混凝土泵車舉升臂斷裂探討范文

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《化工裝備技術(shù)雜志》2015年第二期

1理化檢驗

1.1金相組織分析從A部分焊縫開裂處的橫、縱方向和B部分軸套橫、縱方向分別截取金相試樣，觀察其金相組織。試樣依次標記為1#試樣、2#試樣、3#試樣和4#試樣。試樣經(jīng)鑲嵌、磨制、拋光后，用光學(xué)顯微鏡進行觀察。在縱向試樣中發(fā)現(xiàn)較多的氧化物夾雜，如圖6所示。用4%硝酸酒精溶液侵蝕后觀察，臂架母材顯微組織為鐵素體+珠光體，組織呈帶狀分布；軸套顯微組織為珠光體+鐵素體，如圖7所示。熱影響區(qū)粗晶區(qū)存在上貝氏體組織，如圖8所示，上貝氏體較粗大。圖9為制備的金相試樣的宏觀形貌，圖9右上角為焊縫，其余為臂架母材。由圖9可見，與臂架連接的焊縫約占臂架板厚的四分之一。

1.2顯微硬度測試在開裂處附近截取顯微硬度試樣，測量結(jié)果如表1所示。1.4能譜檢測從臂架、軸套及焊縫取樣進行能譜檢測，結(jié)果如表2所示。能譜檢測結(jié)果顯示，焊縫兩側(cè)母材金屬材質(zhì)基本一致，焊縫具有良好的抗裂性和力學(xué)性能，且焊縫成分與母材成分基本一致，符合焊條選取原則。對氧化物夾雜進行能譜檢測，結(jié)果如表3所示。能譜檢測結(jié)果顯示，夾雜物主要為鉻的氧化物和鐵的氧化物。

2理化檢驗結(jié)果的分析與討論

通過宏觀觀察可知，臂架與銷軸軸套焊接時，在臂架一側(cè)未開坡口，導(dǎo)致軸套與臂架之間存在間隙，且沿臂架厚度方向有約四分之三部分未焊透。未焊透的存在相當(dāng)于一條人為的“裂紋”，將軸承座與臂架分開，這就大大減小了有效承載截面積，降低了結(jié)構(gòu)的承載能力，并在此處形成了嚴重的應(yīng)力集中。結(jié)合金相分析和能譜檢測結(jié)果可知，臂架及軸套中存在著大量的氧化物夾雜，主要是金屬氧化物。夾雜物與母材物理性能相差較大，割斷了金屬基體的連續(xù)性，同時給裂紋的擴展埋下了隱患。

結(jié)合金相檢驗和顯微硬度測試結(jié)果可知，軸承座與臂架的焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)出現(xiàn)了粗大的上貝氏體組織。上貝氏體組織產(chǎn)生的原因：由于焊接時熱輸入少，起始冷卻速度較大，使高溫奧氏體來不及發(fā)生分解，從而過冷到中溫，此時冷卻速度變緩，于是過冷奧氏體產(chǎn)生中溫轉(zhuǎn)變，得到羽毛狀上貝氏體組織。上貝氏體組織強度和韌性都較差，脆性較大，在外力的作用下易開裂。

混凝土臂架泵車在運行時，臂架上下、左右移動，軸套與臂架的受力比較復(fù)雜。其中，第二節(jié)臂架在工作時承受扭轉(zhuǎn)、剪切、沖擊等靜載和交變載荷。當(dāng)載荷大于其焊縫和母材的連接強度時，軸套與臂架未焊透形成的裂紋和應(yīng)力集中點成為了裂紋源，然后沿著存在氧化物夾雜的臂架、熱影響區(qū)上貝氏體組織形成裂紋，裂紋在沖擊、扭轉(zhuǎn)、剪切的作用下漸漸擴展。裂紋造成了臂架兩側(cè)銷軸處受力不均勻，銷軸與軸承之間產(chǎn)生磨損。產(chǎn)生裂紋的臂架沒有及時更換，而是僅進行了簡單的補焊處理，導(dǎo)致該處存在焊接殘余應(yīng)力，進一步加速了裂紋的擴展。隨著工作時間的延長，臂架的有效承載面積逐漸減小，承載能力也逐漸降低，裂紋順著未焊透的焊縫沿環(huán)向繼續(xù)擴展，最終導(dǎo)致舉升臂斷裂。

3結(jié)論

臂架與銷軸軸套焊接時焊縫根部存在間隙，成為人為的裂紋源和應(yīng)力集中點。沿臂架厚度方向存在嚴重未焊透，減小了有效承載截面積，降低了結(jié)構(gòu)承載能力。焊接熱輸入不當(dāng)，使得熱影響區(qū)粗晶區(qū)形成了脆性上貝氏體組織。在長期的工作中，混凝土臂架泵車的臂架產(chǎn)生了裂紋并沿著缺陷位置逐漸擴展，直至臂架斷裂。

作者：楊曉潔劉娜娜鄭春英楊軍單位：山東省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院