Аналіз причин виникнення тріщин у зварному шві між стінкою барабана крана та валом

У цьому аналізі тріщин у зварному шві барабана крана розглядається випадок, коли у довгостроково прослужив кран, що розтріскувався, у місці зварювання між стінкою барабана та валом. Хоча видиме пошкодження, здається, є локальною проблемою втоми металу, основні причини можуть включати конструкцію конструкції, процедуру зварювання, стан матеріалу, передачу напружень, якість виготовлення та складання, а також умови експлуатації.

1. Зв'язок між барабаном крана, опорною плитою, маточиною та валом

У підйомному обладнанні барабан є ключовим компонентом передачі, який використовується для намотування дротяного каната та підйому або перетягування вантажу. Оболонка барабана несе дротяний канат, тоді як перетинчасті пластини зазвичай розташовані на обох кінцях оболонки для з'єднання оболонки з маточиною або валом.

У поширеній конструкції маточина приварена до центру опорної пластини. Потім маточина з'єднана з валом барабана за допомогою шпонки, а вал підтримується підшипниками. У цьому випадку опорна пластина приварена безпосередньо до валу барабана, а вал барабана є довгим валом.

Таким чином, стінкова пластина є не лише з'єднувальною пластиною. Вона також передає крутний момент і радіальну силу між корпусом барабана та валом барабана. У загальних довідниках про руйнування барабанів часто згадуються втомні тріщини як умова заміни; у цьому випадку детальніше розглядається, чому розтріскування може виникнути навколо зварного шва між стінковою пластиною та валом.

2. Чому тріщина з'являється біля бокової частини вала барабана

З механічної точки зору, стінка барабана являє собою тонку пластину, що піддається крутінню, вигину, розтягу-стиску та зсуву в площині. Поблизу вала барабана можуть одночасно виникати кілька несприятливих умов: раптова зміна перерізу, вплив зварного шва та циклічне навантаження.

2.1 Концентрація напружень від раптової зміни перерізу

У ділянці поблизу вала барабана конструкція переходить від відносно товстого вала до тоншої стінки. Для осьового позиціонування та зварювання у відповідному положенні стінки часто розташовується буртик вала. Якщо радіус переходу занадто малий або перехід не є плавним, може виникнути концентрація напружень.

Дефекти зварного шва, такі як підріз та неповне проварювання, також можуть стати джерелами виникнення тріщин.

2.2 Циклічне напруження та ударне навантаження

Коли барабан працює, сила розтягування, що виникає під час намотування дротяного каната, передається через оболонку барабана на опорну пластину, а потім на вал барабана. Кожна дія намотування та підйому створює повторне навантаження на цю ділянку, що може проявлятися як малоциклова втома в поєднанні з локальним ударним навантаженням.

2.3 Залишкові напруження при зварюванні

Коли стінка та вал барабана зварюються разом, зона зварювання зазнає локального усадження від високої температури та охолодження. Якщо зварена конструкція не повністю відпалена або не знята напруга після зварювання, навколо зварного шва залишаються залишкові розтягувальні напруження. Коли ці залишкові розтягувальні напруження накладаються на робоче навантаження, утворення тріщин стає більш імовірним.

3. Процес розвитку тріщини в стінковій пластині

Розвиток тріщини можна розглядати у три стадії.

Перший етап – ініціювання. У корені шва або перехідному радіусі мікроскопічні дефекти можуть стати джерелами тріщин під спільною дією залишкових зварювальних напружень та робочих напружень.

Другий етап – поширення. Під час кожної операції підйому навантаження передається тим самим шляхом, і пікове напруження повторюється. Тріщина поступово поширюється вздовж межі зерен матеріалу. Поверхня зламу може мати радіальні або оболонкоподібні риси.

Третя стадія – руйнування. Коли залишкового ефективного перерізу більше недостатньо для витримування навантаження, може статися раптове крихке руйнування, яке може супроводжуватися розривом стінки або відривом від вала барабана.

