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 李博  邱郡  梁驍  黃文和

 （上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院  上海  200333）

摘要：通過(guò)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)勘查，檢驗(yàn)測(cè)試了失效部件的焊接狀況，驗(yàn)證計(jì)算了焊縫強(qiáng)度，分析了斷口及焊縫微觀組織的狀態(tài)，多維度展開(kāi)事故調(diào)查分析并獲得結(jié)論。

關(guān)鍵詞：  定柱式旋臂起重機(jī)事故分析焊縫強(qiáng)度 中圖分類號(hào)：X941

文章編號(hào)：1673-257X(2016)04-0077-04 DOI：10. 3969/j .issn .1673-257X．2016. 04. 014

1事故情況概述

 2014年，某市石材有限公司生產(chǎn)車間內(nèi)，一臺(tái)1t定柱式旋臂起重機(jī)在吊運(yùn)一片大理石板材過(guò)程中，起重機(jī)懸臂梁從立柱上脫落后墜落地面，砸中其下方一名操作該起重機(jī)的作業(yè)人員致其死亡。

2設(shè)備基本情況

 該定柱式旋臂起重機(jī)在事故中解體，實(shí)物樣式及基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，該事故起重機(jī)主要結(jié)構(gòu)由立柱和懸臂梁構(gòu)成，懸臂梁依靠上、下回轉(zhuǎn)組件繞立柱回轉(zhuǎn)，起升機(jī)構(gòu)為帶有小車行走機(jī)構(gòu)的鋼絲繩電動(dòng)葫蘆，鋼絲繩電動(dòng)葫蘆可沿懸臂梁工字鋼下緣水平運(yùn)行。其額定起重量為1t，起升機(jī)構(gòu)為鋼絲繩電動(dòng)葫蘆、手電門(mén)控制，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為人力驅(qū)動(dòng)。據(jù)查，該起重機(jī)未經(jīng)法定監(jiān)督檢驗(yàn)，制造單位及相關(guān)設(shè)備出廠信息不詳。

3事故現(xiàn)場(chǎng)勘查情況

 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，事故發(fā)生后，起重機(jī)懸臂梁與立柱分離，立柱仍保持直立狀態(tài)，懸臂梁墜落地面（見(jiàn)圖2），電動(dòng)葫蘆置于懸臂梁端部。地面散落碎裂的石板并遺留血跡（見(jiàn)圖3）。

 該起重機(jī)立柱頂部留有回轉(zhuǎn)立軸，直徑約106mm，軸上端約20mm高處可見(jiàn)上下兩道殘余焊接斷口（見(jiàn)圖4）。懸臂梁與立柱連接的上、下回轉(zhuǎn)組件均伴隨懸臂梁共同墜落地面。其中，上回轉(zhuǎn)組件在懸臂梁回轉(zhuǎn)端留有上、下兩片法蘭，法蘭之間采用四根螺栓連接，螺栓連接未失效（見(jiàn)圖5）。下回轉(zhuǎn)組件為兩個(gè)角對(duì)稱布置的繞立柱回轉(zhuǎn)的滾輪，未見(jiàn)損壞和異常（見(jiàn)圖6）。上回轉(zhuǎn)組件結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。上回轉(zhuǎn)組件中的下法蘭中心孔頂面可見(jiàn)連續(xù)周向（環(huán)形）手工焊縫斷口（見(jiàn)圖8），其背面可見(jiàn)間斷分布的點(diǎn)焊斷口（見(jiàn)圖9），兩道焊縫斷口與立柱回轉(zhuǎn)立軸上焊縫斷口（見(jiàn)圖4）對(duì)應(yīng)。

4焊接狀況測(cè)試和分析

 選取下法蘭并對(duì)其連接焊縫進(jìn)行失效分析可知：

 1)由宏觀及金相分析可見(jiàn)，連接盤(pán)與立柱軸焊縫區(qū)的有效厚度很窄，約在2.2mm～4.2mm之間，會(huì)影響立柱與連接盤(pán)件的結(jié)合強(qiáng)度。

