Новости

ТРАГЕДИЮ МОЖНО БЫЛО ПРЕДОТВРАТИТЬ!

О.В. МАЕВСКИЙ, канд. техн. наук, Начальник территориального управления Госгорпромнадзора по автономной республике Крым и г. Севастополь, г. Симферополь
В.А. ГУДОШНИК, Генеральный директор ООО СП «Общество технического надзора ДИЭКС», г. Днепропетровск
В.А. ПОПОВ, академик ПТАН Украины, г. Харьков

       Решение проблем безопасной эксплуатации грузоподъёмных машин (ГПМ) с истёкшим сроком службы является сложной задачей, которая решается в настоящее время путём проведения комплекса организационно-технических мероприятий. Важным звеном в этой работе с каждым годом становится всё более значимым проведение экспертизы промышленной безопасности и технического диагностирования с использованием возможностей современных технологий и приборов, т.к. только в процессе проведения экспертного обследования определяется реальное состояние ГПМ в текущий момент времени. И от того, насколько профессионально, достоверно и в полном объёме проведена диагностика объекта, зависит жизнь людей.

       27 мая 2011 г. на предприятии ОАО «ФСК «Море» (п.г.т.Приморский, г. Феодосия) шли последние пригото-вления к подъёму корпуса судна со стапеля с помощью двух многопролётных мостовых подвесных электрических кранов грузоподъёмностью 50 т каждый.

       Ничто не предвещало трагедии. Перед началом работ специалисты производственного кооператива «УНИКУМ» (г. Симферополь) провели экспертное обследование кранов и соответствующие динамические и статические испытания с привлечением работников дочернего предприятия «АЦНК» при институте сварки им. Е.О. Патона.

       Однако после подъёма корпуса судна (через 17 метров после начала перемещения) произошло внезапное обрушение части металлоконструкции моста крана (рег. № 7884) с падением грузовой тележки и кабины (фото 1).



Фото 1. Момент падения

       Обрушение металлоконструкции мостовых кранов – довольно редкое явление, тем более, что кран, изгото-вленный в 1984 году Ленинградским заводом ПТО, был введен в эксплуатацию для работы в среднем режиме лишь в 1992 г. Более того, длительное время он не эксплуатировался.

       Возможно, это обстоятельство «усыпило бдительность» экспертов, которые при оценке технического состоя-ния металлоконструкции крана ограничились лишь визуальным осмотром.

       Почему при анализе эксплуатационной документации, прежде чем уточнить программу работ, эксперты не обратили внимания на конструктивные особенности крана? Что это – непрофессионализм или вообще недопонимание основных принципов диагностики?

       При рассмотрении эксплуатационной документации сразу настораживает конструкция ездовых балок крана: выполнение таврового профиля путём сварного соединения из двух частей различных марок сталей 09Г2С-12 и 20ХНЗА (рис. 1).



Рис. 1. Расположение сварного шва в сечении ездовой балки:
а) сталь 09Г2С; б) сварной шов; в) сталь 20ХН3А

       Если сталь 09Г2С-12 (ГОСТ 19282-73) является широко распространенной в краностроении при изготовлении ответственных конструкций [1], и её применение регламентируется ГСТУ 3-063-2004 [2], то сталь 20ХНЗА по ГОСТ 4543-71 [3] применяется при изготовлении шестерён, валов и т.п. деталей. При высокой прочности (после специальной термообработки) имеет ограниченную свариваемость и склонна при сварке к трещинообразованию в сварном шве и околошовной зоне (сварка возможна при подогреве 100°-120°С с последующей термообработкой – высоким отпуском). Т.е. качество сварного соединения требует пристального внимания, тем более на это прямо нацеливают пункты 7, 4 и 11.2.6.е ОМД 00120253.001-2005 [4] при проведении обследования металлоконструкций.

       Другая конструктивная особенность – это значительная длина моста крана (92,1 м), металлоконструкция кото-рого выполнена из отдельных секций с применением шарнирных соединений по типовому проекту института ГипроНИИавиапром.

