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                  塔機標準節螺栓斷裂的原因分析及預防措施

                  發布時間:2017-06-07 來源: 第一工程機械網 瀏覽量:
                    塔式起重機基礎與底架、底架與基礎節、基礎節與標準節、標準節與標準節之間均采用高強度螺栓連接。為防止螺栓斷裂,生產廠家大多采用增大螺栓直徑和提高螺栓強度等級這2種措施。事實上,在造成螺栓斷裂的諸多原因中,強度不足不是主因,更多的問題出在使用和制造方面。本文從塔機使用和制造方面對塔機標準節螺栓斷裂的原因進行分析,并提出一些預防措施。

                    1.螺栓斷裂的原因

                    (1)塔機基礎安裝平面不平
                    塔機基礎由混凝土澆筑而成,其安裝平面的平面度誤差遠大于塔機底架4個法蘭盤的平面度誤差,而基礎的剛性大于塔機底架的剛性。所以,在用地腳螺栓將混凝土基礎與塔機底架法蘭盤拉緊后,由于基礎不平,4個法蘭盤不可能在同一平面上。要使連接面貼緊(連接面不貼緊螺栓易松動),就必須加大連接螺栓的預緊力。過大的預緊力會使螺栓在塔機未承載負荷時就已處于受拉狀態,螺栓疲勞強度降低,從而引發螺栓疲勞斷裂。

                    (2)螺栓受力狀況不良
                    底架與基礎節連接的螺栓直徑較大,而基礎節與標準節連接的螺栓直徑較小。2種螺栓在載荷相同的情況下,所受應力大小懸殊。在拉應力和壓應力的交替作用下,強度相對較低的螺栓會先產生裂紋,進而發生疲勞斷裂。這正是螺栓斷裂多發生在塔機標準節螺栓,而不出現在基礎節連接螺栓的主要原因。

                    (3)螺栓加工存在缺陷
                    目前,塔機連接螺栓一般采用45#鋼或40Cr鋼,制成后再進行調質處理。40Cr鋼經調質處理后,雖然有較高的強度和硬度(強度等級達10.9級),但韌性較低,即通常所說的“回火脆性”現象。
                    螺栓在截面突變位置存在應力集中,而應力集中區往往就是裂紋源。微裂紋的傳播是不連續的,它在拉伸應力作用下張開,在壓縮應力作用下閉合,每經過一個應力循環,裂紋就延長一些,久之就會導致螺栓斷裂。

                    (4)零件組焊后產生誤差
                    各節塔身組焊過程中,由于機加工與組裝精度低以及焊接變形等因素,常造成各節連接耳上的螺栓孔不同心、不垂直。這使螺栓在承受預緊力和工作載荷作用的同時,還要承受附加彎矩的作用。若附加彎矩產生的應力過大,螺栓便會斷裂。
                    塔機標準節的主弦桿、水平腹桿和斜腹桿的分布是不對稱的。在有斜腹桿的對角上,焊接變形會使對角線尺寸減小,加之主弦桿外側無焊縫,內側焊后局部發生收縮,將導致主弦桿彎曲及其端面不平。當標準節互相連接時,兩相鄰主弦桿的內側便會出現1~2mm間隙。在塔機交變載荷的作用下,其連接螺栓可能松動。松動量較小的螺栓受力較大,若其超載便會發生斷裂。

                    2.預防螺栓斷裂的措施

                    (1)塞加墊鐵
                    塔機安裝時,若發現基礎安裝面與法蘭盤下平面間隙大小不一,應根據間隙大小制作厚薄不同的墊鐵,對底架局部進行塞墊。為確保塔機底架安裝完成后,其上平面水平度公差不大于1/1000,只有當法蘭盤與基礎面間隙基本一致或小于1mm后,才可對地腳螺栓進行預緊。

                    (2)改進螺栓加工工藝
                    塔機標準節螺栓材料一般為45#鋼或40Cr鋼,強度等級為8.8級或10.9級。在對螺栓進行熱處理時,必須控制好熱處理溫度,以兼顧強度和韌性。在強度足夠的情況下,應盡可能降低淬火溫度。
                    加工螺栓時,為防止由于截面突變而產生應力集中,應采用小圓角過渡,切忌在過渡處用切刀清根。在螺紋收尾處,應盡可能減小收尾槽的深度,以避免應力集中。
                    對標準節螺栓的表面處理建議采用常溫磷化。若采用鍍鋅處理,應避開氫化區間溫度,以降低在應力集中區產生微裂紋的可能。同時,建議對標準節螺栓100%進行探傷檢測,防止次品出廠。

                    (3)改進標準節加工工藝
                    塔機標準節為焊接構件,焊接工藝參數的合理與否直接影響焊接變形的大小。應采用氣體保護焊,以減小焊接變形。焊接標準節時,電流、電壓和焊接速度等參數要根據主弦桿和腹桿的壁厚選擇。焊接時,應盡可能2人對稱焊,先焊水平腹桿,后焊斜腹桿。
                    減小焊接變形最好的辦法是采取標準節整體焊后再機加工的工藝。加工設備可選用兩端動力頭專用機床,采用先銑端面再找正鏜孔的方法。該方法可保證標準節的平面度、平行度以及端面與中心線垂直度。
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