港口起重机疲劳破坏成因分析及修复措施探讨

摘  要：随着经济的不断发展全球化贸易往来愈加频繁，港口货运贸易变得更加繁忙。港口起重机承受装载与卸载作业工作，长期运行会导致起重机出现疲劳现象，导致结构零部件松动，出现裂缝等问题造成起重机不能正常工作。对于港口起重机需要定期进行检查与维修，防止起重机出现疲劳损坏。本文分析了起重机金属构件疲劳破坏的成因及金属构件的焊接问题，重点讨论了金属构件修复工艺，为港口起重机的修复提供了参考。

关键词：港口起重机;疲劳破坏;起重机修复

中图分类号：U653.921    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

港口起重机承担着港口船运的装载等重要工作。目前我国的经济发展速度加快，贸易往来频繁，港口货物装载作业工作量急增，加上港口操作环境恶劣，因此对于港口起重机的承载性能提出了新的要求。港口起重机要能够承受循环负荷，当起重机长期运行时在焊接区域、连接轴和叶片等环节容易出现疲劳损耗，，从而导致断裂现象的出现，进而无法保证设备后期的安全运行。因此为保障起重机设备的正常工作，需要定期检查运行状况，确认设备的可靠性并进行科学的维护。

1 起重机金属构件疲劳破坏的成因

1.1疲劳破坏部位及应力集中对疲劳破坏的影响

起重机的连接区域如象鼻架、门腿、人字架等位置容易出现裂缝，，导致这些区域出现裂缝的主要原因是该区域容易承受交变应力从而导致应力过高使连接产生裂缝。。从设计角度讲，造成这种现象的主要原因是力流传递不够流畅而且连接区域焊缝过多造成结构设计的不合理。 。

对于起重机而言，焊缝的常用形式为对接焊缝与角焊缝，造成焊缝破坏的主要原因还是应力集中。当对于未进行后续机械加工的焊缝容易导致起重机的抗疲劳度降低。为了改善这一情况，应及时采用相应的加工技术去除突出部件。

1.2 金属母件对疲劳破坏的影响

（1）钢材的抗疲劳性能。起重机出现疲劳破坏的原因与材料有关，钢材在循环荷载作用下会出现疲劳破坏现象即当应力小于极限强度时，钢材会发生突然的脆性破坏。如果此时的钢材处于弹性成形阶段，那么循环载荷就会导致塑性变形的增长，这时候钢材会变得更脆。在进行装载作业时，往往会产生微裂纹，微裂纹的出现导致应力集中而且产生的微裂纹还会呈现扩展的趋势，数量会不断增加，造成应力的集中从而最终出现断裂破坏。

（2）钢材的焊接性能。钢材的抗疲劳程度与疲劳损坏有关，钢材之间的焊接工艺也与疲劳破坏有关，钢材本身的焊接性能会出现脆裂，比如自身会产生冷裂、热裂等。钢材本身除了锰元素外，还存在硅、碳等许多其他元素，这些元素会增加钢材热裂倾向以及热脆性，所以在进行钢材生产时候需要控制上述元素的含量。

（3）沸腾钢。所选钢材不同，出现疲劳损坏的原因也不同。当使用沸腾钢时，沸腾钢的一个主要特点就是偏析程度严重，主要表现为表面是少量的碳铁薄层，中间层富含大量的碳、硫、磷等元素。由于沸腾钢的偏析问题比较严重，加上含有较多有害气体因此导致整个钢材的焊接性较差，在进行实际焊接时容易出现裂纹，使结构整体的可塑性显著降低。另外，由于沸腾钢中的氮以固溶氮形式存在，增加了钢材的冷脆敏感性。沸腾钢中的磷元素偏析结果比较明显，会降低钢材的冲击韧性。

（4）镇静钢。另外一种经常使用的钢材为镇静钢，镇静钢的常温冲击韧性比较高，整体密度大，冷脆性低。与沸腾钢相比，偏析水平相对较小而且整个钢材内部的非金属杂质含量相对较低，加上镇静钢中的氮主要以氮化物的形式存在，因此抗腐蚀较高，所以其整体性能优于沸腾钢。当钢结构构件中的槽口等部位的横截面积发生改变时，此时构件应力发生重分布。因此在连接位置容易出现应力集中现象，在这种情况下容易产生脆性破坏，因此选材的时候需要选用内部缺陷低的优质钢材。

