中后期服役门机结构裂纹故障的分析与对策

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Analysis on Crack Fault and Its Solution for Portal Crane in M iddle Later Period ServiceNo.3 branch Co.of Tianjin Port Group Ltd. Ton9 Jidon9 Don9 YuhaiAbstract：The main structure of portal crane in middle later period service normaly appears much more crack，which effects the craneg safe working seriously.Based on the theories of crane structural mechanics and metal material frac-ture mechanics，and in consideration of field test with its signal data，the crack status，the reason，and the propagationmechanism are analyzed deeply.So that the repair plan from the analysis can resist the crack further propagation and caninsure the crane work safely。

Key words：portal crane；crack；repair由于工作机构经常做往复联合动作，门机金属结构的载荷特征比其他类型的起重机更复杂，经过多年的使用和环境作用后，金属结构中不可避免地会发生裂纹，且裂纹的发生与发展有 自身的独特规律。我公司门机数量多，工作任务重，金属结构经常会出现裂纹类故障。为了深入掌握门机裂纹的产生与发展机理，我们对几台中后期服役的门机进行了结构状态监测 ，研究 门机主要结构出现的裂纹 ，分析缺陷产生的原因、发展规律及趋势，制定修复方案，控制裂纹的扩展，从而保障起重机的安全生产。

1 门机结构件的裂纹现象门机的裂纹大都分布在主要承载构件上，这些构件的受力比较复杂，形成的应力场往往与门机的工作循环相对应，幅值大型方向具有往复波动性，易导致裂纹产生。这些构件的焊缝也常常出现裂纹，然后向母材扩展。监测门机的裂纹，主要出现如下现象 ：(1)臂架内部母材及筋板出现开裂。

(2)臂架变 幅拎 点处 ：在 与小拉杆连接 的左侧拎点处的臂架上翼缘板和相邻侧面腹板出现母材开裂现象。

(3)臂架根部铰点处 ：臂架右侧下根部出现翼缘板和腹板母材开裂 。

(4)左侧活配重平衡梁支座与变幅油缸连接处的耳板前后 出现母材开裂现象。

(5)门架上支承环与门腿连接处内外侧出现不同程度 的焊缝和母材再开裂现象。

(7)左右侧活配重平衡梁尾部横向连杆与右侧活配重平衡梁连接处出现焊缝开裂。

2 主要结构裂纹产生原因分析裂纹的产生与受力构件内部的应力集中密切相关 。通过现踌测，考虑门机的工作特点，归纳各主要部件裂纹产生的主要原因如下 ：(1)门机使用时间较长 ，磨损量大 ，各运动部件之间运动铰接处有明显间隙。在实际工作过程中，整机晃动，振动幅度大。由于振动的随机波动性，臂架及其下铰点、上支撑圆环与门腿连接处、活配重平衡梁等主要承载构件，时常有瞬时过载的现象，最终产生疲劳裂纹。

(2)门机使用时 间较长后 ，在各种环境因素 的作用下，臂架内部纵向筋板有些变形，厚度、高度、长度都不够，在较高的交变应力的作用下，臂架内部横隔板附近容易出现裂纹。

(3)门机设计制造上有缺陷，受交变载荷作用的上支撑圆环与门腿连接支承处，本来承受较大的交变载荷，设计制造时没有考虑到结构的平滑过渡，51Port Operation 2013.No.3(Serial No.210)导致应力集中，过早产生裂纹。

(4)作业工况影响门机的疲劳损伤。用于散货装卸的门机基本上都是最大负荷作业，作业强度高，连续作业时间长，再加上环境恶劣，导致钢结构出现较多的疲劳损伤。

(5)门机多处出现的焊缝开裂现象 主要是由于制造过程中焊接部位存在缺陷所致。

(6)有些部位的结构件出现的裂纹修复后很快又开裂。其主要原因是：修复时未在裂纹末端设置止裂孔，将原裂纹补焊后应力集中依然存在；受空间狭窄、高空作业等环境条件限制，焊接质量难以保证 ，焊缝 中存在缺陷。

