Phân tích nguyên nhân nứt mối hàn giữa thân và trục tang trống cần cẩu

Phân tích vết nứt mối hàn tang trống cần cẩu này xem xét một trường hợp cần cẩu đã sử dụng lâu năm bị nứt tại mối hàn giữa tấm vách tang trống và trục tang trống. Mặc dù hư hỏng nhìn thấy được có vẻ là vấn đề mỏi kim loại cục bộ, nhưng nguyên nhân tiềm ẩn có thể liên quan đến thiết kế kết cấu, quy trình hàn, tình trạng vật liệu, sự truyền tải ứng suất, chất lượng sản xuất và lắp ráp, và điều kiện vận hành.

1. Mối quan hệ giữa tang trống cần cẩu, tấm nối, moayơ và trục

Trong thiết bị nâng hạ, tang trống là một bộ phận truyền động quan trọng được sử dụng để cuốn dây cáp và nâng hoặc kéo tải. Vỏ tang trống mang dây cáp, trong khi các tấm nối thường được bố trí ở cả hai đầu vỏ để kết nối vỏ với moayơ hoặc trục.

Trong cấu trúc thông thường, moayơ được hàn vào tâm của tấm nối. Moayơ sau đó được nối với trục tang trống bằng một then, và trục được đỡ bởi các ổ bi. Trong trường hợp này, tấm nối được hàn trực tiếp vào trục tang trống, và trục tang trống là một trục dài.

Do đó, tấm nối không chỉ là một tấm liên kết. Nó còn truyền mô-men xoắn và lực hướng tâm giữa vỏ trống và trục trống. Các tài liệu tham khảo về sự hỏng hóc chung của trống thường đề cập đến các vết nứt do mỏi như một nguyên nhân thay thế; trường hợp này xem xét cụ thể hơn lý do tại sao vết nứt có thể bắt đầu xung quanh mối hàn giữa tấm nối và trục.

2. Tại sao vết nứt xuất hiện gần phía trục trống

Về mặt cơ học, tấm bản bụng trống là một tấm mỏng chịu xoắn, uốn, kéo-nén và cắt trong mặt phẳng. Gần trục trống, một số điều kiện bất lợi có thể xảy ra đồng thời: thay đổi tiết diện đột ngột, ảnh hưởng của mối hàn và tải trọng chu kỳ.

2.1 Sự tập trung ứng suất do thay đổi tiết diện đột ngột

Tại khu vực gần trục trống, cấu trúc chuyển tiếp từ trục tương đối dày sang tấm vách mỏng hơn. Để định vị và hàn theo trục, một vai trục thường được bố trí tại vị trí tấm vách tương ứng. Nếu bán kính chuyển tiếp quá nhỏ hoặc sự chuyển tiếp không được trơn tru, có thể xảy ra hiện tượng tập trung ứng suất.

Các khuyết tật trong mối hàn như vết lõm và độ xuyên thấu không hoàn toàn cũng có thể trở thành nguồn khởi phát vết nứt.

2.2 Ứng suất chu kỳ và tải trọng va đập

Khi tang trống hoạt động, lực căng sinh ra do quá trình quấn dây cáp được truyền qua vỏ tang trống đến tấm đỡ, rồi đến trục tang trống. Mỗi lần quấn và nâng đều tạo ra tải trọng lặp đi lặp lại lên khu vực này, có thể hoạt động như hiện tượng mỏi chu kỳ thấp kết hợp với tải trọng va đập cục bộ.

2.3 Ứng suất dư sau hàn

Khi tấm đai và trục trống được hàn với nhau, vùng hàn sẽ chịu nhiệt độ cao cục bộ và co ngót do làm nguội. Nếu cấu trúc hàn không được ủ hoàn toàn hoặc giảm ứng suất sau khi hàn, ứng suất kéo dư sẽ vẫn còn xung quanh mối hàn. Khi ứng suất kéo dư này kết hợp với tải trọng vận hành, khả năng hình thành vết nứt sẽ cao hơn.

3. Quá trình phát triển vết nứt trên tấm web

Quá trình phát triển vết nứt có thể được quan sát qua ba giai đoạn.

Giai đoạn đầu tiên là khởi phát. Tại chân mối hàn hoặc bán kính chuyển tiếp, các khuyết tật vi mô có thể trở thành nguồn gây nứt dưới tác động kết hợp của ứng suất dư do hàn và ứng suất làm việc.

Giai đoạn thứ hai là sự lan truyền. Trong mỗi thao tác nâng hạ, tải trọng truyền theo cùng một đường và ứng suất cực đại lặp lại. Vết nứt dần dần lan truyền dọc theo ranh giới hạt vật liệu. Bề mặt gãy có thể thể hiện các đặc điểm xuyên tâm hoặc dạng vỏ sò.

Giai đoạn thứ ba là gãy vỡ. Khi tiết diện hiệu quả còn lại không còn đủ để chịu tải, hiện tượng gãy vỡ giòn đột ngột có thể xảy ra, có thể kèm theo rách tấm vách hoặc tách rời khỏi trục trống.

