對于門式起重機的金屬結(jié)構(gòu)而言，微裂紋的產(chǎn)生和擴展在實際工作中根本無法預防和監(jiān)測。因為人們往往關心宏觀裂紋的擴展時間，而微裂紋卻在被忽視的同時已加速擴展，最后形成宏觀裂紋，使得門式起重機存在嚴重的安全隱患。

??? 在日常的檢驗中，起重機的檢驗重點是確定結(jié)構(gòu)的損傷部位，尋找與損傷部位相關連的缺陷:

??? 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)件機械連接的損傷和磨損。

??? 不難看出這六個方面最難發(fā)現(xiàn)的就是裂紋，裂紋造成的危害極大，引起起重機時有臂架折斷、圓筒整體斷裂等惡性事故。

??? 為此，筆者針對性地研究疲勞裂紋的擴展因素以及相應的裂紋修理方法。

??? 一、疲勞裂紋的擴展

??? 對于宏觀裂紋尺寸，其擴展只取決于整體的工作性質(zhì)和條件，而不是某個局部的性質(zhì)和條件。從線彈性力學觀點來講，宏觀裂紋的擴展可用應力強度因子來描述。然而，正如靜態(tài)加載裂紋一樣，在擴展的疲勞裂紋尖端處也存在塑性區(qū)，這些塑性區(qū)的存在對裂紋的擴展也會產(chǎn)生重大影響。此外，環(huán)境也是影響宏觀裂紋擴展的一個重要因素。

??? 對疲勞微裂紋擴展而言，關鍵在于裂紋從初始尺寸擴展到最大尺寸的允許值是多少，此時結(jié)構(gòu)恰好能避免破壞。因此，疲勞裂紋的擴展可用三個參數(shù)來描述，即初始裂紋尺寸、最大允許裂紋尺寸及裂紋擴展周期來描述。其中，用無損檢測技術能可靠測得裂紋的最小尺寸，它并不一定等于初始裂紋尺寸，而是取決于采用何種無損檢測技術。而在原理上能用線彈性斷裂力學或彈塑性斷裂力學來確定，以便預示裂紋失穩(wěn)斷裂的開始。

??? 二、焊接結(jié)構(gòu)斷裂因素分析

??? 對門式起重機這樣的大型焊接結(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、殘余應力、疲勞、約束等。但斷裂力學認為，本質(zhì)上有影響的因素只有三個(其它因素只是影響這三個因素)，即材料韌性、裂紋尺寸和應力水平。

??? 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力的臨界強度因子或平面應變的臨界強度因子來描述；在最大約束沖擊或動力加載及線彈性特性情況下，用動態(tài)應力強度因子來描述。

??? 2、裂紋尺寸

??? 復雜的焊接結(jié)構(gòu)在制造時總會存在一些缺陷(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小缺陷開始，經(jīng)過疲勞和應力腐蝕就可能擴展到臨界尺寸。

??? 3、應力水平

??? 應力是引起脆性斷裂的必要條件，使用各種應力分析技術可確定該應力的大小。

??? 總之，斷裂力學建立在應力分析基礎上，用應力強度因子描述裂紋尖端應力場的強度，反映裂紋擴展和材料的斷裂行為；用應力及裂紋尺寸描述斷裂特性，并預測結(jié)構(gòu)對脆性斷裂的敏感性。將這三個因素聯(lián)系起來，可以定量評價結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。