3 门机裂纹焊接修复及结构加固方案门机金属结构出现裂纹后要及时修复，对于服役中后期的设备，不仅要去除全部裂纹缺陷，而且要加固结构。技术方案要可行、有效、安全，并考虑工程改造量和经济效益。

3.1 臂架变幅拎点母材开裂修复方案3.1.1 裂纹修复主要步骤(1)变形矫正。在门机适当幅度下，将腹板开裂位置处的局部变形用火烤方法矫正。

(2)清除开裂修复部位污物∶正局部变形后，清除开裂部位污物，打磨去除开裂处油漆，见金属光泽后，用20倍放大镜检验可见裂纹，查明开裂处两端部的确切位置，用记号标定。

(3)用 5.0 mm钻头在开裂端部钻通，作为止裂孔。该项工作可在臂架内部或外部实施。在臂架内部实施时，应注意通风和排尘。

(4)臂架外部可见裂纹开坡 口。为保证焊接质量，应在开裂位置开坡口，以保证焊满焊透，可从臂架外部开坡口。

(5)选择焊条。焊条应与门机钢材材质相适应，Q235材质应选择酸性焊条，16Mn材质选择碱性焊条，焊条直径推荐 2.5及(2j3.2，焊前按规定烘焙 ，取出放入保温桶 。

(6)裂纹焊 接工艺。施焊 时，将臂架 幅度调 整到适当位置。第 1层用 2.5焊条，焊完第 1层后清除渣壳，用钢丝刷使表面呈光亮。第 2层及以后各层用 3.2焊条。除第 1层外，焊后用球面型锤头锤击焊缝及边缘。锤击应在焊后趁热进行，应避免锤击过度而造成二次开裂。锤击的作用在于释放或降低焊接残余拉应力。应按照焊接工艺，避免出现可见焊接缺陷及内部缺陷。检查符合要求后，再进行下-步操作。

S2(7)去除焊渣，进行必要的打磨，去除施焊过程中出现的焊瘤等缺陷。

3.1.2 臂架内部补强加固步骤为进-步加强臂架修复处的刚性，在臂架内部采扔固措施，方法如下：将修复后的焊缝打磨平整 ，并将相关部位去除表面油漆及其他杂物后 ，分别在修复后的腹板和翼缘板上、垂直于原裂纹方向，即沿臂架纵向轴线方向布置长、宽、厚与其原相邻横隔板相适应的筋板各 1块，并且与相邻横隔板相连，2块加强筋板与腹板和翼缘板通过焊接形成封闭的矩形补强箱梁(见图 1)。焊接完成后，矫正局部变形，经检查无缺陷后，重新去渣、补漆。

附加筋板 ： 裂纹附加筋板图 1 臂架 内部补强加固方案示意图臂架下根部腹板和翼缘板母材开裂修复方法同3.1.1”。

3.2 门架上支承环与门腿连接处焊缝再次开裂修复方案门架上支承环与门腿内侧和外侧连接处曾经开裂后修复，而又在焊缝及母材处开裂，对原焊缝需要再次修复补焊 。主要步骤如下：(1)清除原开裂焊缝。用气刨将原焊缝组织彻底清除，刨去裂纹处的焊缝及金属母材，然后用砂轮打磨缺口，使其光滑，以利于施焊和去除气刨形成的淬硬层。

