混凝土泵车举升臂断裂探讨范文

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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