       Как известно, в длиннопролётных многошарнирных конструкциях при движении крана наибольшие дополни-тельные напряжения возникают в опорных узлах от перекосных нагрузок [5].

       Почему сварные швы, хотя бы в опорных узлах, не были подвергнуты одному из методов неразрушающего контроля? Пусть не ультразвуковому контролю, а хотя бы магнитнопорошковому, для выявления возможного начала трещинообразования.

       Вместе с тем, при установлении причин аварии специалистами совместного украинско#немецкого предприятия «Общество технического надзора ДИЭКС» в зоне первоначального разрушения ездовой балки, кроме свежего излома элемента шарнирного соединения, в околошовной зоне сварного соединения выявлена усталостная трещина длиной 600 мм с характерной окисленной поверхностью, ранее не обнаруженной при экспертном обследовании (рис. 2).



Рис. 2. Место расположения продольной трещины в околошовной зоне сварного соединения двутавровой балки (L=600 мм):
а) усталостная трещина в околошовной зоне;
б) свежий излом

       Ультразвуковым контролем сварных соединений в зонах шарнирных узлов на кране аналогичной конструкции (рег. № 6977) в 5 из 12 проверенных участков сварных швов выявлены недопустимые дефекты. Более того, твердометрией установлено наличие участков сварных швов с твёрдостью наплавленного металла в 260-345 НВ. Т.е. максимальная разница твёрдости между наплавленным металлом сварного соединения и основным металлом стали 09Г2С составляет 180 НВ при нормативной разнице не более 50 НВ.

       Металлографическими исследованиями образцов сварных соединений (в поперечном сечении двутавра) в зоне разрушения выявлены участки с недопустимой структурой. На макрошлифе образца (фото 2) отчётливо видны участки сварного соединения с различной структурой.

Фото 2.

       Если основной металл тавровой балки из сталей 09Г2С и 20ХН3А (фото 3, 4) имеет перлитно-ферритную структуру с отношением перлита к ферриту 20/80 и 40/60 (ГОСТ 8233-56) и твердость 180 НВ и 235 НВ соответственно, то в сварном шве и зонах термического влияния (фото 5 - 7) наблюдается ярко выраженная видманштеттовая структура (ГОСТ 5640-68) [6, 7].

Фото 3. х500 Микроструктура металла из стали 09Г2С, 180НВ	Фото 4. х500 Микроструктура металла из стали 20ХН3А, 235НВ
Фото 5. х500 Микроструктура металла сварного шва,33 НRC	Фото 6. x500 Микроструктура металла зоны термического влияния в зоне сварки со сталью 09Г2С, 25 НRC
Фото 7. x500 Микроструктура металла зоны термического влияния в зоне сварки со сталью 20ХН3А, 35 НRC

       Известно [8,9], что в результате термовлияния при сварке низкоуглеродистых легированных сталей из-за быстрого отвода тепла образующийся игольчатый мартенсит имеет гораздо больший объем по сравнению с аустенитом и трооститом, а значит появление внутренних напряжений, которые в дальнейшем при циклическом нагружении могут приводить к раннему трещинообразованию, НЕИЗБЕЖНО.

       Как правило, микротрещины берут начало в зоне термического влияния на участках с максимальным перегревом при сварке [9], а, следовательно, с наибольшей величиной первоначального зерна аустенита. При этом возникают поперечные трещины в направлении, перпендикулярном к направлению приложения сил при циклическом нагружении. Начало такого трещинообразования легко выявляется при применении магнитнопорошкового метода контроля или капилярной дефектоскопии.

       При анализе напряжённо-деформированного состояния металлоконструкции ездовых кранов (рег. № 7884, 6997) методом магнитного (коэрциметрического) контроля установлено, что в целом металл ездовых балок находится в области упругих деформаций при среднем нарастании усталостных явлений 0,15#0,18 А/см за год, что соответствует режиму надёжной эксплуатации при ПВ 25%, кроме отдельных зон в шарнирных соединениях (сеч. 3, 4, рис. 2), в которых имеет место ускоренное нарастание коэрцитивной силы (Нс) со скоростью 0,28-0,3 А/см в год, характерной для работы элементов металлоконструкции в весьма тяжёлом режиме. Вместе с тем, стандартные расчёты [10] не показывают значительных напряжений в этих местах. Т.е. повышенная скорость нарастания Нс в этих элементах связана с наличием дополнительных напряжений от перекосов металлоконструкций при движении крана. Отдельные фрагменты распределения Нс приведены на рис. 3, 4.



