塔吊基础节断裂原因分析.pdf

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1、石油和化工设备-60-故障诊断2017年第20卷故障诊断塔吊基础节断裂原因分析王飞，王步美，王一宁，宋高峰，叶有俊（江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏南京210036）[摘要]通过断口宏观形貌、断口微观形貌、断口表面产物、显微组织检验以及基础节化学成分、室温拉伸性能和20℃冲击性能测试，对塔吊基础节断裂原因进行分析。结果表明：断口上黑色区域为焊接时产生的缺陷，塔吊基础节在载荷作用下，由该黑色区域向外扩展，发生脆性断裂。[关键词]塔吊；基础节；断裂；失效分析某建筑工地发生一起塔吊倾覆事故，如图1所基础节执行标准为GB/T6728-2002《结构用冷弯空[1]

2、示。塔机高度为40m，四根塔吊根部基础标准节都心型钢尺寸、外形、重量及允许偏差》及相关技[2]在25cm左右处发生横向断裂，导致塔吊整体向西术标准GB/T6725-2008《冷弯型钢》，GB/T700-[3]发生倒塌。对其中一个塔吊根部基础标准节（以2006《碳素结构钢》，材料为Q235B。下简称：基础节）进行分析，查找其断裂原因。图1塔吊倾覆事故现场1试验方法黄色铁锈，在加强筋焊缝位置可见约7mm宽黑色为查明基础节断裂原因，对基础节断口进行区域，如图3(a)。黑色区域与黄色区域交界处的体宏观检验、微观形貌观察、表面附着物能谱分析视镜照片显示向外的放射状特征（

3、图3(b)），表明及基础节与加强筋的焊缝剖面显微组织检验；对断裂启于黑色区域，呈放射状向外扩展。基础节进行化学成分检验、室温拉伸性能试验和图4为送检后手工掰断的新断口，可以看出，20℃冲击性能测试。断口表现为萘状断口的特征，说明材料韧性差。2试验结果2.1断口宏观检验作者简介：王飞（1972—），男，江苏张家港人，高级工程师，基础节断口如图2所示，断口平齐，断口布满主要从事特种设备检验及研究工作。第10期王飞等塔吊基础节断裂原因分析-61-(a)宏观形貌图2基础节断口(b)体视显微镜观察，10×图3加强筋处黑色断口(a)宏观形貌(a)40×(b)体视显微镜观察

4、，20×图4掰断的新断口宏观形貌2.2断口微观形貌分析采用扫描电镜对图2断口中的黑色区域、黄色区域及掰断断口进行微观形貌观察。黑色区域覆盖腐蚀产物，有明显挤压痕迹，说明此处最先开裂，基础节断裂前此处经历多次开合，如图5。断口上的黄色区域覆盖腐蚀产物，呈面包圈形状，为潮湿条件下微小液滴所致的氧化物特征，系断裂后在现场受潮氧化所致，在局部具有金属光泽区域放大可见解理特征，证明断裂为脆性断裂，(b)500×如图6。掰断的断口，宏观表现为萘状断口特征，图5黑色区域断口形貌SEM图在电镜下可见解理特征，亦为脆性断裂，如图7。石油和化工设备-62-故障诊断2017年第20

5、卷(a)33×(b)500×图6黄色区域断口形貌SEM图(a)41×(b)500×图7掰断断口微观形貌SEM图2.3断口表面产物能谱分析对断口表面黑色区域和黄色区域进行了能谱分析，结果如图8、图9。黑色区域铁氧原子比（Fe:O）≈3:4，符合Fe3O4的原子比例，确定黑色区域表面物质为Fe3O4。黄色区域铁氧原子比（Fe:O）≈1:2.3，介于Fe(OH)3和Fe2O3之间，进一步确定为断裂后在潮湿环境中腐蚀产生的铁锈。元素OSiFeS位置57.100.5241.860.51谱图2质量分数/%56.561.0141.840.59谱图3(a)分析位置(b)能谱结

6、果图8黑色断口表面能谱分析第10期王飞等塔吊基础节断裂原因分析-63-元素OSiMnFe位置68.780.670.3230.23谱图1质量分数/%66.805.560.2227.42谱图3(a)分析位置(b)能谱结果图9黄色断口表面能谱分析2.4显微组织分析在图2断口黑色区域进行剖面观察，其宏观形貌如图10所示，加强筋和基础节焊接良好，没有气孔、夹杂、未焊透等缺陷。焊缝显微组织为枝晶，如图11所示。黑色区域内的显微组织如图12所示，组织为铁素体+珠光体，处于热影响区，组织未见明显异常。基础节母材组织为铁素体和少量珠光体，其晶界有碳化物析出，如图13(b)所示。

7、图10黑色断口的剖面宏观形貌（a）100×（b）500×图11焊缝显微组织石油和化工设备-64-故障诊断2017年第20卷（a）50×（b）200×图12黑色区域的显微组织(a)100×(b)500×图13基础节母材显微组织2.5基础节化学成分分析表1基础节材料化学成分分析（质量分数%）根据GB/T4336-2002《碳素钢和中低合金钢火元素CSiMnPS[4]标准值≤0.20≤0.35≤1.40≤0.045≤0.045花源原子发射光谱分析方法（常规法）》对失效检测值0.140.150.370.0290.012基础节（材质Q235B）进行化学成分检测，结果如表

8、1所示，满足GB/T700-2006《