2 金属构件焊接分析

金属构件焊接时，钢材焊接工艺的选取是保证焊接质量的关键，具体分析过程如下：

2.1 焊接残余应力

对钢材进行焊接时，要重点考虑冷却过程中的冷却条件，冷却条件不同会导致焊缝中残余应力的不同，此外纵向收缩也会对残余应力造成影响。试验表明：钢材中的焊缝残余应力基本上是拉应力，但是也有压应力的产生，纵向残余应力基本上是腹板作用的压应力，而横向残余应力则是由于在进行焊缝冷却时，钢材产生了横向收缩造成的。此外焊缝的纵向收缩也会造成钢材横向残余应力的产生。当钢构件焊接完毕后不应立即使用，正确的处理方式是将钢材放置一定时间待内部残余应力释放完毕后再进行使用。

2.2 焊接应力形成过程

除了冷却条件会对焊接应力造成影响外，焊接时温度的改变也是造成焊接应力形成的原因之一。中心温度与热源处的温差较大，在进行冷却时中，容易出现马氏体形成过快现象，从而造成焊缝硬度高，韧性差等问题。为了避免以上情况的发生需要控制冷却速度避免形成奥氏体。当温度处于200℃-500°C的冷却时间段时，应适当延长时间促进贝氏体的形成，此时得到的钢材塑性与冲击韧性较理想。

3 金属构件修复工艺

在修复焊接裂纹的早期，需要对出现裂纹的位置进行打磨且保证打磨的实际长度大于焊接裂纹的长度，此外还要使用相关的观察设备进行监察，消除残留裂缝。特别是对于象鼻架等重要部件，在进行修复焊接过程中，应该做好前期准备工作，利用探测仪进行检测，暴露出裂纹，尽可能选择干焊条进行焊接修复而且在修复焊接开始时，需要注意预热修复焊接的位置，控制温度在500℃左右。完成焊接后，还应该做好隔热保护处理。除此之外，起重機需要给予一定的修复时间，在此期间应该尽可能减少起重机的装载作业量。待修复完成后，避免立刻进行满负荷装卸应该先从三分之一负荷量开始装载，让起重机有充足的时间减轻焊接残余的压力。

4 結语

港口的桥式集装箱起重机对于港口船舶运输而言具有重要意义。在长期运行情况下，港口起重机容易出现疲劳损耗等情况，因此需要做好维护工作。工作人员应该对焊缝裂纹进行定期检查，避免起重机长期处于疲劳工作状态同时及时修复焊接部位的裂纹，做好预防工作保证起重机设备运行的可靠性。

参考文献

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[2] 曾春华，邹十践.疲劳分析方法及应用[M].国防工业出版社，1991.

[3] （美）李永利，等著.张然治，译.疲劳试验测试分析理论与实践[M].国防工业出版社，2011.

[4] 林俊宁.关于港口起重机疲劳破坏成因分析及修复措施探讨[J].科技创新与应用，2015（31）：132.

收稿日期：2019-05-06

作者简介：区劲辉（1990—），男，广东佛山人，本科，助理工程师，研究方向：起重机械建造。

Cause Analysis of Fatigue Damage of Port Crane and Discussion of Repair Measures

OU Jin-hui

（Guangdong Special Equipment Inspection and Research Institute Foshan Inspection Institute ， Foshan Guangdong 528000）

Abstract： With the continuous development of the economy， Global trade has become more frequent， and port freight trade has become more busy. Port crane bears loading and unloading operation， long-term operation will lead to fatigue of crane， resulting in loosening of structural parts， cracks and other problems， resulting in the crane can not work properly. The port crane needs to be inspected and maintained regularly to prevent fatigue damage of the crane. In this paper the causes of fatigue damage of crane metal components and the welding problems of metal components are analyzed， the repairing technology of metal components is discussed emphatically， which provides a reference for the repairing of port cranes.

Key words： port crane; fatigue damage; crane repair