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1、关于修剪树枝升降平台的故障分析J.Toribioa,*,V.Kharina,F.J.Ayasoa,B.Gonzáleza,J.C.Matosb,D.Vergaraa,M.Lorenzoc摘要： 本文介绍了一种用于树的升降平台的故障分析修剪。不同的断裂力学技术被用来揭示失败的原因如分析断裂面，力学性能和微观结构表征材料力学和断裂力学试验确定的应力强度临界值性因素和表征疲劳裂纹亚临界扩展。结果产量得出的结论，该平台的故障原因是在焊接的亚临界裂纹扩展焊接是不连续的，从而产生了应力集中效应类似于裂缝。关键词：失效分析，升降平台，焊件1.引言本文介绍了一种用于树修剪的升降平台的故障分析。基本上

2、，机械系统功能是把一个工人和他的切削工具提升到10米的高度（图1）。由2个线性执行器所提供的自由度传递独立的运动到篮子里工人被安置。该机械臂的运动链是由两个铰接的四边形I和II（图1）由纵向空心杆。下一个我，四边形，由两个平行四边形的IA和铰接IB，将同。在工作高度（10米）的机械臂被放置在树修剪时，起重平台发生故障。智能交通系统工人摔倒造成严重伤害他。验尸结果显示的骨折之一在由四边形IA共同杆连接的四边形是纵梁，IB和四边形如图1所示。在它的生活中，在服务的升降平台上，进行升降的周期，所以可以考虑机制链接遭受循环荷载。在这些条件下，焊接接头是特别明智的失败，因为焊接过程中影响钢的微观组织，使

3、其在焊接区内的力学性能下降 1，4 。然后，裂纹萌生和生长过程可以在较低的负载水平5,6前进。这已经造成了灾难性的在大量的情况下失败 7 。为此，适用的标准建立了非常严格的焊接要求结构中的关节 8 。故障分析，提出了利用多种技术9,10进行断裂力学。首先，一断裂面进行了详尽的分析，特别注意焊缝附近。宏观扫描电子显微镜对断裂带的检验及断口的详细分析进行了澄清的过程。然后，进行了大量的实验研究，以确定微观结构材料图1.起升平台指示断裂的方案的力学性能。最后，断裂力学试验，获得的临界应力强度因子（SIF）KC疲劳载荷下裂纹扩展参数。2. 材料特性第一点是确定材料的微观结构。用一种方法进行金相分析的结

4、果攻击性溶解在乙醇中4%显示材料几乎完全铁素体钢，图2。下一步，机械特性的材料进行。硬度和显微硬度分别为，81 HRB获得了164个高压。这些值是典型的低碳钢。然后，位移控制下的拉伸试验与测试速度为2毫米/分钟进行，使用试样从破碎的平台部件，使他们有300毫米的长度，21毫米的宽度，和4毫米的厚度，这是由28毫米厚的。由此产生的应力-应变曲线的四个测试样本显示在图3。他们提供以下的杨氏模量E = 214 GPa，抗拉屈服强度Y= 388兆帕，极限抗拉强度R= 493兆帕，最大应力应变R= 13%。在模式下的断裂力学试验（开放）进行了四个样本的矩形带状形状的单刃裂纹。应力强度因子K的裂纹扩展的临

5、界值C= 81兆帕2 / 1获得。就这些厚度的试样（4毫米，根据平台零件厚度）是不够的，以确保条件的平原应变，这临界应力强度因子不是材料的有效断裂韧性。最后进行疲劳试验，使用带样的试样在负载控制下。循环裂纹的结果生长速率da/dN与应力强度因子范围DK符合巴黎方程da/dN = C（DK）M与参数：C = 1.25Â10À10使用毫米/周期和4.24兆帕米=2 / 1单位，分别，每周期和应力强度因子的裂纹扩展速率。图2.处女材料（远从焊接接头）的显微组织图3.材料拉伸试验数据：试验应力-应变曲线3. 故障描述断裂的视觉检测平台显示，空心杆（图1中的四边形，IA和IB）来的地

