2023年《安全技术》之塔机上下支座助板焊缝开裂的原因及预防对策.docx

塔机上下支座助板焊缝开裂的原因及预防对策 上旋式塔机回转局部的主要构成有上支座、下支座、回转支承及传动机构等。安装形式为下支座下部与塔身相连接，上支座上部安装塔顶及前后臂，上下支座分别通过高强度螺栓与盘旋支承的内、外圈相连接（就盘旋支承为外齿式而言），下支座、回转支承外圈保持固定不动，回转支承内圈、上支座及以上局部在工作时由回转机构驱动而作水平旋转运动。上、下支座均为塔机的重要受力部件，常见的中小型塔机的上、下支座一般由面板、立板和假设干肋板焊接而成，为简易箱形结构。笔者在近期工作中接触到三例塔机上下支座助板焊缝或其附近的面板产生开裂变形的问题，塔机起重能力为200~400kN·m，发现早的裂缝长度为20~30mm；未及时发现的长度已接近整个助板长度，面板翘曲、开裂，这些问题都给塔机的使用埋下了很深的平安隐患，不及时采取措施，后果不堪设想。现就这三起事故的原因进行分析。 1． 焊缝产生的位置和形式 经过对三例事故的现场勘察和分析，结果说明上支座或面板裂缝产生位置大多处于平衡臂方向一侧；下支座裂纹产生位置，取决于塔机与建筑物和建筑材料的相对位置。大多产生于建筑物及搅拌机位置的反方向部位。以上所述上下支座裂缝产生位置在塔机工作时常处于受拉力作用状态，产生破坏的趋势较其他位置要大得多。还有一个现象不容无视，经检查，三台塔机的盘旋支承与上下支座连接用高强度螺栓1/3以上是松动的，而且空载时将平衡臂转到不同方位，再进行检查，发现下支座连接螺栓累计有1/2以上是松动的，而每个裂缝产生处以有一个螺栓较紧。以上为产生裂纹位置的两大共性。 裂纹产生部位或为原焊缝，或为接近焊缝处的与回转支承连接的面板（下支座为上面板，上支座为下面板）。方向由内向外延伸。 2． 裂缝产生的原因 2．1 设计原因 2．1．1 个别情况是面板设计刚度不够； 2．1．2 由于确定回转支承与回转机构小齿轮中心距时，一般根据扭矩和传动化，最终由模数、齿数来确定，未充分考虑到上下支座与回转支承连接孔同回转机构安装孔的干预，造成个别高强度螺栓无法安装，引起这种现象的还有肋板与连接螺栓孔的干预。假设这些个别位置的螺栓不能安装，就会影响整体连接强度。 2．1．3 上下支座与回转支座连接用高强度螺栓，长度不合理，有的螺栓总长度比连接所需长度多到20mm（一般要求拧上双螺母后螺栓端部螺纹露出螺母1~2扣就可以了），而其螺纹局部长度却不够长，表现为最初安装时螺母刚好能拧紧，但螺栓余下的有效螺纹只有0~1扣。有时也未必能到达预紧力矩值，其螺纹局部已到头了。由地这种螺栓加工螺纹时不采用退刀槽，因此它的有效螺纹长度要小于外观所见的螺纹长度，应为螺母所能拧进的长度。而螺栓在使用过程中总要受拉变形，以及面板与回转支承的接触间隙变小，这时想要再去紧固，就没有方法了。 2．2 制造原因 2．2．1 据观察，有的可能存在原材料理化指标不合格情况。其母材强度不但不符合要求，而且焊接性能差，焊缝强度低、脆性大、易疲劳。 2．2．2 焊缝质量不符合要求。个别焊缝存在夹渣、未焊透、焊缝高度低于设计值、偏弧以及焊接熔池过大、焊接变形控制不严等现象，使母材和焊缝受到了破坏。 2．2．3 焊接工艺不合理，加工工艺不全面。面板经过焊接即产生翘曲变形，因无下一道机加工工艺，致使上下支座平面在安装前未到达平面度要求。安装时通过螺栓紧固，强制该平面与回转支承平面吻合，而使螺栓、面板、肋板及焊缝承受了过大的预应力。 2．3 使用原因 2．3．1 使用人员责任性不强，业务技术不精。三例事故都存在螺栓过度松动的情况，据分析，这恰是产生裂纹的重要原因之一。