港口起重機金屬結構裂紋的診斷與維修

顏世峰+姜曉鋒

摘 要：港口起重機在港口是一種主要的運卸貨物的設備，但是正是因為其的重要性，讓港口的起重機只要出現故障就會帶來巨大的風險，因此本文將從港口起重機的金屬結構裂紋的診斷以及維修這一方面來進行分析，希望能通過本文的研究，能夠對港口起重機金屬結構裂紋的診斷以及維修上提供一些幫助，為港口提供更多的安全保障。

關鍵詞：港口起重機；裂紋；診斷；維修

一、前言

起重機對于港口的作業來說起到了重要的作用，港口起重機在港口中主要負責的就是貨物的運卸，這樣循環的工作對于起重機的金屬結構來說是一種很大的挑戰，因為只要起重機的金屬結構出現問題就會影響工作的繼續，還會給港口的工作人員帶來不小的危險，因此關于港口起重機金屬結構的裂紋必須予以重視，避免危險的出現。在港口起重機的調查中，不少起重機都有或多或少的耗損，其中裂紋更是占到了其中的的百分之八十，但是雖然起重機出現為裂紋等故障，但是因為起重機的價格昂貴以及起重機結構零件體積重量過大，一出現問題就更換的事情是不允許的因此關于起重機金屬結構裂紋方面的研究是十分有價值的，這樣才能夠保證港口的經濟效益以及人員的人身安全。

二、港口起重機裂紋的診斷

在港口起重機上金屬結構的裂紋是一種非常常見的問題，雖然這些問題的存在并不影響起重機正常的工作，但是卻是一種潛在的危險，假如這些裂紋加速裂開就會成為金屬結構斷裂的事故，因此雖然裂紋暫時不影響起重機的正常工作，但是仍然要把診斷以及維修看成一件重要的事情。關于起重機裂紋的診斷也是根據手里以及結構等多種原因分析的出結論決定起重機是否應該繼續的工作還是停止工作進行修理。

在工程斷裂力學中，裂紋存在著一個臨界的裂紋長度，當達到了這個臨界值就說明機器不能繼續使用，當裂紋的長度沒有達到這個臨界值時，就說明仍然可以繼續使用。這個臨界的裂紋長度是根據公式測出，裂紋長度是ac：

其中一般情況下σmin=0，這是因為在不吊重的時候，金屬結構的裂紋地方的受力應該是0，這樣的情況下ac的數值就比真正的數值小，這樣也就更能夠保證起重機的安全。其中f代表的是修正的參數。

三、起重機裂紋的維修

在根據起重機金屬結構的裂紋診斷系統進行一些的判斷后，就能夠確定港口起重機的金屬結構是應該進行更換還是應該維修。對于起重機的金屬結構的裂紋一般情況下就是用焊接的方法對那些裂紋進行維修。對于這些應該進行維修的裂紋首先需要做的就是判斷裂紋產生的原因，一般情況下裂紋產生主要是因為使用強度大、銹蝕、焊接等，之后就可以根據裂紋產生的原因來進行對應的維修手段，除此之外還應該對裂紋自身的情況進行確定，比如裂紋的長度以及深度，對這些進行檢查后就可以確定是屬于穿透性的裂紋還是非穿透性的裂紋，之后再根據實際的情況對維修的方法進行選擇。對于穿透性的裂紋進行補救的時候，就應該對整個裂紋部分進行揭露，并對整個裂紋長度的地方進行焊接，對裂紋長度的方向進行焊縫邊的處理。之后對于裂紋的尾部還應該進行止裂孔操作。除此之外，有時還會對焊縫的反面進行底焊，有時也會借助墊板來進行焊接，讓焊接的過程進行的更加的順利。在對非穿透性裂紋進行維修的時候，應該使用沿裂縫深度進行整個焊透的單面焊接，之后對裂紋的尾部加上止裂孔，止裂孔不需要進行補焊，或者使用反向補焊的方法進行對接焊縫實行焊接。在進行維修時，還應該對焊縫有裂紋或者是有其他需要維修的地方，應該對裂紋的長度進行一定長度的增加之后再進行補焊。這時候就會運用到氣割的方法來進行焊接，直到對有其他缺陷的焊縫維修到有金屬光澤的時候才算焊接的完成。補焊的時候還應該有溫度的要求，達到一定的溫度高度之后在進行補焊，除此之外對于補焊的次數也有一定的要求，最好是不應該超過三次，三次之后這個部位再有裂紋出現后就應該對這個裂紋所處的部件進行替換，這是因為焊接的焊縫已經與母體已經脆化。在焊縫后在同一位置再次出現裂紋也是需要重點關注的，主要有幾種可能，首先是再次出現裂紋的地方已經出現脆化，所以就算再次進行焊接之后還是會有裂紋的出現，還有一種可能在裂紋部分的力流不順暢，這就讓裂紋所處的部位受力過大也會讓同一部位出現裂紋，還有的可能性是裂紋附近不問的橫隔板等有問題，這些橫隔板的問題引起了裂紋部位出現問題，最后就是起重機運載的貨物太重，已經超過了起重機的荷載重量，這樣也會對起重機造成一定的影響，讓起重機的金屬結構出現裂紋。假如裂紋出現的時間過短也有可能是上一次的焊接不到位，或者是停止工作時間過短。起重機的金屬結構裂紋的修補質量對于港口的經濟效益的提高有很大的幫助，因此必須保證修補程序的準確進行，這樣才能夠保證起重機金屬結構的安全性。

