自卸车货箱举升缸开裂原因分析

1.故障现象

1台由华俊集团改装的ND3312D41型北方奔驰自卸车，更换举升缸20天后在平整地面上卸料。当货箱举升不足1m时，举升缸底部焊缝开裂，造成货箱突然重心失稳，导致车辆倾翻。

该自卸车货箱采用单举升缸中置式举升机构。更换的举升缸为HG220×900型，额定压力为20MPa。缸筒、底座的材料均为45号钢，缸筒钢板厚度为12mm，底座钢板厚度为40 mm，缸筒与底座焊接在一起，焊缝高度为5mm。焊接前在焊缝处制作了Y形坡口，并进行了加热。焊接时采用CO2气体保护自动焊机进行焊接，焊后进行了保温。为查明举升缸开裂原因，我们对开裂的举升缸进行了相关的检验和分析。

2.理化检验

（1）化学成分分析

我们对举升缸取样进行化学分析，分析结果表明，该举升缸符合45号钢的化学成分要求，如附表所示。

图1

（2）焊缝断口分析

举升缸缸筒与底座焊接部位焊缝开裂情况如图1所示。从图1看出，焊缝沿圆周方向，其长度约为78.5cm，开裂部分长度约为65cm，尚有13.5 cm没有开裂。

将没有开裂的部分切割，使缸筒与底座分离。将二者分离后看出，断口金属呈颗粒状、色泽较灰暗、无明显塑性变形，焊缝为瞬间断裂，如图2a所示。大部分焊缝金属保留在缸筒上，焊口开裂处位于焊缝与底座连接部分，仅有少量焊缝金属残余在底座部分，由此说明焊缝发生了偏移，偏移量约为5mm，如图2b所示。

（3）金相检验

我们对举升缸底座进行金相组织分析，将金属切片放大500倍可以看到，举升缸底座基体金相组织为网状、块状铁素体和大块珠光体，如图3a所示。焊缝组织较为粗大，热影响区组织为针状铁素体、黑色屈氏体、羽毛状贝氏体和灰色针状马氏体，马氏体含量约为5﹪。如图3b所示。

将金属切片放大50倍可以看到，焊缝与热影响区均出现晶粒明显长大。焊缝与热影响区交界处有未熔合的裂纹，有部分晶粒生长过程中产生了较长裂纹。如图4所示。

3.原因分析

根据焊缝断口分析及金相组织检验结果，我们认为该举升缸焊缝设计、焊接工艺和焊接过程存在以下严重缺陷：

图2

（1）焊缝过窄

该举升缸缸筒与底座仅用自动焊机焊接1遍，有效焊接厚度仅为缸筒壁厚的41.7﹪，由此造成此处接头未焊透、焊接强度严重不足。

（2）焊口偏移

焊接坡口位置出现了5mm 的偏移，焊口偏离有效位置，且安装间隙过大，造成实际有效焊缝变窄，焊接有效面积过小，焊接强度大大降低。

（3）焊接电流小

举升缸裂纹基本是沿焊缝熔合线开裂，焊缝与热影响区间边界分明，从金相组织中发现，焊缝与热影响区间存在较长的裂纹。以上这些说明，焊接电流等工艺参数选择不当，焊接时输入热量不足，焊接没有真正熔合，造成焊接疲劳强度下降，产生片状结构，导致焊缝脆性开裂。

图3

图4

（4）加热保温不到位

45号钢焊接性能较差，需要做焊前加热、焊后保温，否则容易产生热裂纹、冷裂纹、气孔、焊接脆化等缺陷。在举升缸底部的焊缝热影响区发现，有部分针状马氏体、羽毛状贝氏体等淬火

组织。这些都说明焊前加热温度不够，焊后保温时间不长。

我们认为：该举升缸焊接部位的焊缝和焊接工艺设计、以及实际加工过程，均存在较严重问题，由此导致举升缸在早期使用过程中的脆性断裂。对于这种承受大载荷、涉及安全使用的举升缸，应当选用充分焊透的焊缝形式，且焊接有效厚度应当与缸筒壁厚相当。对于这种厚度的钢

板用CO2气体保护焊接时，应当用电焊机焊接2遍，或手工焊接3遍。