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混凝土泵车举升臂断裂探讨

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《化工装备技术杂志》2015年第二期

1理化检验

1.1金相组织分析从A部分焊缝开裂处的横、纵方向和B部分轴套横、纵方向分别截取金相试样,观察其金相组织。试样依次标记为1#试样、2#试样、3#试样和4#试样。试样经镶嵌、磨制、抛光后,用光学显微镜进行观察。在纵向试样中发现较多的氧化物夹杂,如图6所示。用4%硝酸酒精溶液侵蚀后观察,臂架母材显微组织为铁素体+珠光体,组织呈带状分布;轴套显微组织为珠光体+铁素体,如图7所示。热影响区粗晶区存在上贝氏体组织,如图8所示,上贝氏体较粗大。图9为制备的金相试样的宏观形貌,图9右上角为焊缝,其余为臂架母材。由图9可见,与臂架连接的焊缝约占臂架板厚的四分之一。

1.2显微硬度测试在开裂处附近截取显微硬度试样,测量结果如表1所示。1.4能谱检测从臂架、轴套及焊缝取样进行能谱检测,结果如表2所示。能谱检测结果显示,焊缝两侧母材金属材质基本一致,焊缝具有良好的抗裂性和力学性能,且焊缝成分与母材成分基本一致,符合焊条选取原则。对氧化物夹杂进行能谱检测,结果如表3所示。能谱检测结果显示,夹杂物主要为铬的氧化物和铁的氧化物。

2理化检验结果的分析与讨论

通过宏观观察可知,臂架与销轴轴套焊接时,在臂架一侧未开坡口,导致轴套与臂架之间存在间隙,且沿臂架厚度方向有约四分之三部分未焊透。未焊透的存在相当于一条人为的“裂纹”,将轴承座与臂架分开,这就大大减小了有效承载截面积,降低了结构的承载能力,并在此处形成了严重的应力集中。结合金相分析和能谱检测结果可知,臂架及轴套中存在着大量的氧化物夹杂,主要是金属氧化物。夹杂物与母材物理性能相差较大,割断了金属基体的连续性,同时给裂纹的扩展埋下了隐患。

结合金相检验和显微硬度测试结果可知,轴承座与臂架的焊接热影响区粗晶区出现了粗大的上贝氏体组织。上贝氏体组织产生的原因:由于焊接时热输入少,起始冷却速度较大,使高温奥氏体来不及发生分解,从而过冷到中温,此时冷却速度变缓,于是过冷奥氏体产生中温转变,得到羽毛状上贝氏体组织。上贝氏体组织强度和韧性都较差,脆性较大,在外力的作用下易开裂。

混凝土臂架泵车在运行时,臂架上下、左右移动,轴套与臂架的受力比较复杂。其中,第二节臂架在工作时承受扭转、剪切、冲击等静载和交变载荷。当载荷大于其焊缝和母材的连接强度时,轴套与臂架未焊透形成的裂纹和应力集中点成为了裂纹源,然后沿着存在氧化物夹杂的臂架、热影响区上贝氏体组织形成裂纹,裂纹在冲击、扭转、剪切的作用下渐渐扩展。裂纹造成了臂架两侧销轴处受力不均匀,销轴与轴承之间产生磨损。产生裂纹的臂架没有及时更换,而是仅进行了简单的补焊处理,导致该处存在焊接残余应力,进一步加速了裂纹的扩展。随着工作时间的延长,臂架的有效承载面积逐渐减小,承载能力也逐渐降低,裂纹顺着未焊透的焊缝沿环向继续扩展,最终导致举升臂断裂。

3结论

臂架与销轴轴套焊接时焊缝根部存在间隙,成为人为的裂纹源和应力集中点。沿臂架厚度方向存在严重未焊透,减小了有效承载截面积,降低了结构承载能力。焊接热输入不当,使得热影响区粗晶区形成了脆性上贝氏体组织。在长期的工作中,混凝土臂架泵车的臂架产生了裂纹并沿着缺陷位置逐渐扩展,直至臂架断裂。

作者:杨晓洁刘娜娜郑春英杨军单位:山东省产品质量监督检验研究院

化工装备技术杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次