四、起重機裂紋出現的原因

對于起重機金屬結構的裂紋除了要對金屬結構的裂紋進行診斷以及維修之外，還應該對裂紋出現的原因進行研究，這樣才可以在一定程度上從根源來避免裂紋的出現。裂紋大部分都是因為起重機疲勞造成的，起重機的金屬結構的母材也會對裂紋的出現產生一定的影響。鋼材在反復負載的情況下，會出現一種突發性的破壞，主要是鋼材在彈塑性的階段，反復進行負載甚至超出負載量就會讓鋼材的變形，這樣就讓鋼材變硬從而含有一定的脆性，這樣就會導致一些微小的裂紋的出現。沸騰鋼的表面是一個雜質很少的、基本上是純鐵的薄層。中間含有許多的碳、磷等物質，就會形成正偏析，再加上有毒氣體就會產生比較嚴重的偏析現象。這樣沸騰鋼的缺點就顯現了出來，沸騰鋼在焊接的時候極其容易產生裂紋，因此可焊性就比較差，再加上有害氣體的原因就加強了它的冷脆性。在我國早期港口起重機的金屬結構大本分使用的是沸騰鋼，這也是那時金屬結構極易開裂的一個原因。鎮定鋼是起重機主要受力的金屬結構使用的母材，這是因為鎮靜鋼的偏析程度小，相對于沸騰鋼來說它的冷脆性更小，鎮靜鋼的可焊性以及抗腐蝕能力也比沸騰鋼好上不少，但是鎮靜鋼并不具備所有的優點，在塑性上沸騰鋼就比鎮靜鋼要高上不少，這是因為鎮靜鋼中硅的含量比較高的緣故。

在起重機進行應力時，一般都是雙向或者三向的應力，這樣就會讓材料的受力狀態比較復雜，這時候就會讓剛才變得更加的脆弱。因此在選擇母體材料的時候，一般就會選擇材料本身缺點比較少的鋼材。

起重機的金屬結構的裂紋診斷以及維修是一個復雜的問題，整個過程所牽扯的學科也很多，因此想要對港口起重機的金屬結構裂紋有一個詳細深入的了解，是需要時間以及經歷的一件事情。隨著科技的不斷發展，對金屬結構的研究也會起到很大的幫助，只有在研究上進行的更加深入、全面才能夠讓港口的起重機以及港口工作人員的安全得到保障。

參考文獻：

[1]李中金. 港口起重機帶裂紋結構安全評價實驗及應用研究[D].武漢理工大學，2014.

[2]金振華，李宗波，莫艷霞. 港口起重機帶裂紋結構剩余壽命評估系統的開發[J]. 裝備制造技術，2015，08：120-122.

[3]唐遠輝. 起重機帶裂紋構件安全性評價[D].武漢理工大學，2013.

[4]張向東，嚴華，蔡春波，鄭培. 在役港口起重機金屬結構疲勞壽命分析[J]. 中國水運（下半月），2014，05：147-148.

[5]孫德濤，湯志貴，陳龍，卜宜文. 一起橋式起重機金屬結構裂紋檢測及修復[J]. 安徽冶金，2016，01：46-48.

[6]張沖，姚海子，趙俊，鐘舜聰，郭金泉，雷紹群，萬當，楊曉翔. 基于光纖光柵應變傳感系統的在役港口起重機結構健康監測[J]. 機電工程，2013，04：426-429.