裝載機(jī)用油缸缸筒破裂研究

孫傳江 王洪林

摘 ?要：裝載機(jī)用油缸是一種整機(jī)易損件，在使用的過程中容易出現(xiàn)缸筒破裂的問題。該文結(jié)合一起裝載機(jī)用油缸缸筒破裂事故，從宏觀和微觀兩個(gè)角度分析裝載機(jī)用油缸缸筒破裂的原因，并從馬氏體組織研究入手分析裝載機(jī)用油缸缸筒轉(zhuǎn)角應(yīng)力集中問題，找到裝載機(jī)用油缸缸筒破裂的原因。

關(guān)鍵詞：裝載機(jī) ?油缸 ?缸筒 ?破裂 ?原因 ?解決

中圖分類號：TH137.51;TH243 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（c）-0051-02

油缸是裝載機(jī)在運(yùn)行過程中所應(yīng)用的一種重要液壓元件類型，在油缸應(yīng)用的過程中缸筒是液壓缸的重要零構(gòu)件，它的質(zhì)量深刻影響整個(gè)轉(zhuǎn)載機(jī)的使用壽命。在一般情況下，油缸的工作壓力在16～22Mpa之間，在這樣的工作環(huán)境中油缸焊接質(zhì)量直接影響到裝卸機(jī)油缸使用壽命。為此，該文結(jié)合實(shí)際就裝載機(jī)用油缸缸筒破裂問題展開探究。

1 ?裝載機(jī)用油缸缸筒破裂試驗(yàn)操作方法

1.1 試驗(yàn)樣品的選擇

該文研究所選擇的試驗(yàn)樣品是在各個(gè)工廠中所應(yīng)用的一種經(jīng)過正火處理的45型號破裂裝載機(jī)用缸筒，缸筒外部直徑為554mm，內(nèi)部直徑為452mm，總體長度在3694mm左右。距離裝載機(jī)端部123mm的位置上存在一個(gè)進(jìn)油孔，進(jìn)油孔和進(jìn)油管密切聯(lián)系在一起，完成油氣資源的輸送。

1.2 試驗(yàn)樣品的測試方法

在經(jīng)過全面分析之后選擇專業(yè)的儀器設(shè)備對缸筒的使用質(zhì)量進(jìn)行全方位的化學(xué)分析，在全面分析之后應(yīng)用較高分辨率的數(shù)碼相機(jī)來對被檢驗(yàn)的樣品進(jìn)行宏觀觀察，應(yīng)用高精準(zhǔn)度的顯微鏡對斷口進(jìn)行全面的觀察分析，在經(jīng)過以上一系列分析操作之后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究取樣。

在取樣過程中需要應(yīng)用4%左右濃度的硝酸精溶液對樣品進(jìn)行防腐蝕處理，在對樣品進(jìn)行防腐蝕處理之后再重新應(yīng)用高精準(zhǔn)度的顯微鏡進(jìn)行再次處理分析，同時(shí)應(yīng)用維氏硬度計(jì)拉測定實(shí)驗(yàn)材料的硬度。

2 ?裝載機(jī)用油缸缸筒破裂試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 化學(xué)成分

對裝載機(jī)用油缸缸筒破裂試驗(yàn)材料進(jìn)行光譜分析，其化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下所示：w（c）=0.47%，w（s）=0.007%，w（Si）=0.18%，w（Mn）=0.58%，w（p）=0.02%，w（Cr）=0.68%，w（Ni）=0.038%，w（Cu）=0.087%，整個(gè)材料的化學(xué)成分符合鋼材料的基本標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 破裂基本情況

裝載機(jī)用油缸缸筒破裂發(fā)生在進(jìn)油孔的一邊，具體破裂形狀呈現(xiàn)出“V”字形，裝載機(jī)用油缸缸筒破裂兩側(cè)的斷裂面呈現(xiàn)出平行、曲折發(fā)展?fàn)顟B(tài)，具體如圖1所示。根據(jù)圖1的信息可以發(fā)現(xiàn)裝載機(jī)用油缸缸筒破裂斷面比較粗糙，從整個(gè)斷面上可以發(fā)現(xiàn)，裂縫的基本走向，從總體上來看，V字形翹塊頭部呈現(xiàn)出交匯的局面，V字頭直接指向油孔，裂縫在孔隙的焊接縫隙朝著外部延伸。

