摘 要

一履带起重机在停用状态突然倒塌,事故履带式起重机已服役2-3年,经现场检查发现履带起重机两根拉杆断裂是导致履带起重机倒塌的直接原因。事故履带起重机臂长78m 9.5m,平衡重172t,发生事故的时候,履带起重机处于静置状态,现场无施工,无人员,无其他发生碰撞的设备。

在工程生产中,材料断裂事故时有发生,造成了极的损失,安全隐患,本课题针对断裂拉杆进行必要的失效分析,运用相关知识,进行宏观外貌观察、化学成分分析、金相分析、扫描电镜分析得出结论为:拉杆发生多源疲劳断裂,选择拉杆 筋板焊接设计是产生疲劳破坏的源点,裂纹源位于“工”字结构中三个角焊缝的焊趾表面。由于焊趾成尖角状造成了极大的局部应力集中,加之组织中含有回火马氏体硬脆组织,又承受了焊接组织应力的叠加,是拉杆产生疲劳开裂的主要原因。随着疲劳裂纹的扩展,拉杆的有效承载面积逐渐减少,最终导致其在较小的外力作用下发生快速断裂。

关键字：履带式起重机；拉杆断裂；失效分析

ABSTRACT

A crawler crane in the disabled state suddenly collapsed, the crawler crane has been used 2-3 years, on-site inspection found that the two rods broken track is the direct cause of the collapse of the track. Accident crawler crane arm length 78m 9.5m, balance weight 172t, the accident occurred, the crawler crane in a static state, the scene without construction, no staff, no other collision equipment.

In the engineering production, the material fracture occurred, resulting in a very loss, security risks, the subject for the broken rod for the necessary failure analysis, the use of relevant knowledge, the macro appearance observation, chemical composition analysis, metallographic analysis, scanning Electron microscopy analysis concluded that the multi-source fatigue fracture of the rod, the tie rod ribbed welded structure (design) has become the source of fatigue damage, the crack source is located in the "worker" word structure of the three fillet weld toe surface. The tip of the toe has a large local stress concentration, the occurrence of the tempering martensitic hard brittle phase and the superposition of the stress of the welded tissue is the cause of the fatigue cracking of the rod. With the expansion of fatigue crack, the effective bearing area of ​​the rod is gradually reduced, which leads to rapid fracture under the action of smaller external force.

Key words: crawler cranes; rod breakage; failure analysis

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 2

1.1课题背景 2

1.2选题的依据及意义 2

1.3国内外研究状态 3

第二章 失效分析 5

2.1宏观分析 5

2.2化学成分分析 21

2.3 材料力学性能试验和硬度测试 21

第三章 金相分析 23

3.1裂纹金相分析 23

3.2断口的扫描电镜分析 27

3.3结果分析 30

第四章 分析结论 31

第五章 总结与展望 32

参考文献 33

致 谢 36

第一章 绪 论

1.1课题背景

起重机械的描述始见于公元前10年,古罗马建筑师维特鲁维斯的建筑手册。起重机是一种起重机械,可以执行在一定范围内垂直升降和水平移动重物的多多种动作,又名吊车,属于物料搬运机械。起重机在现代机械化生产中占有重要地位,伴随着国内工业化的不断发展,各式各样的起重设备应运而生。目前常见的起重机有:履带式起重机、轮胎式起重机、门式起重机、桥式起重机、塔式起重机。而按照结构形式分类的话可分为:桥架式(桥式、门式起重机)、轻小型起重设备、缆索式、臂架式(塔式、自行式、铁路式、门座式、桅杆式、浮船式),根据起重性质来分类可分为:塔式起重机、桅杆式起重机、流动式起重机。

本课题的研究对象为履带式起重机,英文名:crawler crane,是一种自行式起重机,常见于高层建筑施工中,可以使用履带行走,动臂能够旋转。因为履带和地面的接触面积大,场地通过性良好,作业环境适应性较强,能够在带载状态下行走,用其进行吊装作业广泛运用于各种建筑工地。还能执行行挖土、夯土、打桩等任务。缺点是行走迟缓,当遇到需要长距离转移工地的情况要借助另外的车辆来进行搬运转移。

履带式起重机的组成机构有;动力装置、工作机构、转台、动臂、底盘等。

1.2选题的依据及意义

履带式起重机的安全事故时有发生,如发生在日本某桥梁工地基础施工时的一起事故,操作人员在使用履带起重机从柱孔中吊出放柱孔坍塌的套管过程中,套管全部吊出直立在钢板上后,操纵履带起重机回转使套管放倒的时候,套管接地部分突然滑出,将附近作业人员夹在套管和钻孔机中间夹死。这是属于操作失误产生的事故,而随着科学技术和现代工业化的飞速发展,工程材料或构件随之面对着更加苛刻和恶劣的使用环境,使得材料的失效行为呈现得越来越复杂繁多,断裂、腐蚀和磨损是工程构件或材料的最主要的三种失效方式,其中断裂时发生频率最高,危险性最大的一种失效方式,在多数情况下有很大几率造成严重的安全事故[1]。

如在甘肃某一工地,一台履带起重机在进行试吊时,被吊的物体在没有完全离开地面的时候产生了侧向滑移,臂架不断抖动,工况异常,于是停止了作业,进行调整后现场继续执行起吊作业,当被吊物体离开地面一段距离之后,进行水平方向上的回转操作,在吊臂回转过程之中,起重机的吊臂根部突然发生了断裂,吊臂随之倾覆。这是进行操作作业之中突发的断裂事故,而本课题中所发生的事故发生在非工作状态下,事故履带起重机臂长78m 9.5m,平衡重172t,在发生事故的时候,履带起重机处于静置状态,现场无施工,无人员,无其他发生碰撞的设备。因此对失效断裂原因的探究很有必要,才能最大程度的避免失效断裂造成的人身、财产损失。

1.3国内外研究状态

各国开始重视材料的失效问题研究和解决对策.能否将材料失效问题控制在一个合理范围内以及能否在有可能出现材料失效问题前就能对材料失效问题起到预防和改善,成为了衡量一个国家综合工程实力的重要指标[2]，虑到材料的使用、装配、维护、设计、尺寸、工艺、运输、储存等多方面因素,向来都是一个比较棘手的问题, 为查明其断裂的原因,一般采用化学成分分析、性能试验、金相检验及扫描电镜等手段进行综合分析。并且失效分析方式很大程度上决定了分析工作的成败,理论依据为失效规律(包括失效件的宏观表象特征和失效材料的微观机理),通过调查、观察、试验而得到的产品失效信息(失效现象、失效对象、失效环境)分别加以对照,然后将其有机结合起来后，作为一个整体进行考虑,以已经获得的客观实证为依据,充分发挥逻辑推理,从而断定失效构件的失效模式,推理失效的原因,借助合适的失效分析思路来断定失效机制,解释失效件的失效模式[3]。

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