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1、混凝土泵車舉升臂斷裂探討
混凝土泵車舉升臂斷裂探討
2015/06/02
《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(biāo)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
2、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
3、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(yán)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
4、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
5、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(yán)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
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