Рис. 3. Значение Нс (А/см) по длине узла №4





Рис. 4. Значение Нс (А/см) по длине узла №9

       При оценке напряжённо-деформированного состояния ездовых балок выполнялись расчёты с применением метода конечных элементов (Solid Works, пакет Cosmos Works) с моделированием напряжённого состояния металлоконструкций в различных ситуациях, в т.ч.
– при статических испытаниях крана с массой груза 1,25Qном (62,5 т) с приложением нагрузки в середине пролёта крана;
– при подъёме корпуса судна двумя кранами;
– и, главное, с учётом ослабления конструкции ездовой балки из-за наличия трещины в зоне разрушения опорного узла.

       Расчёты показывают, что металлоконструкции ездовых балок выполнены без достаточного запаса прочности, в результате чего в отдельных элементах шарнирных соединений при статических испытаниях 1,25Qном возникают напряжения в 913,4 МПа, что близко к пределу прочности термообработанной стали 20ХНЗА (930 МПа).

       Уменьшение расчётного сечения ездовой балки из-за наличия усталостной продольной трещины в шарнирном соединении привело к резкому нарастанию напряжений (с учётом динамических нагрузок от 1240 до 1358,1 МПа) в элементах опорного узла, что и послужило причиной аварии крана.

       Фрагмент результата расчетов приведен на рис. 5.



Рис. 5. Наибольшие напряжения в местах профиля специального к балке =1276,3 МПа

       Весь комплекс работ по анализу причин аварии подтверждает первоначальный вывод специалистов: ТРАГЕДИЮ МОЖНО БЫЛО ПРЕДОТВРАТИТЬ, если бы при экспертном обследовании накануне подъёма корпуса судна эксперты не ограничились визуальным осмотром, а, проанализировав конструктивные особенности крана, выполнили хотя бы половину тех исследований, которые пришлось проводить после гибели людей.

       Неоднократно на страницах журналов, в выступлениях специалистов на научно-производственных конференциях поднимаются вопросы: - имеют ли возможность многочисленные "карликовые" экспертные организации выполнять весь необходимый комплекс работ при экспертизе объектов повышенной опасности;
- не слишком ли просты требования к квалификации при подготовке технических экспертов.

       По нашему глубокому убеждению, при существующем состоянии объектов повышенной опасности, требования к глубине анализа при оценке технического состояния контролируемого объекта должны быть значительно повышены. Соответственно, при этом возрастают требования к квалификации экспертов и организациям, осуществляющим экспертизу промышленной безопасности.

Литература

1. ГОСТ 19282-73 Сталь низколегированная толстолистовая и широкополосная. Технические условия.
2. ГОСТ 4543-71 Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия.
3. ГСТУ 3-063-2004 Підіймально-транспортні машини для зварних металевих конструкцій.
4. ОМД 00120253.001-2005 Методика проведення експертного обстеження (технічного діагностування) кранів мостового типу.
5. Емельянов О.А. Мосты сварные крановые. Конструкция. Надёжность. Диагностика. Обеспечение ресурса. Краматорск. 2002 г.
6. ГОСТ 8233-56. Стали листов и ленты. Эталоны микроструктуры.
7. ГОСТ 5640-68. Металлографический метод оценки микроструктуры.
8. Г.А. Кащенко. Курс общей металлографии, часть II, 1936.
9. В.М. Горицкий. Диагностика металлов. – Металлургиздат, 2004.
10. СТО 24.09-5821-01-93 Краны грузоподъёмные промышленного назначения. Нормы и методы расчёта элементов стальных конструкций.