江苏省特种设备安全监督检验研究院镇江分院扬中所 江苏镇江 212200
摘要：塔式起重机的主要结构件大量采用焊接施工的方法来制作，并且其在工作过程中常常因为载荷的频繁加载和卸载而受到应力作用，有些结构件在使用中会逐渐因此而产生裂纹。本文分析了塔式起重机的主要结构、常见裂纹成因以及两起施工现场产生的裂纹，对裂纹的预防和控制提出了一定的对策。
关键词：普通塔式起重机；检验；裂纹；分析
Analysis of cracks found in two ordinary tower cranes during inspection
Liu Yuliang
Yangzhong Institute，Zhenjiang Branch，Jiangsu Special Equipment Safety Supervision and Inspection Research Institute，Zhenjiang，Jiangsu 212200
Abstract：The main structural parts of tower cranes are made by welding construction methods，and they are often stressed during the work process due to frequent loading and unloading of loads. Some structural parts will gradually crack during use. This paper analyzes the main structure of the tower crane，the causes of common cracks and two cracks on the construction site，and puts forward certain countermeasures for the prevention and control of cracks.
Keywords：ordinary tower crane；inspection；crack；analysis
引言：
塔式起重机的作业条件非常苛刻，长期的运营中有可能在某些关键部件上产生裂纹，例如回转过渡节上的耳板。研究这些裂纹的高发部位和形成原因对制定预防和处理措施具有非常重要的作用。
1普通塔式起重机概述
1.1 概念及分类
这种起重机的塔身较高，顶部安装了可回转的臂架，其作业半径也比较大，主要功能是将施工物料从地面垂直起吊至一定高度，然后借助臂架的回转调节角度，利用臂架上的行走机构来实现物料的水平运输[1]。塔式起重机的分别情况可参考表1。
表1 塔式起重机分类
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1.2 基本构造
第一，起升机构。无论哪一种类型的塔式起重机，起升机构都是必不可少的结构。物料的提升必须在起升机构的配合之下才能完成。塔吊上专门设置有起升装置，其中包括起升齿轮、起升卷扬机、配套的电气设备等[2]。通常情况下起升机构要和变幅机构配合起来运行。
第二，运行机构。塔式起重机沿着水平方向搬运物料时，主要依靠起重小车或者起重机来完成运输功能。有些塔式起重机的运行机构受到轨道的限制，也有些塔式起重机采用无轨运行的方式，行走限位器可将行走机构的位置限定在安全范围之内。
第三，变幅机构。起重机在工作过程中必须采取有效地措施来控制吊装作业的半径以及臂架的伸缩幅度，这一功能直接关系到起重机能否顺利完成工程任务以及能否保障吊装安全[3]。变幅机构可借助改变臂架的仰角和长度来有效地控制作业的幅度。具体的机构组成包括变幅卷扬机、变幅小车、变幅滑轮以及变幅钢丝绳等。变幅限位器可将其工作范围限制在安全的水平上。
第四，旋转机构。塔式起重机的臂架具有回转的功能，起重机的塔身作为主要的承载结构，设置在上部的旋转机构沿着与塔身相垂直的方向做圆弧运动，进而实现物料在水平面上的运输[4]。回转机构的关键组件包括回转转盘和回转支承等。
2塔式起重机常见裂纹
第一，施工现场的塔式起重机安全检查中比较容易在起重臂下弦的连接接头位置发现一些或大或小的裂纹。造成这一现象的常见原因为公母连接器出现了问题，在安装起重机的过程中采用焊接技术将下弦杆的主体承重结构与公母连接器焊接在一起，由此带来的问题是公母连接器在起重机运行的过程中会受到较大的应力作用，当吊臂吊起重物和卸去重物的过程中，这一装置会受到两种方向相反的载荷，长期下去就会在部分受力部位产生明显的裂纹。此类裂纹的形成与设备上使用的材质、焊接作业的质量以及长期的载荷作用等都具有密切地联系，在材料和制造工艺没有得到有效提升的情况尚不能完全避免这种裂纹的产生，施工现场一旦发现这些部位出现任何细微的裂纹都应采用补焊的方式加以修复[5]。
第二，槽钢母材上存在裂纹。塔式起重机的制造材料和制造方法会随着极限载荷的大小而产生较大的差异，起重能力强的大型塔式起重机通常在制作要求上比较高。但是小型塔式起重机则存在制造方法和标准不严格的问题，例如，QTZ25之类的小型塔式起重机经常将槽钢作为下弦杆的母材，但是槽钢呈现出三面连接一面开口的特点，当下弦杆受力时容易从开口处的外边缘部位产生由外向内的裂纹。这一问题是由于制作下弦杆时没有使用钢板将槽钢的开口部位封住，假如在槽钢开口出焊接一道钢板，这样就可起到良好的加固作用。在受到载荷作用时可借助封板材料对槽钢的开口位置形成有力地力学支撑效果。槽钢的封闭可分段进行（每隔一段距离设置焊接一道封板），也可全部封闭，这样可有效地避免槽钢上出现裂纹。