因为塔机工作时，通常是一圈数十只螺栓中一半受拉，而另一半根本不受力，裂纹通常发生在受拉力的一侧，假设螺栓的预紧力不一致，有的紧固有的松动，就必然造成较紧的螺栓先受力，造成受力不均匀，从而造成在某一时刻只有较紧螺栓处的筋板、焊缝、面板的受力，而高强度螺栓的强度要高于这三者，所以通常造成这三者中较薄弱的先破坏。这种情况在使用中存在较多，我们曾在现场询问一名塔机司机，问他为什么对这么多的回转支承螺栓松动视而不见？他答复说，平时只是每隔三五天就对塔身连接螺栓进行检查，且做到一个星期紧一次，就没有想到回转支承螺栓几十个，也会松动，也要经常检查和紧固。由此可见，局部使用维护人员的责任心和业务素质还需要进一步加强和提高。 2．3．2 缺乏可靠的工具，塔身标准节连接、上下支座与回转支承连接采用的高强度螺栓，都要求紧固时到达一定的预紧力矩。目前塔机生产厂家只配有塔身紧固专用扳手，但一般也无计数（力矩）功能，使用时难以到达相关要求。对回转支承螺栓不配专用扳手，只是使用普遍扳手或再另加一根加力杆进行紧固，紧固程度一般凭感觉，这就很难保证紧固质量。 2．3．3 平安检测未能把好关。根据塔式起重机拆装暂行规定，塔机在新安装后或停用六个月又重新使用时，都必须由企业组织专业技术部门对其进行平安检测。检测依据应为塔式起重机技术条件（GB9462—99）等，根据这项标准，连接螺栓是否紧固、螺栓端部螺纹是否能外露出螺母、高强度螺栓是否采用了双螺母防松等都应是塔机检测内容。有很多的中小型塔机在拆装和运输时，都不将上下支座、回转支承拆卸分解，而是将其作为一个整体。因此有的塔机转了几次场，回转支承螺栓也没有整理、紧固过。这种情况下，螺栓就可能长期都处于松动状态。而一般的检测人员也无视了这一点，往往只着重于其他结构件平安和安装装置的检测。 3． 解决方案 以上三例事故中的塔机都处于主体施工中，假设拆卸进行整修，损失较大。为此，研究了相关解决方案，制订了整修措施。第一步：对焊缝开裂的情况，将原焊缝用氧乙炔高温气体将其去除，注意不要损伤母材，然后重新进行焊接。对于面板开裂，先用氧乙炔高温气体将裂纹处割成一适当坡口，然后将其进行对接处理；第二步：按图示位置添加横向立板，进行加固，改善焊缝、面板的受力条件。实施这两步所要注意的事项：①搭设操作平台，以方便操作，高空作业人员系好平安带保证平安。②调节小车位置并根据需要起吊一重物，使施工时的前后臂根本处于平衡位置，以免产生预应力。对已翘曲开裂的面板应使其处于平整状态。③焊接电流要适当，因焊接位置所限，要求焊缝单面焊接双面成型，保证焊接质量和焊缝强度。④采用合理焊接工艺，尽量控制焊接变形。⑤在焊缝冷却之后，才可以开动塔机，否那么将影响焊接效果。 4． 作为塔机的使用单位要做到以下几点： 4．1 选购塔机前对生产厂家进行考察，除了价格因素外，更要考察其生产能力、技术力量和质保体系。要选择有生产许可证、产品性能质量稳定、售后效劳有保证、社会信誉好的企业生产的塔机，这种塔机根本上是可靠的，一般不会存在前面所分析的设计和制造质量方面的问题。 4．2 加强对操作、维修人员的培训和考核工作，提高他们业务素质的同时，更要使其增强责任心，严格做好日常保养维修工作，做好台班记录，对有关人员进行必要的考核，严格实行奖惩措施，对不称职，工作不负责任的要调离本岗位。 4．3 加强对塔机等重大设备使用前的检测工作和日常的平安管理。 塔机投入使用前，企业应组织相关职能部门进行技术平安状态检测。当然很多地区的建筑主管部门要求塔机使用前除了由施工单位自检外，还应报请当地建筑平安监督机构进行检测，检测合格后，取得准用证方可投入使用。企业应严格遵守相关规定，日常使用中，除了操作维修人员进行日常维护保养外，企业的平安管理人员要定期进行检查，发现问题要及时整改。 （夏俊钱 范兴健 徐卫星）