是因为材料缺陷引起的。

首先查看板材出厂质量证明书，确认材质为Q345C，厚度120mm，交货状态为正火，材料化学成分、拉力试验、弯曲试验、冲击试验等数据均符合GB/T 1591-2008 《低合金高强度结构钢》标准要求。

然后，对座板材料进行复检，确认厂家出厂报告数据是否正确，委托实验室对材料化学成分、拉力试验、弯曲试验、冲击试验等数据进行检测，通过分析实验确定，座板材料符合GB/T 1591-2008要求。

经过对座板材料的出厂质量证明检测及实验室的再次检测，可以确认，座板材料化学成分及机械性能合格，满足标准要求，可以正常使用，不是引起座板产生裂纹的原因。

化学成分

2.4 焊接施工

焊接过程为将件19加强板与件27座板连接成一体的重要过程，此过程需根据材料特性及图纸要求选择对应的焊接规范进行施工，因此需确认此过程是否存在问题。

根据图纸及目录表可得，件19加强板与件27座板焊接形式为角焊缝，件19厚度14mm，件27焊接位置为变截面，与件19焊接处厚度为50mm。

件27，为正火板，焊接前需计算碳当量。根据复检化学成分数据，依据碳当量计算公式，CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15，得出座板碳当量为0.48，属于有冷裂纹倾向材料，焊接前需要预热80℃，焊接时需要控制线能量，焊接后需要缓冷，防止因材料的淬硬性及焊接结构拘束度等原因导致焊缝位置出现冷裂纹。件19，为热轧控轧板，碳当量0.41，属于可焊性较好材料，焊接前仅需预热烘干去氢即可。因此，为满足焊接质量，防止冷裂纹出现，件19与件27焊接时，需按件27材料要求进行焊接。

为确认焊接施工是否正确，便检查了施工记录，通过记录可知，实际焊接操作时，件19加强板先与腹板焊接，然后沿着腹板焊缝焊接到件27座板位置。焊接时，座板位置没有进行单独预热处理，仅同腹板一起沿焊缝位置进行了10℃的烘干去氢处理，焊后没有缓冷处理，直接空冷至室温。

因此，可以确认座板焊接时，选用了错误的焊接规范，没有按照正确的工艺要求进行施工。

3 结论

在经过对强度计算、疲劳计算、材料检测及焊接方式等四个方面的校核后，可以确认，前大梁端梁滑轮座板位置的强度计算及疲劳计算满足设计规范要求，材料自身质量符合制造标准要求，但是在座板的焊接过程中，选用了错误的焊接规范，没有对座板进行焊前预热及焊后缓冷，导致焊接后产生冷裂纹。而此处又因为是角焊缝，图纸没有探伤要求，因此焊后没有及时发现裂纹。最终在设备的使用过程中，在钢丝绳的横向拉力作用下，冷裂纹逐渐延展，导致座板开裂。

4 建议

为避免此类问题的再次发生，建议在焊接施工前，将板材按照交货状态分类，分别计算碳当量，并按照计算结果确定焊接规程，以保证焊接质量。

参考文献

[1]欧洲起重机设计规范（F.E.M） 第三版 修订版[S].1998.

[2]GB/T 1591-2008.低合金高强度结构钢[S].

[3]钢结构焊接规范[S].第22版 AWS D1.1/D1.1M：2010.