港口机械金属结构开裂故障诊断与修复

港口机械金属结构开裂故障诊断与修复
摘要：国民经济的发展和国内外贸易的发展与港口的建设是密不可分的。

港口
是国内外进行贸易的必然途径，是在海上与陆地之间建起的供货物来回流通的专
用枢纽，港口能够供船舶安全进出和停靠。

港口是各种商品的聚集点，港口的存
在为船舶的停靠、货物的装卸、旅客的自由出行提供非常重要的场所。

由于港口
是关系着国内外经济事业的发展和海洋运输的一个自然物流路径，大家也把港口
作为国内外物流运输的一个关键枢纽。

探讨相关数据发现，港口起重机发生故障
而引发事故的实例屡见不鲜，大部分原因都是因为起重机的金属结构失效而导致的。

起重机寿命的长短跟起重机的金属结构好坏密不可分的，一般来讲大型的港
口起重机价格很高，所以如果出现故障维修费用就会更加加重负担。

最近这些年。

国内外的频繁交易，大量进出口项目都是港口发展的进程，如果在港口的发展过
程当中港口内部设备的配置跟不上港口生产发展的需要，那么对于社会经济发展
是相当不利的。

港口起重机是由起重机臂架、起重机转台还有起重机底架等组成的。

起重机一般是由强度较高的金属钢板经过大工程的焊接方式所做好的金属材
质板。

关键词：港口；金属结构；开裂；修复
引言
港口机械应用安全性对于品牌建设以及企业的长久稳定发展具有着重要影响，而其中金属构件是对港口机械制造质量造成影响的主要因素。

金属结构是港口机
械设备的必备构件，将各种金属材料与零部件结合相关结构组成规则进行链接，
组成能够承受载荷的结构物，对整个机械设备起到支撑的作用。

金属结构可以理
解为是机械设备的骨骼，承受与传递机械装备负担的多种工作载荷。

港口机械金
属结构与其他金属结构存在着一定的差异，其主要表现为港口接卸金属结构的受
力较为复杂，动态性质较为明显，在运行状态中，比较容易出现焊缝与基础材料
开裂等问题，从而形成安全隐患。

1金属结构损伤事故状态分析
港口机械金属结构工作状态，是指金属结构或结构系统的工作性能满足使用
要求的程度，它主要表现为：1.金属结构对工作中各种可能出现的载荷的承载能
力（强度、刚度、稳定性等），亦即结构的安全性。

2.金属结构在工作中的变形
与动态响应对静刚度、动刚度条件的符合程度，亦即结构的适用性。

3.金属结构
在实际使用条件下使用寿命与设计寿命的符合程度，即结构的耐久J性。

由于各
种原因，金属结构在使用过程中将出现不同形式的破坏和损伤，因而金属结构的
工作状态是一个随时间、随工作条件不断变化的物理过程或化学过程。

根据对金
属结构损伤事故状态分析来看，有的结构是属于设计不合理，有的是制造过程质
量引起的，有些是金属结构材料本身存在初始缺陷，有些是用户使用不当造成的。

但金属结构的疲劳损伤要占绝大多数。

表1列出了港口机械金属结构损伤的形式、原因与后果。

2港口机械金属结构的开裂故障诊断与分析
起重机的特点是负载比较大但结构却相对复杂。

随着港口起重机数量的不断
增加，起重机设备也朝着大型化、高效化方向发展，起重机的这些变化亦引发港
口起重机外形尺寸、迎风面积、工作风载、风力作用中心高度的增加，这对港口
装卸技术提出了更高、更新的要求。

在工艺过程当中焊接工艺比较多所以完成后
就会形成很多的焊接裂缝，在港口的生产过程当中经过常年的工程运作必然会因
为残余的应力而造成金属结构变形并导致起重机金属结构裂缝而引起故障。

就拿
港口起重机金属结构的臂架为例，臂架会因为臂架的自身重量还有起重机所承受
的吊物重量、惯性力还有风力，臂架在工作过程当中本身会受到各方面的拉力和
压力而发生形变，焊缝的长度较长而且在金属结构当中焊缝比较多，臂架的内部
残余应力而导致设备变形开裂。

臂架的焊缝处受到的力是最大的，所以也是最容
易让产生的作用力集中的地方。

在起重机的焊接工艺完成后，焊缝的作用力在自
然环境下会产生变形而影响臂架的精度，对起重机金属构件的强度和使用寿命都
产生不利的影响，因为它是一个不稳定的力，在工作环境受到外界干扰时，与外
界的不可抗力相互作用而产生金属结构变形，造成金属结构开裂破坏，在这种条
件作用下可能造成金属结构的永久性破坏并造成不可预估的事故，引发生产发展
安全隐患。

