黄建明实战案例专栏 | 【案例73】小小常识 – 都是焊接惹的祸

文章来源:微信公众号:航空无损检测
73 小小常识 – 都是焊接惹的祸

输入标题


输入标题



在香港我曾看过电梯轴焊接修补和机场的货运架上的动力轴用焊接方法制造(偷工减料),用不了多长时间就断裂了,这都是焊接惹的祸。



温馨提示:

本系列专栏案例均在夏紀真老师的网站发布过,经作者本人修改和补充后,由本公众号发布,以满足当下年轻人互联网浏览习惯。

#

实战案例专栏 /   案例73

2012年12月x日(星岛日报报道)青衣对开西锚地昨凌晨二时许发生工业意外,一名四十七岁姓周船员在趸船上起卸货柜时,遭突然折断吊臂击伤头部,工友见状报警,救护员到场,替伤者治理及戴上颈箍,再将他送院,目前情况严重,警方及劳工处对意外正展开调查。


以上是香港报纸的工伤意外报导。


什么原因造成吊臂折断呢?


故发生后,客户找到我们要求帮他们检测趸船(Barge驳船)上,正在使用中的吊臂支撑轴(Goose Pin of Derrick)是否有裂纹。


当我到达现场看到已经断裂的吊杆横放在趸船上,上前去仔细查看吊臂支撑轴整整齐齐的断裂断口,很明显地看到断口的起点首先来自焊缝边缘。(见图 1)


(图 1 吊臂支撑轴整整齐齐断裂)


这是典型的由焊接引起的金属疲劳失效,因为这类轴类零件所用的材料都是高强度含碳量高的合金钢,是不适宜用焊接方法的,高温焊接急速冷却会淬硬和产生裂纹,而且这吊臂长36米安全负荷是60公吨,在吊运过程中受到很大的应力作用,更何况这支撑轴在最下面其杠杆作用时力度就更大了,当受到左右摆动弯曲时,在焊缝硬化或有裂纹的位置肯定开裂,最后造成吊臂断裂倒塌击伤工人事故。


我与船厂的工人接触详细查问后,才知道在他们这个行业,从来就没有一个详细的设计图纸,也没有标准的尺寸,用什么材料也不清楚,同样的长度和负荷情况下,支撑轴的直径可以是不一样的,都是根据当时能找到什么材料就用什么材料,能找到什么尺寸就用什么尺寸


在几十年实验摸索中他们发现找船尾轴来改造最好,因为香港以前有拆旧船的工业,船尾轴的确是适用于支撑轴的,可是他们不知道是不能焊接的


为什么要焊接呢?


原来是为了省材料,支撑轴的法兰直径比下面的轴要大很多,例如轴径是520mm时法兰直径却要700mm,或者轴径430mm时法兰直径却要560mm,如果用整条都是法兰直径来加工既浪费材料又浪费机加工时间。


所以他们分两部分来加工,找个大轴径的切片挖空做法兰,找了小直径做轴,然后穿插在指定的位置进行焊接,上下两圈焊缝,使用后发现不够力会松脱,然后再加焊几支撑板,正巧这支撑板焊接的位置又是支撑轴最受力的位置,再加上焊工也不是有资格焊工,也没有合格的焊接工艺,焊条用的是 AWS E7016直径4.0mm,他们不知道这种低氢焊条焊接前是要烘焙和保温的,工件也没有预热,焊后也没有热处理,我看焊缝已经是严重咬边,在材料不适合焊接的情况下又焊的质量不好,肯定会产生断裂的。


我们在检测其他正在使用中的吊臂支撑轴时,就看到很多裂纹(见图2,3),这些裂纹如果不及时处理,将来使用时肯定会再次发生吊臂折断事故


(图 2 典型的裂纹)

(图 3 典型的裂纹)


轴类构件都是用高强度的合金钢,材料供货商在提供数据时就已经在其产品说明中告诉此材料不适合焊接


其特性见以下介绍:


美国ASTM 4340合金钢

执行标准: ASTM A29/A29M-04


1. 特性描述


该钢有高的强度,高的韧性和良好的淬透性。此钢又有抗过热的稳定性,但白点敏感性高,有回火脆性,钢的焊接性很差,焊前需进高温预热,焊后要进行消除应力处理。


一般在调质状态下使用,也可在低温回火或等温淬火后作为超高强度钢使用。


用途:用于制造要求韧性好,强度高及大尺寸的重要调质件,如重型机械中承受高载荷的轴类,直径大于 250MM 的汽轮机轴、叶片,高载荷的传动件、紧固件、曲轴、齿轮等;也可用于工作温度超过 400 度的转子轴和叶片等。


此外还可以进行渗氮处理后用于制造特殊性能要求的重要零件。


2. 化学成份:


碳C:0.38~0.43;

硅Si:0.15~0.35;

锰Mn:0.60~0.90;

硫S:允许残余含量≤0.040; 

磷P:允许残余含量≤0.035; 

铬Cr:0.60~0.90;

镍Ni:1.65~2.00;

铜Cu:允许残余含量≤0.025;

钼Mo:0.20~0.30 


3.力学性能:


抗拉强度σb(MPa):≥980(100);

屈服强度σs(MPa):≥835(85); 

伸长率δ5(%):≥12;

断面收缩率ψ(%):≥55;

冲击功Akv(J):≥78;

冲击韧性值αkv(J/cm2):≥98(10);

硬度:≤269HB;

试样尺寸:试样毛坯尺寸为25mm。


4.热处理规范及金相组织:


热处理规范:淬火850℃,油冷;回火 600℃,水冷、油冷。


5.交货状态:


以热处理(正火、退火或高温回火)或不热处理状态交货,交货状态应在合同中注明。


香港我曾看过电梯轴焊接修补和机场的货运架上的动力轴用焊接方法制造(偷工减料),用不了多长时间就断裂了,这都是焊接惹的祸。


最后我建议船厂用以下两种方法解决这个问题


1.整体锻造出来;

2.买较大直径的船尾轴整体机加工出来。


两种方法都是不用焊接的,在他们向锻造厂家查问后发现时间上赶不上工期,最后在广州某金属材料公司找到两条旧船尾轴,为了安全起见他们特地请我上去帮他先做下超声波检测,合格后做机加工。


很快地解决了这个问题,船厂将会陆续地用这个方法更换所有的Goose Pin。


关于作者



黄建明长期从事在役无损检测技术工作近40年。任职于香港安捷材料试验有限公司,北京理工大学珠海学院“应用物理(无损检测方向)”本科专业兼职教授。美国焊接学会会员,美国无损检测学会会员,中国机械工程学会会员暨无损检测分会理事。英国焊接和无损检测人员考试发证章程(CSWIP)焊接检验督察,英国无损检测人员考试发证章程(PCN)II级焊缝射线照相评片员,美国焊接学会(AWS)高级焊接检验督察,AWS焊接导师,美国无损检测学会(ASNT)NDT检验师-UT、RT、MT、ET III级(高级)技术资格,中国机械工程学会无损检测分会RT、UT 3级(高级)技术资格。


联系方式:

邮箱:kmwong@aes.hk

公司:香港安捷材料试验有限公司 


/ END /

本公众号将会持续分享黄建明老师的实战经典案例,欢迎订阅,持续关注!

声明:本文章系转载,版权归原作者所有。本站尊重原创,转载文章仅为传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,请保留本站注明的文章来源,并自负版权等法律责任。如对文章有疑议请及时与我们联系。
分享到:
推荐精彩博文

预约相关课程

请稍候