6、方所示的液压管和电缆，向直线驱动器提供运动和控制机构在图4A。这种情况下被用来区分酒吧。因此，电缆被放置的酒吧是以交流（图4B）和酒吧，位于液压管被命名为惠普（图4c）。我的四边形的四边形在平台的相互关系中的内外侧。为了识别这些内外这条边，用额外的标识符：“我”的内侧（ACI和HPI）和“O”的外侧（ACO和HPO），分别。此外，它必须考虑到酒吧是中空的，所以最后一个标识符，撇号（0），是用来区分空心杆内表面（HPO0，HPI0，蚁群算法0与ACI0）从外部（HPO，HPI，ACO和ACI），见图5。据观察，断裂带的共同特征，在这两个酒吧的骨折发生同样地，在酒吧的另一个区域（图6）。这些工会装

7、配的过程中可能会提供一个更好的失败。这个过程通常有2个步骤。首先，图4.起升平台的折杆：（一）普通视图；（二）缩放视图的交流吧；（三）缩放视图的高压棒一个通孔是在酒吧里的轴承将被放置，与一个直径稍大的比轴承本身。也许，这个洞是由oxiacethilenic切割。后来，最后一步是执行：将轴承和修理它的一个由珠焊接过程的方式电弧。图5.断口形貌及所采用的符号图6.每个酒吧的骨折区：（一）幽门螺杆菌；（乙）交流吧图7.对于杆轴承接头的外表面的完整的焊珠的看法：（一）HPO的观点；（b）ACO的观点从钢筋的外表面视觉检查（HPO，HPI，ACO和ACI）看来，焊（从现在简单地称为“'bead”

8、）延伸沿环向接头完全杆和轴承。在相的一侧的酒吧内表面视觉检测（HPO0，HPI0，蚁群算法0与ACI0）显示珠并不是完全沿着一个圆的圆周延伸，它可以在无花果树上看到。7和8。目视检查结果在裂缝的酒吧中描绘了图9，与以前的工会的初始状态相比，骨折。图8.有缺陷的焊接珠的内部表面的酒吧轴承接头：（一）马力吧，交流吧特别是，它是观察到的酒吧轴承接头在内部的幽门螺杆延伸沿弧的90个弧度，使这个联盟呈现一个没有任何约束的270个弧度的弧。在交流酒吧内的内珠不完全一样，虽然珠子沿着一个更大的弧线延伸约180个弧度。断裂表面的可视化分析证实，断裂发起在与基材料（即在一个珠的结合处的骨折，与酒吧。然后，裂纹增

9、长的疲劳，直到它达到的临界长度，促使最终断裂。裂纹的INI相关的疲劳是在图10中高亮显示，用红色油漆，其中珠分离的物质基础可以清楚地欣赏。同样的过程在图10A画面的底部发现。应该指出的是：在径向方向上的二次裂纹的存在下，在径向方向上的熊（图11）。这样的横向准直裂纹似乎是培养从主要圆周裂纹创加速疲劳在杆轴承联盟。此外，上述横向裂缝出现在所考虑的两面在一个通过厚度形式的酒吧和增长。可以观察到，表面裂纹是更大的外侧比内部的酒吧。可以推测，这些次级横向裂缝产生的疲劳。此外，考虑到他们焊接区（图12）的主要环向裂纹和最终剥离的情况合理的考虑他们的珠杆节点初始环向裂纹的延续，偏离当高应力集中区达到（图为

10、图时。11B和12）。观察到疲劳裂纹扩展过程中，裂纹扩展方向为一个分支，达到了一个微观缺口从酒吧里提取了材料中允许轴承放（可能是由oxiacethilenic切割）。4. 讨论看来，升降平台骨折开始随着疲劳裂纹的萌生（上述主要裂缝）在这些位置的酒吧轴承接头处的不完整的焊接，在内侧的酒吧，因为只有外部焊接的焊缝是完全完成，而内部焊接的接缝是不连续的（只有约50%缝已完成）。这意味着缺乏横向紧固的酒吧轴承接头，和一个不连续性（或插槽）的作用作为初始裂纹。因此，杆轴承工会变得较弱，不仅是因为损失的限制所产生的焊缝的不完全性，但是，由于缺口效应（或裂纹状效应）产生的缝隙本区应力集中。此外，在热影响区观