起重机金属结构故障中裂纹是最为常见的故障，一般发生故障的概率
百分之八十左右。

金属结构裂纹一般分为三种形式：张开型裂纹、滑开型裂纹和
撕开型裂纹。

张开型裂纹是在预应力的作用下，对于某一无法承受预应力的部位
产生作用施加压力从而导致金属结构开裂破坏形成张开型裂纹；滑开型裂纹是根
据变应力的先后产生顺序而作用在金属材料上，从而导致金属结构的材料发生形
变而导致破坏从而产生滑开型裂纹；撕开型裂纹顾名思义是在金属结构上面产生
的相对比较大的裂纹，类似于撕裂的感觉，一般是由于金属结构钢板的顶部向上
拓展而产生的，撕开型裂纹最早在焊缝区产生。

港口起重机是由起重机臂架、起
重机转台还有起重机底架等组成的。

起重机一般是由强度较高的金属钢板经过大
工程的焊接方式所做好的金属材质。

3港口机械金属结构故障的修复措施
由于起重机金属结构故障的存在是广泛且破坏力相当大的，所以对金属结构
的故障诊断和检查修复是极其重要的，找到有效的解决方法能够加强港口的建设，推进社会与经济的发展。

一般来讲港口受到风力的影响比较大，而强风是造成起
重机损毁的重要原因，特别是突发性强风的攻击，因为强风的突发性是很难预防的，起重机金属结构的故障是港口生产安全的最大隐患之一，因为在风力和海水
的作用下金属结构更易发生锈蚀从而导致金属结构破坏。

风灾是大型起重机械设
备发成故障的“凶手”之一。

在对金属结构破坏修复的过程中，金属结构裂纹的研
究是相当有难度的。

一般的工程金属结构开裂和预防仍然是大家不断钻研的课题。

4结构件装配问题
4.1结构件轴线直线度不符标准
港口机械中，例如门机臂架、RTG主梁等呈现为细长形态的结构件，在进行
焊接之后，整体轴线在预定平面内会出现直线超差的情况，此情况一旦出现将会
影响到后期装配质量以及构建自身的承载能力。

在构件制造期间，需要遵循一定
的标准进行胎架的搭建，按照规定的顺序进行装配，并依据预先制定的焊接顺序
实施焊接技术。

值得注意的是，在焊接期间需要强化对尺寸的核查力度，若在核
查过程中发现不符合标准的问题，需要及时地做出调整。

4.2角焊接装配间隙较大
角焊缝连接的构件需要尽量贴近，这是对角焊接所提出的基础要求，根部间
隙需要控制在5mm之内，板厚度超出70mm的钢板或是其他型材，装配间隙需
要控制在8mm之内，针对装配间隙超过2mm的焊缝，焊脚高度需要对应增加
2mm。

在结构件制造期间，角焊接装配间隙超差的情况比较常见，针对超差较小
的情况，直接加衬垫堆焊的方式将其修整到限定间隙之后实施焊接技术。

针对超
差量在2倍板厚情况，在焊接修补期间需要多次进行，避免出现一次焊接应力突
然增加的情况而导致焊缝开裂。

4.3定位焊开裂与隔板装配问题
定位焊焊接材料的选择与焊接质量标准与正式焊缝需要保持一致，焊缝高度
最佳标准为设计高度的二分之三，焊缝的长度控制在10-30mm之间，间隔距离
控制在100-300mm之间，针对约束较大的位置可依据实际情况增加定位焊。

针
对出现定位焊开裂或是存在气孔的情况必须要进行清除之后才能够进行后续工作。

结语
综上所述，港口机械金属结构工作状态的检测评定与分析研究是一项具有实
际意义的工作。

它不仅有助于设备使用和管理部门准确掌握结构的工作状态，妥
善采取修复改造等技术措施；同时还为改进产品设计，提高产品质量，制定有关
设备管理技术政策等提供重要信息。

参考文献：
[1]邵佳申，常恒瑞，郑占乐，等.金属结构破坏Meta分析[J].中国组织工程研究，2017、21（23）：3767-3772.
[2]杜红平，王元地.学术论文参考文献：引用的科学化范式研究[J].中国科技期刊研究，2017，28（1）：18-23.。