對(duì)于門(mén)式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)而言，微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展在實(shí)際工作中根本無(wú)法預(yù)防和監(jiān)測(cè)。因?yàn)槿藗兺P(guān)心宏觀裂紋的擴(kuò)展時(shí)間，而微裂紋卻在被忽視的同時(shí)已加速擴(kuò)展，最后形成宏觀裂紋，使得門(mén)式起重機(jī)存在嚴(yán)重的安全隱患。
??? 在日常的檢驗(yàn)中，起重機(jī)的檢驗(yàn)重點(diǎn)是確定結(jié)構(gòu)的損傷部位，尋找與損傷部位相關(guān)連的缺陷:
??? 1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件和焊縫中的裂紋；
??? 2)組合件及其組成構(gòu)件和局部殘余變形；
??? 3)鉚接和螺栓連接零件的位移；
??? 4)組合件的閉合箱體和結(jié)構(gòu)件的銹蝕；
??? 5)鋼軋板件發(fā)生分化；
??? 6)鉸連接構(gòu)件機(jī)械連接的損傷和磨損。
??? 不難看出這六個(gè)方面最難發(fā)現(xiàn)的就是裂紋，裂紋造成的危害極大，引起起重機(jī)時(shí)有臂架折斷、圓筒整體斷裂等惡性事故。
??? 為此，筆者針對(duì)性地研究疲勞裂紋的擴(kuò)展因素以及相應(yīng)的裂紋修理方法。
??? 一、疲勞裂紋的擴(kuò)展
??? 對(duì)于宏觀裂紋尺寸，其擴(kuò)展只取決于整體的工作性質(zhì)和條件，而不是某個(gè)局部的性質(zhì)和條件。從線彈性力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)講，宏觀裂紋的擴(kuò)展可用應(yīng)力強(qiáng)度因子來(lái)描述。然而，正如靜態(tài)加載裂紋一樣，在擴(kuò)展的疲勞裂紋尖端處也存在塑性區(qū)，這些塑性區(qū)的存在對(duì)裂紋的擴(kuò)展也會(huì)產(chǎn)生重大影響。此外，環(huán)境也是影響宏觀裂紋擴(kuò)展的一個(gè)重要因素。
??? 對(duì)疲勞微裂紋擴(kuò)展而言，關(guān)鍵在于裂紋從初始尺寸擴(kuò)展到最大尺寸的允許值是多少，此時(shí)結(jié)構(gòu)恰好能避免破壞。因此，疲勞裂紋的擴(kuò)展可用三個(gè)參數(shù)來(lái)描述，即初始裂紋尺寸、最大允許裂紋尺寸及裂紋擴(kuò)展周期來(lái)描述。其中，用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能可靠測(cè)得裂紋的最小尺寸，它并不一定等于初始裂紋尺寸，而是取決于采用何種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。而在原理上能用線彈性斷裂力學(xué)或彈塑性斷裂力學(xué)來(lái)確定，以便預(yù)示裂紋失穩(wěn)斷裂的開(kāi)始。
??? 二、焊接結(jié)構(gòu)斷裂因素分析
??? 對(duì)門(mén)式起重機(jī)這樣的大型焊接結(jié)構(gòu)，引起其脆性斷裂的因素很多，包括溫度、材料韌性、焊接工藝、殘余應(yīng)力、疲勞、約束等。但斷裂力學(xué)認(rèn)為，本質(zhì)上有影響的因素只有三個(gè)(其它因素只是影響這三個(gè)因素)，即材料韌性、裂紋尺寸和應(yīng)力水平。
??? 1、材料韌性
??? 含缺口的材料在緩慢加載及線彈性特性情況下，承受載荷或抗塑性變形的能力可以用平面應(yīng)力的臨界強(qiáng)度因子或平面應(yīng)變的臨界強(qiáng)度因子來(lái)描述；在最大約束沖擊或動(dòng)力加載及線彈性特性情況下，用動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子來(lái)描述。
??? 2、裂紋尺寸
??? 復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)在制造時(shí)總會(huì)存在一些缺陷(氣孔、未熔合、未焊透、表面夾渣、裂紋、焊瘤等)，而脆性斷裂總是從各種形式的細(xì)小缺陷開(kāi)始，經(jīng)過(guò)疲勞和應(yīng)力腐蝕就可能擴(kuò)展到臨界尺寸。
??? 3、應(yīng)力水平
??? 應(yīng)力是引起脆性斷裂的必要條件，使用各種應(yīng)力分析技術(shù)可確定該應(yīng)力的大小。
??? 總之，斷裂力學(xué)建立在應(yīng)力分析基礎(chǔ)上，用應(yīng)力強(qiáng)度因子描述裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)度，反映裂紋擴(kuò)展和材料的斷裂行為；用應(yīng)力及裂紋尺寸描述斷裂特性，并預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)脆性斷裂的敏感性。將這三個(gè)因素聯(lián)系起來(lái)，可以定量評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。