4. Các nguyên nhân thường gặp gây nứt mối hàn giữa thân và trục tang trống cần cẩu

4.1 Các yếu tố thiết kế kết cấu

Nếu sự chuyển tiếp giữa tấm vách và trục moayơ hoặc trục tang trống không sử dụng bán kính hợp lý, ứng suất có thể thay đổi đột ngột. Nếu độ dày của tấm vách không đủ, biên độ chịu mỏi cũng có thể không đủ. Vị trí hàn được lựa chọn không tốt có thể làm tăng thêm rủi ro, đặc biệt nếu mối hàn nằm trong vùng ứng suất cao thay vì vùng ứng suất thấp hơn.

4.2 Các yếu tố chất lượng hàn

Các khuyết tật hàn thường gặp bao gồm độ xuyên thấu không hoàn toàn, tạp chất xỉ, rỗ khí, vết lõm và sẹo hàn. Nếu không thực hiện kiểm tra không phá hủy như kiểm tra siêu âm hoặc kiểm tra chụp X-quang sau khi hàn, các khuyết tật tiềm ẩn có thể tồn tại trong kết cấu trong thời gian dài.

Các thông số hàn không được tối ưu hóa và việc xử lý giảm ứng suất sau hàn không đầy đủ cũng có thể làm tăng nguy cơ. Đối với các cấu trúc thùng lớn, việc xử lý nhiệt để giảm ứng suất có thể khó thực hiện. Việc giảm ứng suất bằng rung động cũng có thể khó áp dụng hoàn toàn, và quá trình lão hóa tự nhiên hoặc các phương pháp xử lý lão hóa khác có thể bị ảnh hưởng bởi yêu cầu về tiến độ dự án.

4.3 Tải trọng vận hành vượt quá điều kiện thiết kế

Việc quá tải lâu dài vượt quá tải trọng định mức có thể làm tăng nguy cơ mỏi kết cấu. Việc khởi động và phanh thường xuyên trong quá trình nâng hạ có thể tạo ra tải trọng va đập lớn. Nếu dây cáp được bố trí không đúng cách trên tang cuốn, sự phân bố lực trên tang cuốn sẽ trở nên không đồng đều và ứng suất cục bộ có thể cao hơn nhiều so với giá trị thiết kế.

4.4 Lỗi trong quá trình sản xuất và lắp ráp

Nếu khe hở giữa lỗ bên trong của tấm nối và trục quá chặt hoặc quá lỏng, ứng suất cục bộ ban đầu có thể trở nên không đồng đều. Ứng suất lắp ráp chưa được giải phóng hoàn toàn có thể kết hợp với ứng suất trong quá trình vận hành sau này.

4.5 Ăn mòn và các yếu tố môi trường

Khi trống tiếp xúc với môi trường ẩm ướt hoặc ăn mòn trong thời gian dài, khu vực hàn sẽ dễ bị ăn mòn hơn. Các khu vực bị ăn mòn cũng là những vị trí thường xảy ra hiện tượng nứt vi mô.

5. Các biện pháp kiểm tra, sửa chữa và phòng ngừa

Đối với thiết bị hiện có, có thể tiến hành kiểm tra bằng phương pháp từ tính hoặc siêu âm định kỳ xung quanh mối hàn giữa tấm vách và trục tang trống. Nếu phát hiện vết nứt, cần sửa chữa tấm vách bằng cách hàn hoặc thay thế kịp thời, đồng thời kiểm tra bố trí dây cáp để tránh tải trọng lệch tâm.

Đối với thiết kế hoặc sản xuất tang trống cần cẩu mới, bán kính chuyển tiếp cần được tối ưu hóa và vị trí hàn cần được bố trí để tránh tối đa vùng ứng suất lớn nhất. Quy trình hàn cần được kiểm soát chặt chẽ. Có thể sử dụng hàn nhiều lớp và hàn đối xứng để giảm ứng suất dư, và có thể áp dụng phương pháp lão hóa rung hoặc lão hóa tự nhiên tùy theo điều kiện thực tế.

Để quản lý vận hành, cần tránh tình trạng quá tải kéo dài và việc khởi động, phanh thường xuyên. Việc bố trí dây cáp phải tuân theo các yêu cầu hiện hành, và các dây cáp bị mòn cần được thay thế định kỳ.

Hiện tượng nứt mối hàn tang trống cần cẩu thường không chỉ do một yếu tố gây ra. Việc xem xét từng bước cấu trúc, mối hàn, tải trọng, lắp ráp và môi trường giúp xác định nguồn gốc vết nứt và lựa chọn các biện pháp khắc phục phù hợp với điều kiện thực tế tại công trường.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-mail: cindywang@hndfcrane.com

Tôi là Cindy, với 10 năm kinh nghiệm làm việc trong ngành cần cẩu và tích lũy được nhiều kiến thức chuyên môn. Tôi đã lựa chọn những chiếc cần cẩu thỏa mãn cho hơn 500 khách hàng. Nếu bạn có bất kỳ nhu cầu hoặc câu hỏi nào về cần cẩu, vui lòng liên hệ với tôi, tôi sẽ sử dụng chuyên môn và kinh nghiệm thực tế của mình để giúp bạn giải quyết vấn đề!