大型挖掘机结构件厚板层状开裂原因及解决措施

　　随着施工建设的不断发展，工程施工的难度以及强度正在不断的提升，在这个过程之中，挖掘机的大型化是一种必然的发展趋势，在大型挖掘机的操作运行的过程中，其中最为重要最为关键的一个结构就是大型挖掘机的结构件大多数情况下是厚板或者是超厚板，在实际焊接的时候非常的麻烦，有着非常大的工作量，这种厚板在挖掘机后期的使用过程中容易出现层状的开裂现象，这是因为挖掘机恶劣的施工环境，在实际工作进行的过程中需要遭受到许多的冲击荷载，对关键的结构件有着较高的疲劳要求。当层状开裂发生的时候，由于开裂的范围区域特别的大，在进行维修时的难度非常的大，开裂严重的会导致挖掘机的报废，所以所客户对于挖掘机的质量有着非常高的要求。在现阶段的发展过程中，如何有效的减少层状开裂的形成，就是挖掘机在未来里面发展过程中的主要战略研究对象。

　　1　大型挖掘机结构件层状开裂部位

　　由于挖掘机恶劣的工作环境，在一定程度上加大了大型挖掘机结构件产生层状开裂的可能性，在大型挖掘机层状开裂产生的过程中，层状开裂主要是产生在厚板和承受较大荷载的焊接处，尤其是在制造应力和工作应力相互叠加的部位，在大型挖掘机的设计建造的过程中，已经对于大型挖掘机动力臂、斗杆上下盖板、主体底板、底架盖板等重要的结构进行进一步的加固加厚，就是防止在后期的使用过程中由于厚度原因产生层状开裂，在大型挖掘机的整体构件之中，存在较大开裂隐患的部位就是承接工作应力和焊接应力相互叠加的部位，由于工作强度的原因，会使得这些部位在进行发力的同时增大开裂的概率，所以说在挖掘机结构设计的过程中，要加大对这个部位的重视程度，适当的加大厚度。

　　2　层状开裂机理的分析

　　大型挖掘机机构件的层状开裂是由于材料的抗裂性能和结构件的开裂力所重叠在一起所造成的受力过剩，在进行大型挖掘机设计的过程中，我们要注重对挖掘机结构部件的抗裂性能进行加强，抗裂性在实际使用的过程中，主要是体现在材料在使用的过程中能够抵抗层状开裂的性能。当大型挖掘机的结构件厚板发生层状开裂的时候，引起层状产生开裂的原因就是由开裂力给引起的，在大型挖掘机实际使用的过程中，当开裂力远远的大于结构件的抗裂性能的时候，就会在一定程度上造成层状开裂现象的产生。在大型挖掘机的使用过程中，可能出现开裂的地方有很多，这些地方都在一定程度上存在着一定的开裂隐患，比如说在焊接结构中的焊缝咬边、裂纹、未熔合、夹杂等一些应力比较集中的部位，还包括有板材晶体出现缺陷的  部位、非金属化合物的富集区以及残余应变区等相关的薄弱处都有可能发展成为一个新的开裂点，所以在后期大型挖掘机的发展以及保养的过程中，我们要加强对这些薄弱地区的养护工作，在对大型挖掘机层状开裂机理进行分析的过程中，要能够针对实际情况制定相应的解决方案。

　　3　层状开裂敏感性的评估方法

　　层状开裂对于大型挖掘机的运行来说有着非常严重的危害，如果在这个过程中我们不能够对其进行有效的控制的话，就会在一定程度上对挖掘机的安全运行产生巨大的影响。由于层状开裂的危险性，所以在实际发展的过程中，我们更要加大对大型挖掘机结构件层状开裂的产生进行研究，在现阶段的发展过程中如何通过一个有效的、合理的结构设计、材料的选用和工艺法对层状开裂进行消除处理是当下研究工作进行过程中的重点内容。在现阶段的发展过程中，主要有三种评估大型挖掘机层状开裂敏感性的方法，使用这些方法进行敏感性评估的过程中，还涉及到大量的工业运算，这三种方法虽然在实际使用的过程中存在着一定的准确性和高效性，但是仍然存在着一定的局限性，在实际作用的过程中，并没有充分的考虑产品的工作状态以及板厚的方向应力对层状开裂现象产生的影响，在现阶段的发展过程中，国际上还没有出现一种能够非常完善的对层状开裂进行有效评估的方法。如图1 所示：