(2)对于因焊缝再次开裂扩展导致母材新产生的裂纹，采用3.1.1”的方法进行施工。用砂轮机将原焊缝组织彻底清除，磨去裂纹处的焊缝及金属母材 ，即开坡 口施焊。

(3)补焊。施焊前，有条件时在边缘设置引弧板。在坡口施焊过程中，视条件允许，逐层堆焊，注意坡口内侧施焊时，采用小电流、较细焊条，旧能保证内侧不产生焊接缺陷。

(4)补强加固方案。新补强加固的门架上支承环与门腿连接处的筋板或加强板应较原板件尺寸有所增加，或适当错开原加固位置，尽量避免同-部位、同-焊缝多次施焊，以免可焊性降低而影响焊接质量和修复效果。在补焊修复位置，视现场施工条件，在门架上支承环与门腿之间采用三角筋板加强，且在三角筋板外侧加面板(见图2)，使门架上支承港口装卸 2013年第 3期(总第210期)斗轮堆取料机前臂架屈曲变形修复工艺研究张家港港务集团有限公司港盛分公司 张大国1 斗轮堆取料机臂架损坏及其修复问题 臂架的快速修复方案。

张 家 港 港 务 集 团 8A 货 物 堆 场 上 1台DQL1O00/1250.30型斗轮堆取料机 ，2006年 9月投入使用。2011年 12月，该机在取料作业过程中前臂架突然发生扭曲变形，前臂架根部右侧上翼缘板和腹板出现严重屈曲变形。

斗轮机钢结构损坏后 ，公 司组织人员对该斗轮机作业过程中可能存在的异常载荷进行分析，检查了斗轮机大车行走制动器、电气控制和安全保护系统及现场作业环境等，向当班司机了解当时的操作和设备性能状况，初步排除了斗轮机前臂撞击料堆、斗轮强行刮扫料堆和货物塌方等可能性。

斗轮堆取料机是散货作业的重点设备 ，前臂架损坏后对生产的影响十分严重，为此公司积极组织开展修复，先后向2家斗轮机专业制造厂进行了咨询，2家单位都认为修复难度太大，建议重新设计制造并整体更换前臂架总成。但是，这样不仅费用较大，而且修复工期需要40天以上，为此，集团技术与信息化部决定与金属结构专业制造厂家-起研讨前2 修复方案和工艺港口机械制造竞争日趋激烈，为了降低成本，减轻设备结构自重，制造钢结构选用的钢板越来越薄，钢结构安全系数越来越小，从而导致前臂架钢结构刚度和疲劳强度不断降低。我公司型号和生产率相同的3台设备，前臂腹板和翼板板厚相差较大，钢板厚度较厚的2台斗轮机使用 20年后钢结构状况仍然良好，而钢板厚度较薄的那 1台斗轮机仅使用 5年就出现了钢结构屈曲变形。为此，我们制定的修复方案和工艺分为如下 3个主要部分：首先是使用千斤顶对前臂架进行整形矫正；然后对前臂钢结构进行加固；最后是调整平衡系统中的活动配重，以确保变幅机构工作正常。

3 现场施工组织与实施(见图 1)现场施工总体要求如下：①施工人员 8-10人，其中电焊工 4～6人，其余为辅助人员。②整个修复过程需要5 t叉车2台，5 t装载机 1台。③施工工环与门腿的连接加 固补强。

图 2 门架上支承环与 门腿 连接处补强加 固方案3.3 活配重平衡梁耳板开裂修复方案门机左侧平衡梁铰点耳板前后方焊接施工位置较小 ，对此处母材裂纹直接补焊 ，并在耳板外侧增加径 向筋板 ，增加局部刚性 ，防止再次开裂。

3.4 转柱顶部与转台连接处母材开裂修复方案转柱根部母材曾经出现过裂纹，修复后又出现局部裂纹，需要进行彻底的修复处理。如果暂时不能解体大修，就-定要做初步修复处理，并加强对该处的裂纹检测。

此外，为巩固门机的修复加固效果，保证修复质量，在修复加固全部工作完成后，至少要停机 24 h才能由轻载至重载逐步恢复门机工作。

4 结语实践证明，本文叙述的中后期服役门机主要金属结构件疲劳裂纹的修复、控制和结构加固方法是非常有效的。