在將油孔區(qū)域位置上的裂縫打開之后能看到宏觀形貌圖，整個(gè)裂面呈現(xiàn)出一種銀灰色的情況，在距離焊縫轉(zhuǎn)角區(qū)域的裂面比較平坦，且該區(qū)域周圍從開始階段逐漸向兩邊拓展，裂面拓展區(qū)域情況比較粗糙，整個(gè)擴(kuò)展區(qū)域裂面呈現(xiàn)出解離形貌的狀態(tài)。

2.3 焊接接頭和母材金相情況分析

第一，焊縫區(qū)域基本情況分析。焊接接頭包含焊縫和熱影響區(qū)域，在放大鏡的作用下整個(gè)組織呈現(xiàn)出枝晶分布情況，并且在焊縫區(qū)域范圍內(nèi)出現(xiàn)了裂縫。在具體焊接操作的過程中大部分焊接方式采取的都是局部加熱的方式，因而在整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)中會出現(xiàn)不同程度的焊接應(yīng)力和變形情況，加大了整合焊接操作的缺陷，容易出現(xiàn)熱裂紋。第二，焊接熱影響區(qū)金相分析。在熱源的影響下，裝載機(jī)用油缸缸筒破裂焊接的兩邊組織和性能會出現(xiàn)比較深刻的變化。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，在母材金屬和焊接縫隙之間存在一定距離的時(shí)候各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的溫度會出現(xiàn)比較大的差異，這種差異使得母材冷卻的時(shí)候還會出現(xiàn)一系列組織變化，具體分為淬火區(qū)域和不完全的淬火區(qū)域，在焊接熱影響的過程中受彼此化學(xué)成分差異的影響，焊接接頭的韌性和強(qiáng)度也會出現(xiàn)變化。（1）完全淬火區(qū)。在完全淬火區(qū)中，裂縫會沿著焊縫邊緣發(fā)生移動，在較大的倍數(shù)影響下，整個(gè)裂縫表面會出現(xiàn)馬氏體組織，裂縫問題和之前相比也將會變得更加嚴(yán)重。（2）不完全淬火區(qū)域。在焊接進(jìn)程的影響下，珠光體組織會發(fā)生變化，之后在連續(xù)冷卻的影響下奧氏體會轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w和托氏體的結(jié)合。（3）母材。母材是靠近表層組織的比較存檔的珠光體和鐵素體組合，晶粒大小為5.5級別。在加熱的過程中所形成的奧氏體晶粒度會對裝載機(jī)用油缸缸筒的冷卻相變產(chǎn)生深刻的影響，在這種影響下整個(gè)熔焊作用下奧氏體晶體顆粒會出現(xiàn)比較大的變化，這種變化會降低整個(gè)晶粒的柔韌性。在這種情況下應(yīng)用細(xì)晶能夠提升焊接的韌性。

2.4 焊接熱影響區(qū)的硬度分析

在硬度測試后，維氏硬度測試方法能夠精準(zhǔn)的反映出硬度的變化情況，在裝載機(jī)液壓油缸母材和焊接熱影響區(qū)域和焊縫區(qū)域隨機(jī)選擇荷載為4.9N的維氏硬度值，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，熱影響區(qū)硬度峰值落在熔合線的周圍，在離開熔合線之后硬度會快速降低;還可以發(fā)現(xiàn)，不同熱影響區(qū)硬度的變化，從一個(gè)側(cè)面反映了不同的金屬組織。

3 ?結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過以上的實(shí)驗(yàn)分析總結(jié)出，如果熱影響區(qū)域內(nèi)的硬度較高，則是說明裝載機(jī)液壓油缸內(nèi)部存在馬氏體組織，裝載機(jī)液壓油缸部件在焊接之后也沒有進(jìn)行常規(guī)的退火處理，受焊接裂紋的影響整個(gè)裝載機(jī)液壓油缸的焊接區(qū)域會出現(xiàn)較大的殘余應(yīng)力。缸筒母材的組織分布不夠均勻，周圍表面來晶粒粗大，對裝載機(jī)液壓油缸焊接質(zhì)量產(chǎn)生了不利的影響。同時(shí)，在轉(zhuǎn)角位置上還出現(xiàn)了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，由此出現(xiàn)了晶粒粗大塑韌性較低的馬氏體組織，在壓力試驗(yàn)波動的影響下會出現(xiàn)開裂和擴(kuò)展現(xiàn)象，由此加大了應(yīng)力疊加開裂的可能。

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