门式起重机金属结构疲劳裂纹分析与修理方法.docx

1、门式起重机金属结构疲劳裂纹分析与修理方法门式起重机金属结构疲劳裂纹分析与修理方法对于门式起重机的金属结构而言，微裂纹的产生和扩展在实际工作中根本无法预防和监测。因为人们往往关心宏观裂纹的扩展时间，而微裂纹却在被忽视的同时已加速扩展，最后形成宏观裂纹，使得门式起重机存在严重的安全隐患。在日常的检验中，起重机的检验重点是确定结构的损伤部位，寻找与损伤部位相关连的缺陷:1)结构构件和焊缝中的裂纹；2)组合件及其组成构件和局部残余变形；3)铆接和螺栓连接零件的位移；4)组合件的闭合箱体和结构件的锈蚀；5)钢轧板件发生分化；6)铰连接构件机械连接的损伤和磨损。不难看出这六个方面最难发现的就是裂纹，裂纹造

2、成的危害极大，引起起重机时有臂架折断、圆筒整体断裂等恶性事故。为此，笔者针对性地研究疲劳裂纹的扩展因素以及相应的裂纹修理方法。一、疲劳裂纹的扩展一、疲劳裂纹的扩展对于宏观裂纹尺寸，其扩展只取决于整体的工作性质和条件，而不是某个局部的性质和条件。从线弹性力学观点来讲，宏观裂纹的扩展可用应力强度因子来描述。然而，正如静态加载裂纹一样，在扩展的疲劳裂纹尖端处也存在塑性区，这些塑性区的存在对裂纹的扩展也会产生重大影响。此外，环境也是影响宏观裂纹扩展的一个重要因素。对疲劳微裂纹扩展而言，关键在于裂纹从初始尺寸扩展到最大尺寸的允许值是多少，此时结构恰好能避免破坏。因此，疲劳裂纹的扩展可用三个参数来描述，即

3、初始裂纹尺寸、最大允许裂纹尺寸及裂纹扩展周期来描述。其中，用无损检测技术能可靠测得裂纹的最小尺寸，它并不一定等于初始裂纹尺寸，而是取决于采用何种无损检测技术。而在原理上能用线弹性断裂力学或弹塑性断裂力学来确定，以便预示裂纹失稳断裂的开始。二、焊接结构断裂因素分析二、焊接结构断裂因素分析对门式起重机这样的大型焊接结构，引起其脆性断裂的因素很多，包括温度、材料韧性、焊接工艺、残余应力、疲劳、约束等。但断裂力学认为，本质上有影响的因素只有三个(其它因素只是影响这三个因素)，即材料韧性、裂纹尺寸和应力水平。1、材料韧性含缺口的材料在缓慢加载及线弹性特性情况下，承受载荷或抗塑性变形的能力可以用平面应力的临界强度因子或平面应变的临界强度因子来描述；在最大约束冲击或动力加载及线弹性特性情况下，用动态应力强度因子来描述。2、裂纹尺寸复杂的焊接结构在制造时总会存在一些缺陷(气孔、未熔合、未焊透、表面夹渣、裂纹、焊瘤等)，而脆性断裂总是从各种形式的细小缺陷开始，经过疲劳和应力腐蚀就可能扩展到临界尺寸。3、应力水平应力是引起脆性断裂的必要条件，使用各种应力分析技术可确定该应力的大小。总之，断裂力学建立在应力分析基础上，用应力强度因子描述裂纹尖端应力场的强度，反映裂纹扩展和材料的断裂行为；用应力及裂纹尺寸描述断裂特性，并预测结构对脆性断裂的敏感性。将这三个因素联系起来，可以定量评价结构的安全性和可靠性。