明确需要改善的问题
是构件超载、轴承发生失准,还是焊缝在反复载荷下开裂?应识别相关的运行、故障和维护工况。只有解决了原有问题,计算应力降低才有实际意义。
溜槽支架可能适合现有空间,却将荷载施加在主要支承构件之间。加厚钢板可以将荷载跨越间隙传递。将支架移近适当的构件,则可能减小弯曲。具体选择取决于溜槽位置、物料流动、净空及可用的连接条件。
拆除构造细节前,先查明其功能
应将图纸、计算及改造历史与实机核对。确认尺寸、剩余厚度、连接及裂纹状态。旧图纸无法确定不可接近的焊缝或内部板件的实际状况。
看似多余的板件,可能用于约束受压构件的屈曲、分散集中力,或在维护期间支承结构。应检查其在完工布置中及拆除过程中的作用。
例如,模型中不计某个损坏的加劲肋时,可能仍显示强度和抗屈曲能力可以接受。但这一结果仍取决于保留的板件和内部横隔板是否具有假定的厚度与连接。如果这些细节未经核实,计算便不能证明实际拆除可以接受。
如果无法查明原始用途,应识别机器仍需具备的功能,并直接评估这些功能。记录保留、修改或移除该细节的依据。
同时检查位移与局部传力
支承可能具有足够的强度,但其位移仍可能超出滚筒、减速箱或轴承的允许范围。应取得安装点之间相对位移和相对转角的限值,然后在相关荷载下评估支承总成。
考虑上下布置的两根往复移动机构轨道。连接两根轨道的钢板可以限制其相对位移,其作用方式是通过连接将力从一根轨道传递到另一根轨道。这些力可能在钢板连接位置引起各轨道的局部弯曲。
应检查相对位移是否保持在规定限值内,以及轨道和连接能否承受所传递的力。采用不同的轨道截面或支承布置可能更合适。
追踪作用力如何进入承接结构
传力路径是力通过相互连接的部件传递到机器支承的路线。应从设备反力出发,依次追踪其螺栓或焊缝、承接板、支承构件及端部连接。每个部件都必须将力传递给下一个部件。

应校核有效焊喉、焊缝长度、受力、最小焊缝尺寸及可用的板边几何条件。焊脚尺寸不同于承载力计算所采用的有效焊喉。使焊缝尺寸与构件厚度相同,并不能证明其满足要求。
在向外拉力作用下,附加板可能离开空心截面表面,并在周边焊缝之间弯曲。除焊缝外,还应校核板件和承接管壁。当疲劳由有效焊喉控制时,增大焊缝尺寸可能有帮助,但板件弯曲或起控制作用的焊趾细节问题可能仍未解决。
确认现有钢材的牌号、状况和可焊性。规定适用的焊接工艺;仅进行焊缝强度计算,不能证明采用焊接是合适的。
校核板厚方向的力传递
在十字形连接中,两块对齐的受拉钢板分别焊接在中间钢板的两侧。其作用力必须穿过中间钢板的厚度传递。受约束的焊接收缩也可能在投入使用前引起厚度方向的应变。易受影响的轧制钢板可能在内部发生撕裂,这称为层状撕裂。应综合检查厚度方向性能、工作荷载传递、焊接约束和检测要求。加大焊缝无法解决厚度方向延性不足的问题,表面检测也无法确定内部状况。
采用与疲劳方法相匹配的应力指标
名义应力描述构件中的受载情况,不解析每一种局部焊接效应。焊缝局部应力则包含更多此类效应。各类应力必须与相应方法所采用的疲劳曲线比较。在有限元模型中,理想化尖角处的应力峰值可能随网格细化而增大。应采用所选方法要求的应力提取程序。
选择新增钢材的连接方式
补强板与套环的受力参与方式不同

补强板位于支管与主管之间。支管焊接到补强板上,补强板再焊接到主管上。支管传来的力必须通过这块新增钢板传递。
套环围绕已直接连接到主管的支管设置,并同时焊接到两者上,因此直接连接与套环连接并存。应根据实际载荷和控制失效模式选择布置;静力强度不能证明疲劳寿命。
在力转向的位置下方设置支承
考虑一块承受轴向力的折弯板。力的方向发生变化时,折弯处需要横向力。若支承板与折弯处存在退距,中间板段就通过局部弯曲传递该力。将支承放在折弯处下方,可使传力路径更直接。应针对实际载荷和局部应力范围校核支承板、焊缝及折弯板。

预留焊接施工和检查所需的操作空间
加劲板可能符合图纸,却阻碍对接头根部的操作。焊工需要能够看见并接近根部,保持工作角度,并沿焊缝移动。应检查相邻部件安装后是否仍有足够的焊接及检验空间。空间不足时,应修改细节或装配顺序。
检查新增疲劳细节
加固会改变局部柔度,并可能重新分配荷载。应校核新增焊缝、加固端部及相邻细节,包括承接构件中的应力范围。评估中应保留既往运行任务及现有状态。增加钢材不会消除疲劳损伤,也不能解决已有裂纹;应明确裂纹的处理及检查要求。
完善开槽板连接的端部细节
考虑钢板A垂直插入钢板B的槽口。左侧细节中,槽口紧贴钢板A,焊缝连续绕过其方形端部。这种突变几何形状可能在反复荷载作用下增大局部应力范围。

在设有圆形卸荷孔的细节中,A 伸入圆孔内,其端部不焊接。纵向焊缝提前终止,避免在狭窄的槽端设置回焊。10 mm 的退让距离属于这一具体细节,并非所有靠近板边焊缝的通用规则。应校核有效焊缝长度、板材剩余截面,以及卸荷孔边缘和焊缝端部的局部应力。
小型焊接附件也可能使承接板开裂