11、察了钢的热降解（HAZ）附近的焊缝。图13显示了在这个区域中的特殊的微观结构，非常不同的热不受影响的微观结构的基础材料（参见图2）组成的铁素体晶粒。测量了这区的显微硬度，提供价值175高压，远高于微硬度的远程位置，即，基本材料。因此，微观结构改变在热影响区，使材料在其中更难，因此，在吊装其余更脆的和危险的站台。显然，初始裂纹扩展在两个方向：（），主要沿圆周方向的珠条焊接关节；（ii）在径向方向上的横向裂纹分支（参见图12）。这些横向裂缝的裂缝（图14），当通过扫描电镜分析，发现在垂直于裂纹前缘推进方向，典型的疲劳条带（图15）。这个骗局企业，这二次开裂（导致灾难性的故障）是由循环荷载作用。初始

12、裂纹的疲劳，断裂面可以找到一个撕裂的外观，这表明相当快的珠子和棒分离（基料）。这个区域有一个更亮的外观，先前的疲劳开裂阶段，可能是由于较短的时间内暴露于该区域的环境。最后，当焊缝中的周向疲劳裂纹的焊缝中，达到临界值，不稳定裂纹传播发生了上升到全球的升降平台，这样的临界裂纹扩展约沿图16所示的焊接周图9.缺陷的焊接接头方案之前和之后（略有放大）骨折图10.疲劳裂纹萌生区的高压杆及其轴承的观点图11.在HPI杆径向疲劳裂纹图12.HPO杆径向疲劳裂纹图13.焊接区热影响区材料的显微组织长（包括初始疲劳裂纹和撕裂带）180。这个这样的撕裂带的外观类似于典型的韧性断裂与低厚度的试样，如在升降平台杆的情

13、况。图14.疲劳裂纹形貌图15.的疲劳裂纹扩展区断口图16.裂纹萌生与扩展至最终断裂5.结论在这项工作中提出的故障分析的结果导致以下结论。1 故障分析表明，这种灾难性的故障是由缺乏（不连续）的焊接在外周杆的内侧，一个重要的位置，由于很可能在内侧的焊缝过载引起的几何变化（孔，角落，等）制作一个缺口效应，促进疲劳裂纹的萌生与扩展及后故障的研究。2 焊缝的不连续性在固体中充当了裂纹、缝隙或缺口，从而产生附加应力浓度和促进（甚至更多）疲劳开裂，最终导致在剥离之间的酒吧和沿焊接接头的珠。3. 由于机械性能的退化，在焊接区域和周围环境中的疲劳断裂过程增强了性能的焊缝的焊接过程建立在热影响区（HAZ）。这种

14、退化检测通过显微硬度测量和金相分析（焊缝负效应）。4. 另一个因素促进开裂的酒吧珠接头的损失是由于缺乏焊接的连续性沿圆周方向的焊缝，在关节内产生弯曲和不受欢迎的旋转的原因裂纹区应力强度因子的增加（焊缝缺失的负效应）。5. 结论3和4似乎是自相矛盾的。一方面，有一个负的焊接效果（退化的性能在焊接热影响区），因此焊接是一个问题的行为。然而，另一方面，也有消极的影响焊缝的不连续性，造成焊缝裂纹的不连续性，以及在接头中的后继损失。因此，焊接看起来很好，但是，另一方面，这是不太好（有特殊关联的加利西亚语的方法，在西班牙西北部的地区，当你看到一个人在楼梯上，你永远不知道他是否在上升或即将到来下，但这是另一

15、个故事。在这种情况下，真正的事情，焊接并没有产生它的逻辑利益（好联合和充分约束），但不幸的是产生了不可避免的二次效应（降解的性能在焊接热影响区）。这是一个证明了不充分的制造过程，造成的失败的起升平台致命事故。参考文献1 Somers BR, Pense AW. Welding failure analysis. Mater Charact 1994;33:295309.2 Bhattacharyya S, Adhikary M, Das MB, Sarkar S. Failure analysis of cracking in wheel rims material and manufactu

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