4. Поширені причини розтріскування зварного шва між стінкою барабана крана та валом

4.1 Фактори структурного проектування

Якщо перехід між стінкою та маточиною або валом барабана не має прийнятного радіуса, напруження може різко змінюватися. Якщо товщина стінки недостатня, запас міцності на втому також може бути неадекватним. Неправильно вибране місце зварювання може ще більше збільшити ризик, особливо якщо зварювання знаходиться в зоні високого, а не низького напруження.

4.2 Фактори якості зварювання

До поширених дефектів зварного шва належать неповне проварювання, включення шлаку, пористість, підрізи та сліди зварного шва. Якщо після зварювання не проводити неруйнівний контроль, такий як ультразвуковий або радіографічний контроль, приховані дефекти можуть залишатися в конструкції протягом тривалого часу.

Неоптимізовані параметри зварювання та недостатнє зняття напружень після зварювання також можуть збільшити ризик. Для великих барабанних конструкцій термічну обробку для зняття напружень може бути важко виконати. Зняття вібраційних напружень також може бути важко застосувати в повній мірі, а природне старіння або інша обробка старінням може залежати від вимог графіка проекту.

4.3 Експлуатаційні навантаження поза межами розрахункових умов

Тривале перевантаження понад номінальне може збільшити ризик втоми конструкції. Часті пускові установки та гальмування під час підйому можуть створювати великі ударні навантаження. Якщо дротяний канат неправильно розташований на барабані, розподіл сили на барабані стає нерівномірним, а локальне напруження може бути значно вищим за розрахункове значення.

4.4 Помилки виробництва та складання

Якщо посадка між внутрішнім отвором стеблової пластини та валом занадто туга або занадто вільна, початкове локальне напруження може стати нерівномірним. Напруження під час складання, яке не було повністю знято, може пізніше поєднатися з робочим напруженням.

4.5 Корозія та фактори навколишнього середовища

Коли барабан протягом тривалого часу піддається впливу вологого або корозійного середовища, зона зварювання більш схильна до корозії. Кородовані ділянки також є поширеними місцями утворення мікротріщин.

5. Заходи з перевірки, ремонту та профілактики

Для існуючого обладнання можна регулярно проводити магнітопорошковий або ультразвуковий контроль навколо зварного шва між перегородкою та валом барабана. Якщо виявлено тріщини, перегородку слід своєчасно відремонтувати зварюванням або замінити, а також перевірити розташування дротяного каната, щоб уникнути ексцентричного навантаження.

Для проектування або виготовлення нового барабана крана слід оптимізувати радіус переходу, а положення зварювання слід розташувати таким чином, щоб максимально уникнути зони максимального напруження. Процедура зварювання повинна суворо контролюватися. Для зменшення залишкових напружень можна використовувати багатопрохідне та симетричне зварювання, а вібраційне старіння або природне старіння можна застосовувати відповідно до фактичних умов.

Для управління експлуатацією слід уникати тривалого перевантаження та частих пусків і гальм. Розташування дротяних канатів повинно відповідати чинним вимогам, а зношені дротяні канати слід регулярно замінювати.

Розтріскування зварного шва барабана крана зазвичай не спричинене одним фактором. Покроковий огляд конструкції, зварювання, навантаження, складання та навколишнього середовища допомагає з'ясувати джерело тріщини та вибрати коригувальні заходи, що відповідають фактичним умовам на будівельному майданчику.

Сінді

WhatsApp: +86 191 3738 6654

Електронна пошта: cindywang@hndfcrane.com

Мене звати Сінді, я маю 10-річний досвід роботи в крановій промисловості та накопичив багаті професійні знання. Я вибрав задовільні крани для 500+ клієнтів. Якщо у вас є якісь потреби або запитання щодо кранів, будь ласка, не соромтеся зв’язатися зі мною, я використаю свої знання та практичний досвід, щоб допомогти вам вирішити проблему!