即使是小型附件,也可能影响下方钢板的疲劳性能。当承接钢板反复伸长时,焊缝会形成局部应力集中。裂纹可能从焊趾旁起始,并向钢板内扩展。除附件作用力外,还应检查承接钢板的应力范围和疲劳细节。
在外露板角处,应避免咬边及跨越板角的回焊。咬边修整处应平顺过渡,并重新校核截面。
细化开孔和钢板宽度变化处的构造
圆孔同样会打断翼缘的连续性

孔洞迫使荷载绕其边缘传递。局部应力升高,即使开孔为圆形,也可能从该处萌生疲劳裂纹。应校核剩余翼缘截面、局部应力范围、附近焊缝及孔边状态。仅凭形状无法判定其是否满足要求。
使过渡圆角半径与接头形式相匹配

两块板位于同一平面,厚度相同,中心线对齐,但宽度不同。两者采用全熔透横向对接焊缝连接。在各宽度过渡肩部,角部堆焊形成图示的曲线轮廓。
对于图示细节,两处转角均采用不小于150 mm的半径。如果实际接头几何需要,应增大半径。这不是适用于所有槽口或开口的通用半径。应在2t范围内将转角焊缝余高磨平,其中t为板厚,并满足规定的焊接质量和检测要求。
明确新增钢构件何时开始承载
安装顺序决定了新增钢材能够分担哪些载荷。如果加固件安装时原构件仍处于受载和变形状态,加固件不会自动分担一部分既有载荷。
在这个简化的轴向受拉示例中,原构件已承受 100 kN,并已伸长。第二根构件安装在相同的端点之间,安装时既未强行就位,也未施加预载。它与变形后的几何相匹配,初始受力为零。

再施加20 kN时,由于两构件的轴向刚度相同、附加伸长相同,各分担10 kN。原构件保留最初的100 kN,因此最终内力分别为110 kN和10 kN。如果将全部120 kN施加到初始无应力的完成状态模型上,则会算出每根构件各承受60 kN。这代表了不同的安装历程。
在后续总载荷于100至120 kN之间变化的循环中,原构件的内力在100至110 kN之间变化。虽然其原有载荷仍然存在,但内力范围减小了。疲劳方面是否获益,仍取决于焊接细节、既往工况和新增连接。
本示例假定连接完成时不引入预载或位移,未考虑焊接引起的升温、收缩及内力重分配。它用于解释弹性荷载分担,而非抗屈曲能力或极限承载力。
如果设计依赖于卸除既有荷载,应在加固构件参与承载前,明确经工程设计的卸载方案或受控荷载转移方案。分析与现场施工顺序必须对应相同阶段。
考虑焊接收缩
偏心焊缝的收缩可能使板件或型钢弯曲。在可行情况下,应平衡焊缝布置和焊接顺序,并将焊缝体积限制在设计及工艺要求的范围内。约束可以保持对中,但也可能增加残余应力和开裂风险。应明确如何容纳焊接收缩。
追踪改造对安装和服役阶段的影响
既校核局部构件,也校核整机
按实际位置记录新增和拆除的质量。在斗轮附近增加钢材会改变相对于臂架铰点的重量力矩,并可能影响油缸力、机器平衡和支承反力。应评估相关机器位置。连杆长度改变时,也需要重新评估机构几何。
检查回转支承的整体作用时,应考虑其上方的完整总成,以及穿过该边界的所有其他支承或连接。当把该总成作为一个整体时,内部作用力与反作用力会相互抵消。仅有内部连杆力增大,并不能证明轴承整体受力或倾覆力矩增大。重量、外部荷载和几何形状决定这些作用;支承刚度变化仍可能改变轴承和螺栓的局部受力需求。
载荷位置在局部也很重要。竖向力作用在梁剪切中心的一侧时,可能使梁发生扭转。通过剪切中心加载可以避免这一扭转来源,但仍需检查翼缘局部弯曲和腹板受力。
应保留检测通道、排水路径和部件拆除路线。新增板件可能积存物料或遮挡关键焊缝。若将检修框架或防护件额外用作吊点或临时支承,应对此进行评估。
焊接前确定维修状态
停机后机器仍承受恒载。切割或气刨会移除承载材料,焊接热量也可能暂时降低承载能力。应将临时支承、材料挖除、焊接和撤除支承作为独立阶段进行校核,包括支承与机器的稳定性。
如果采用约 20 MPa 的卸载目标,维修方案必须明确该目标所指的应力指标、位置及维修阶段。达到该目标本身并不能证明可以进行刨削或焊接。
应检查挖除缺陷过程中剩余截面的状况,规定支承和荷载转移顺序,并在开工前核实允许的修复工况。转移荷载前,应确认连接已完成。卸载可降低外加荷载引起的应力,但不能消除锁定在结构内部的焊接残余应力。
在焊趾起控制作用时进行修整
当预计疲劳裂纹将从焊趾起始时,受控的旋转锉打磨可去除焊趾处的小缺陷,使焊缝与钢板之间平滑过渡。这能降低局部应力集中,但不能将其消除。仅进行表面抛光可能留下原焊趾下方的缺陷。应保留所需的有效焊喉和钢板截面,并采用适当的无损检测方法检查处理后的表面。还应评估其他裂纹起始位置,包括焊根。现有疲劳裂纹需要评估,并制定明确的修复方案。应对打磨后的表面采取防腐保护;点蚀可能削弱打磨的效果。
针对原始问题验证改造效果
应明确制造前所需的证据以及安装后的验收检查。这些检查可包括焊缝检验、对中测量或受载位移。应确认变更解决了控制性问题,承担了预期载荷,并使相邻细节保持可接受状态。记录最终配置,以及未来改造可能影响的各细节所起的作用。