第三，焊接部位和连接螺栓上出现裂纹。塔式起重机的塔身标准节主要采用螺栓实现连接，其螺栓套上偶尔会出现裂纹。塔身主肢上的焊接部位有可能因为焊接工艺出现问题而形成一些细微的裂纹，并且在其热影响区域也会出现类似的问题。这些起重机结构在制作过程中主要采用金属焊接的方式，那么母材的质量、焊材的质量、焊材的保存方式、焊接方法、焊缝检测等环节都会影响到整体的质量。例如，焊接作业现场要求将经过烘干的焊材放置在专门的焊条保温桶中，这样做可有效防止其受潮，进而影响焊接效果[6]。然而有些作业人员在实际操作过程中经常直接将焊条放置在地面上，并导致其受潮。另外，在焊接施工中还要采取无损检测的技术来检查焊缝上是否存在未焊透、漏焊以及气孔等质量缺陷。如果不能有效控制这些问题，塔式起重机上的焊接部位也比较容易产生裂纹。
3两起裂纹检验案例
本次检查中出现的两处裂纹全部都位于塔式起重机的回转过渡节上，塔式其中机的型号为QTZ63。具体情况如下。
3.1裂纹出现在上支座连接耳板上
施工单位的安全管理部门在定期安全大检查过程中发现该型号塔吊回转过渡节的上支座连接耳板处出现了一些比较明显的裂纹，支座过渡节时使用了载荷较大的方钢，厚度达到30毫米的耳板上出现了轻微断裂的情况。耳板的主要作用是对塔帽起到良好的支承效果，塔帽上设置了开口，耳板插入开口并使用角焊缝的方式与之形成良好的固定。但是这种连接方法会导致其在后续的使用中出现比较显著的应力集中作用，长期反复的载荷变化最终会造成耳板上出现机械损害，裂纹由此而成。仔细研究其焊接方法，最终发现耳板和封板的角焊缝的角高度基本上都控制在2到3毫米的范围之内，并且这些焊缝之间存在间断，并非一次焊接成型。工程技术人员还在这些耳板的焊缝中发现了较多的质量问题，气孔和夹渣尤为突出。由此可见焊接工艺技术落实不到位、焊缝检测不过关等问题是导致耳板裂纹的主要原因。与此同时，企业还检测了耳板及封板的材质，发现其符合Q235B的技术要求，排除了材料存在缺陷的情况。综合以上两个方面的情况来看，一方面是由于耳板和支座之间的连接方式导致其在应用中承受着较大的应力作用，另一方面则是焊接工艺不合格。二者共同作用，造成了裂纹。
3.2 裂纹出现在回转过渡节下部
施工中使用了一台工作时间超过6年的塔式起重机，作为特种设备，其必须接受定期检查，结果发现其回转过渡节的中下部位出现了裂纹。经调查后确认该塔式起重机的回转过渡节采用材质为Q235B的角钢制作而成，并且将其焊接在基座上。同时将过渡性直角钢的另一个直角边与带有直角形状的钢板对接在一起，然后再将对接面焊接起来，正是在这一对接位置出现了比较显著的焊接质量缺陷，裂缝主要集中在对接交汇部位，基本上都是呈水平分布的直线型裂纹，其中间部位的跨度比两端略大。经过严格地检查之后并没有发现回转过渡节上存在其他类型的裂缝。从成因上看，主要包括四个方面。1）回转过渡节本身的设计上存在一定的缺陷，易产生应力集中；2）结构物在焊接过程中没有控制好咬边且操作方法也比较粗糙；3）制造单位在完成过渡直角钢的焊接作业之后没有及时处理耀皮，且缺乏相应的防锈措施；4）塔式起重机在应用过程中要根据其吊装载荷能力来限制物料的重量，频繁的超负荷使用会造成塔吊回转过渡节受到过大的应力作用，进而为裂缝的形成创造了条件。例如，过渡节采用角钢来制作时容易造成其受力不规则，加剧了裂缝的形成。
3.3 维护及管理措施
3.3.1 采用制作规范的塔式起重机
塔式起重机在加工制作的过程中常常采用一些预制件作为主体结构的材料，例如，方钢、槽钢、角钢等，焊接施工在其制造中应用得非常普遍。施工单位在组装塔吊的过程中必须严格把关预制件的质量和焊接作业的质量。尤其要避免因为焊接规范落实不到位而产生气孔、漏焊、未焊透、夹渣等严重的缺陷。同时还要分析塔吊的受力部件在结构上是否设计的合理，对于应力集中的组件应结合实际情况考虑是否要设置加强件。
3.3.2 加强日常检查和定期检查
从塔式起重机的结构就不难发现其塔身、臂架、回转机构在运行过程中要承受较大的载荷，有些结构还会因为载荷的加载和卸载而频繁的遭受交变应力的作用。按照特种设备的管理要求对其开展定期的安全检查以及日常巡检是避免安全事故的重要措施。表2是塔式起重机的安全检查流程。
3.3.3 及时评估裂纹的安全影响
塔式起重机上一旦检查出裂纹，必须由工程技术专家对裂纹可能造成的潜在安全风险做出严格的评估和论证，尤其是在用的设备。技术人员要通过现场勘验、危害评估等方式来判断裂纹能否修复，有些裂纹比较大，即使采取了修复措施，也难以确保其强度达到安全标准，这种情况下应该禁止继续使用出现裂纹的塔吊，并且要挂红牌，详细说明情况，在适当的时机将其拆除。
表2 塔式起重机安全检查流程
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4结束语
普通塔式起重机在制作过程中经常采用焊接技术将方钢、角钢等预制件连接起来，现场安全检查中会在某些焊接部位以及应力集中部位发现一些细小的裂纹，造成这一现象的主要原因包括焊接规范落实不到位、受力结构的设计不合理以及日常使用不当。施工单位在组装塔式起重机的过程中应该加强施工质量控制，平时做好现场安全检查和定期检查，及时发现并处理裂纹。
参考文献：
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