塔机标准节螺栓断裂的原因分析及预防措施

塔式起重机基础与底架、底架与基础节、基础节与标准节、标准节与标准节之间均采用高强度螺栓连接。为防止螺栓断裂，生产厂家大多采用增大螺栓直径和提高螺栓强度等级这2种措施。事实上，在造成螺栓断裂的诸多原因中，强度不足不是主因，更多的问题出在使用和制造方面。本文从塔机使用和制造方面对塔机标准节螺栓断裂的原因进行分析，并提出一些预防措施。

1.螺栓断裂的原因

（1）塔机基础安装平面不平

塔机基础由混凝土浇筑而成，其安装平面的平面度误差远大于塔机底架4个法兰盘的平面度误差，而基础的刚性大于塔机底架的刚性。所以，在用地脚螺栓将混凝土基础与塔机底架法兰盘拉紧后，由于基础不平，4个法兰盘不可能在同一平面上。要使连接面贴紧（连接面不贴紧螺栓易松动），就必须加大连接螺栓的预紧力。过大的预紧力会使螺栓在塔机未承载负荷时就已处于受拉状态，螺栓疲劳强度降低，从而引发螺栓疲劳断裂。

（2）螺栓受力状况不良

底架与基础节连接的螺栓直径较大，而基础节与标准节连接的螺栓直径较小。2种螺栓在载荷相同的情况下，所受应力大小悬殊。在拉应力和压应力的交替作用下，强度相对较低的螺栓会先产生裂纹，进而发生疲劳断裂。这正是螺栓断裂多发生在塔机标准节螺栓，而不出现在基础节连接螺栓的主要原因。

（3）螺栓加工存在缺陷

目前，塔机连接螺栓一般采用45#钢或40Cr钢，制成后再进行调质处理。40Cr钢经调质处理后，虽然有较高的强度和硬度（强度等级达10.9级），但韧性较低，即通常所说的“回火脆性”现象。

螺栓在截面突变位置存在应力集中，而应力集中区往往就是裂纹源。微裂纹的传播是不连续的，它在拉伸应力作用下张开，在压缩应力作用下闭合，每经过一个应力循环，裂纹就延长一些，久之就会导致螺栓断裂。

（4）零件组焊后产生误差

各节塔身组焊过程中，由于机加工与组装精度低以及焊接变形等因素，常造成各节连接耳上的螺栓孔不同心、不垂直。这使螺栓在承受预紧力和工作载荷作用的同时，还要承受附加弯矩的作用。若附加弯矩产生的应力过大，螺栓便会断裂。

塔机标准节的主弦杆、水平腹杆和斜腹杆的分布是不对称的。在有斜腹杆的对角上，焊接变形会使对角线尺寸减小，加之主弦杆外侧无焊缝，内侧焊后局部发生收缩，将导致主弦杆弯曲及其端面不平。当标准节互相连接时，两相邻主弦杆的内侧便会出现1~2mm间隙。在塔机交变载荷的作用下，其连接螺栓可能松动。松动量较小的螺栓受力较大，若其超载便会发生断裂。#d1cm#page#

2.预防螺栓断裂的措施

（1）塞加垫铁

塔机安装时，若发现基础安装面与法兰盘下平面间隙大小不一，应根据间隙大小制作厚薄不同的垫铁，对底架局部进行塞垫。为确保塔机底架安装完成后，其上平面水平度公差不大于1/1000，只有当法兰盘与基础面间隙基本一致或小于1mm后，才可对地脚螺栓进行预紧。

（2）改进螺栓加工工艺

塔机标准节螺栓材料一般为45#钢或40Cr钢，强度等级为8.8级或10.9级。在对螺栓进行热处理时，必须控制好热处理温度，以兼顾强度和韧性。在强度足够的情况下，应尽可能降低淬火温度。

加工螺栓时，为防止由于截面突变而产生应力集中，应采用小圆角过渡，切忌在过渡处用切刀清根。在螺纹收尾处，应尽可能减小收尾槽的深度，以避免应力集中。

对标准节螺栓的表面处理建议采用常温磷化。若采用镀锌处理，应避开氢化区间温度，以降低在应力集中区产生微裂纹的可能。同时，建议对标准节螺栓100%进行探伤检测，防止次品出厂。

（3）改进标准节加工工艺

塔机标准节为焊接构件，焊接工艺参数的合理与否直接影响焊接变形的大小。应采用气体保护焊，以减小焊接变形。焊接标准节时，电流、电压和焊接速度等参数要根据主弦杆和腹杆的壁厚选择。焊接时，应尽可能2人对称焊，先焊水平腹杆，后焊斜腹杆。

减小焊接变形最好的办法是采取标准节整体焊后再机加工的工艺。加工设备可选用两端动力头专用机床，采用先铣端面再找正镗孔的方法。该方法可保证标准节的平面度、平行度以及端面与中心线垂直度。