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塔机标准节螺栓断裂的原因分析及预防措施

发布时间:2017-06-07 来源: 第一工程机械网 浏览量:
  塔式起重机基础与底架、底架与基础节、基础节与标准节、标准节与标准节之间均采用高强度螺栓连接。为防止螺栓断裂,生产厂家大多采用增大螺栓直径和提高螺栓强度等级这2种措施。事实上,在造成螺栓断裂的诸多原因中,强度不足不是主因,更多的问题出在使用和制造方面。本文从塔机使用和制造方面对塔机标准节螺栓断裂的原因进行分析,并提出一些预防措施。

  1.螺栓断裂的原因

  (1)塔机基础安装平面不平
  塔机基础由混凝土浇筑而成,其安装平面的平面度误差远大于塔机底架4个法兰盘的平面度误差,而基础的刚性大于塔机底架的刚性。所以,在用地脚螺栓将混凝土基础与塔机底架法兰盘拉紧后,由于基础不平,4个法兰盘不可能在同一平面上。要使连接面贴紧(连接面不贴紧螺栓易松动),就必须加大连接螺栓的预紧力。过大的预紧力会使螺栓在塔机未承载负荷时就已处于受拉状态,螺栓疲劳强度降低,从而引发螺栓疲劳断裂。

  (2)螺栓受力状况不良
  底架与基础节连接的螺栓直径较大,而基础节与标准节连接的螺栓直径较小。2种螺栓在载荷相同的情况下,所受应力大小悬殊。在拉应力和压应力的交替作用下,强度相对较低的螺栓会先产生裂纹,进而发生疲劳断裂。这正是螺栓断裂多发生在塔机标准节螺栓,而不出现在基础节连接螺栓的主要原因。

  (3)螺栓加工存在缺陷
  目前,塔机连接螺栓一般采用45#钢或40Cr钢,制成后再进行调质处理。40Cr钢经调质处理后,虽然有较高的强度和硬度(强度等级达10.9级),但韧性较低,即通常所说的“回火脆性”现象。
  螺栓在截面突变位置存在应力集中,而应力集中区往往就是裂纹源。微裂纹的传播是不连续的,它在拉伸应力作用下张开,在压缩应力作用下闭合,每经过一个应力循环,裂纹就延长一些,久之就会导致螺栓断裂。

  (4)零件组焊后产生误差
  各节塔身组焊过程中,由于机加工与组装精度低以及焊接变形等因素,常造成各节连接耳上的螺栓孔不同心、不垂直。这使螺栓在承受预紧力和工作载荷作用的同时,还要承受附加弯矩的作用。若附加弯矩产生的应力过大,螺栓便会断裂。
  塔机标准节的主弦杆、水平腹杆和斜腹杆的分布是不对称的。在有斜腹杆的对角上,焊接变形会使对角线尺寸减小,加之主弦杆外侧无焊缝,内侧焊后局部发生收缩,将导致主弦杆弯曲及其端面不平。当标准节互相连接时,两相邻主弦杆的内侧便会出现1~2mm间隙。在塔机交变载荷的作用下,其连接螺栓可能松动。松动量较小的螺栓受力较大,若其超载便会发生断裂。

  2.预防螺栓断裂的措施

  (1)塞加垫铁
  塔机安装时,若发现基础安装面与法兰盘下平面间隙大小不一,应根据间隙大小制作厚薄不同的垫铁,对底架局部进行塞垫。为确保塔机底架安装完成后,其上平面水平度公差不大于1/1000,只有当法兰盘与基础面间隙基本一致或小于1mm后,才可对地脚螺栓进行预紧。

  (2)改进螺栓加工工艺
  塔机标准节螺栓材料一般为45#钢或40Cr钢,强度等级为8.8级或10.9级。在对螺栓进行热处理时,必须控制好热处理温度,以兼顾强度和韧性。在强度足够的情况下,应尽可能降低淬火温度。
  加工螺栓时,为防止由于截面突变而产生应力集中,应采用小圆角过渡,切忌在过渡处用切刀清根。在螺纹收尾处,应尽可能减小收尾槽的深度,以避免应力集中。
  对标准节螺栓的表面处理建议采用常温磷化。若采用镀锌处理,应避开氢化区间温度,以降低在应力集中区产生微裂纹的可能。同时,建议对标准节螺栓100%进行探伤检测,防止次品出厂。

  (3)改进标准节加工工艺
  塔机标准节为焊接构件,焊接工艺参数的合理与否直接影响焊接变形的大小。应采用气体保护焊,以减小焊接变形。焊接标准节时,电流、电压和焊接速度等参数要根据主弦杆和腹杆的壁厚选择。焊接时,应尽可能2人对称焊,先焊水平腹杆,后焊斜腹杆。
  减小焊接变形最好的办法是采取标准节整体焊后再机加工的工艺。加工设备可选用两端动力头专用机床,采用先铣端面再找正镗孔的方法。该方法可保证标准节的平面度、平行度以及端面与中心线垂直度。
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