 2)由宏觀及微觀組織分析可見(jiàn)，焊縫區(qū)存在焊接缺陷：未熔合、夾渣等，尤其局部與支撐軸間的焊縫熔合區(qū)出現(xiàn)硬化相(見(jiàn)圖10)，熔合區(qū)組織中硬化相區(qū)域與相鄰的塑性合金相區(qū)域的界面，則會(huì)由于兩者之間的塑性差異較大，而在外加載荷和內(nèi)在應(yīng)力集中的雙重影響下萌生裂紋，最終會(huì)影響焊縫區(qū)的有效強(qiáng)韌性。

 3)由裂面的宏觀及微觀分析可知，焊縫的開(kāi)裂主要為過(guò)載性開(kāi)裂（見(jiàn)圖11），斷口呈現(xiàn)以脆性解理為主，同時(shí)伴隨有少量韌窩特征的復(fù)合形貌，同時(shí)需要指出  的是，并不排除斷裂前在后半孔區(qū)有局部先期開(kāi)裂的可能（見(jiàn)圖12）。

 4)由連接盤(pán)軸孔內(nèi)壁表面形貌還可推斷：連接盤(pán)的孔與立柱軸之間的配合為非緊密配合(見(jiàn)圖7)，會(huì)對(duì)焊縫造成附加力矩，增加誘發(fā)焊縫開(kāi)裂的幾率。

5焊縫強(qiáng)度驗(yàn)證計(jì)算

5.1法蘭內(nèi)孔環(huán)形角焊縫靜強(qiáng)度計(jì)算

 對(duì)起重機(jī)懸臂梁隔離體進(jìn)行受力分析，示意圖如  圖13所示。圖13中：

5.2焊縫強(qiáng)度計(jì)算驗(yàn)證

6事故原因分析

 綜合現(xiàn)場(chǎng)勘查、焊縫檢測(cè)和焊縫強(qiáng)度驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果，法蘭內(nèi)孔環(huán)形角焊縫存在未熔合、夾渣、焊縫金相組織存在馬氏體等脆性組織成分等諸多缺陷，加上法蘭軸孔配合間隙以及下回轉(zhuǎn)組件支撐滾輪形位公差引起的附加彎矩影響，法蘭內(nèi)孔環(huán)形角焊縫因強(qiáng)度不足發(fā)生過(guò)載破壞。當(dāng)法蘭內(nèi)孔環(huán)形角焊縫發(fā)生過(guò)載破壞以后，法蘭與中心轉(zhuǎn)軸之間的連接只剩下20mm配合長(zhǎng)度、性質(zhì)為松配合的軸孔配合，再無(wú)其它止脫裝置阻止法蘭從中心轉(zhuǎn)軸上滑脫，從而導(dǎo)致懸臂梁墜落。

7事故結(jié)論

 本起事故的發(fā)生與法蘭內(nèi)孔圓周角焊縫撕裂破壞有關(guān)，造成懸臂梁墜落，致使作業(yè)人員被砸。就事故起重機(jī)而言，橫梁和立柱之間連接屬于兩大結(jié)構(gòu)件之間最重要的連接，一般可設(shè)計(jì)為螺栓連接或者焊縫連接。

 設(shè)計(jì)因素和施工因素在本起事故中為主要因素，包括：

 1)焊接接頭的角焊縫焊接質(zhì)量存在嚴(yán)重缺陷，焊縫存在未熔合、夾渣、焊縫金相組織存在馬氏體等脆性組織成分。

 2)焊接接頭本身設(shè)計(jì)存在缺陷，焊接接頭沒(méi)有加工焊接坡口，角焊縫焊腳尺寸偏小，焊縫強(qiáng)度安全儲(chǔ)備不足。

 3) 法蘭與中心轉(zhuǎn)軸之間的連接形式選擇不合理，一般應(yīng)選擇螺栓連接或軸銷連接，不宜選擇焊接連接。

 另一方面，使用單位在起重機(jī)首次年檢到期后，未按國(guó)家相關(guān)規(guī)定及時(shí)申報(bào)檢驗(yàn)，致使設(shè)備進(jìn)入無(wú)證使用狀態(tài)，對(duì)起重設(shè)備的日常檢查和維護(hù)保養(yǎng)幾乎未實(shí)施，導(dǎo)致設(shè)備存在的安全隱患累積暴發(fā)，對(duì)事故發(fā)生具有不可推卸的責(zé)任。