　　图1　层状开裂微观扩展图

　　4　层状开裂原因分析以及防止方法

　　4.1　材料的抗裂性能

　　在对层状开裂的产生原因进行分析的过程中，首先我们的分析对象就是大型挖掘机结构件的材料设计，挖掘机的材料抗裂性能在实际使用的过程中主要受到两方面因素的影响，其一是在相关的材料通过钢板轧制之后具备有一定的抗层状开裂性能，另外一种影响因素就是在钢板切割成型的过程中，在引入晶体材料之后造成的缺陷就会在一定程度上影响到抗层状开裂的性能，就会在一定程度上加大开裂点产生裂缝形成层状裂缝的可能性。

　　4.2　材料自身的抗裂性

　　在大型挖掘机设计建造的过程中，相关材料的质量就会在一定程度上影响到挖掘机在后期使用过程中的抗裂性。在材料的设计制作的过程中，冶炼后的钢水浇筑凝固形成的钢坯以及轧制而成的钢板，对钢板进行冶炼、浇筑和轧制都会在一定程度上影响到挖掘机钢板的抗裂性能。通过冶炼的操作能够在一定程度上清楚钢水等杂质并且在这个过程中添加适量的改性元素的一个过程；浇筑凝固阶段的进行是根据结晶提纯的原理来进行操作的，通过这样的操作在最后形成的钢坯厚度中间部位的杂质含量较高，尤其是一些熔点较低的化合物，同时在这个部位之中可能会因为凝固时液态材料补充的不足，会容易出现缩孔等铸态缺陷的现象；在材料轧制的过程之中，大的压缩比会在一定程度上造成塑性变形，可以在一定程度上对铸态缺陷进行进一步的压实与焊接，能够在一定程度上大大提高材料的抗裂性能，但是在这个操作过程中，材料之中的一些夹杂物也会在这个过程中被轧制成平行钢板表面的薄膜状，它与金属材料之间有着较低的结合性，能够在一定程度上降低材料的抗裂性能。除此之外，材料的抗裂性能还与金属材料的韧塑性有关系，材料的韧塑性越高，在裂纹进行进一步扩大的过程中所需要的能量就越大，在整个轧制工作进行的过程中，材料的轧制比越大，材料的韧塑性就会一直的增大。

　　4.3　制造的过程造成抗裂性能的下降

　　在对材料进行加工成相关结构件的过程中，一些特殊的加工方式会在一定程度上影响到材料的抗裂性能，在一些折弯、卷圆等材料冷却成型过程中发生的塑性变形，会在一定程度上使得中性层内侧的材料受到巨大的压迫，而材料发生变形的本质就是因为许多的错位所造成的，以至于出现错误的增值。在发生错位的过程中，在错位线的附近原子会偏离原来的平衡位置，在这个过程中晶体点阵会发生一定程度的变化，就会处于一种高能不平衡的状态，就会在一定程度上导致材料的应变能力大大的降低，从而会在一定程度上对钢板抗层状开裂的性能产生巨大的影响。在对材料进行火焰切割更相关的热加工的过程中，热作用会在一定程度上影响到晶体粒的大小，在后期的冷却过程中出现的脆化萃硬组织都会在一定程度上降低材料抗层状开裂产生的能力，通过对材料进行回复结晶的过程中，会在一定程度上减少位错能以及相关的组织，可以从热力学上将不稳定的状态转化成一个稳定的状态，以此来在一定程度上提高材料抗层状开裂的性能。除此之外，还要对材料中的一些熔点较低的化合物进行严格的控制，这类化合物含量较高的话，在进行热处理的过程中该类化合物就会形成一种液态的薄膜，情况严重的话会使得钢板完全失去相应的抗裂性能，所以说在进行材料的选择、处理的过程中一定要控制好低熔点化合物的含量。

　　4.4　应力对抗裂性能的影响

　　在对材料的抗裂性能产生影响的因素之中，应力的作用也是主要的影响因素之一，在这些应力因素之中还包括有结构开裂力、制造应力、工作应力等，钢板在具体使用的过程中在板厚方向产生的拉应力是造成层状开裂的力学条件，应力集中所造成的实际应力远远的高于名义应力，会加剧层状开裂的形成。

　　在产品使用的过程中，工作应力与集中应力都会在一定程度上对材料的抗裂性能产生巨大的影响，所以说在实际的发展过程中，我们需要控制好材料在使用过程中的受力。

　　5　结语

　　大型挖掘机结构件层状开裂的形成主要是在厚度承受部位形成的，层状开裂是材料的抗裂性能与开裂力综合作用的结果，在进行材料选择的过程中，要注重对材料的筛选，这样能够在一定程度上有效的避免层状开裂现象的产生。

　　参考文献：

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　　[2] 王超颖,刘春波,高国兵.建筑钢结构厚板层状撕裂控制及预防措施[C].钢结构与金属屋面新技术应用,2015.

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　　作者简介：安明勇（1974.09- ），男，贵州铜仁人，硕士，工程师，主要从事工程机械管理工作。