摘要：高强度螺栓作为塔式起重机关键连接部件，其性能直接影响整机的结构完整性和使用安全。为有效提高塔式起重机高强度螺栓的可靠性和使用寿命，确保起重机的安全稳定运行，本文分别对塔式起重机高强度螺栓的几种断裂原因展开分析，包括过载断裂、脆性断裂、延迟断裂、疲劳断裂四种原因，并分别给出了对应的断裂预防措施，以此为相关技术人员提供参考。

关键词：塔式起重机；高强度螺栓；断裂；原因分析

前言：在建筑施工中，塔式起重机（简称塔机）作为重要起重机械设备，其安全性和稳定性直接关系到施工现场的安全生产。高强度螺栓大量使用于塔身标准节装配中，塔机在施工回转状态，塔身联接螺栓承载塔机主要倾翻力矩，一旦螺栓出现断裂问题，不仅导致设备损坏，还引发特别严重的安全事故。因此，对塔机高强度螺栓断裂原因进行深入分析，不仅有助于更好地理解螺栓断裂的机理，还能在材料选择、工艺制定、使用维护等方面提供可靠的断裂预防思路，借以提升高强度螺栓在塔式起重机中的连接应用价值。

一、塔式起重机用高强度螺栓过载断裂原因及预防措施

在塔机的使用过程中，高强度螺栓起到了至关重要的连接和固定作用，而过载断裂作为一种较为常见的螺栓断裂问题，针对其背后断裂原因进行分析，更利于制定预防措施[1]。主要的过载断裂原因分析如下：

首先，过载断裂的原因往往与螺栓本身的质量有关，当螺栓的危险截面尺寸（如外螺纹小径）或头部高度尺寸不符合产品要求，存在超下差现象时，其承载能力将大打折扣，容易在受到较大外力时发生断裂[2]。为了预防此类问题，制造商在螺栓的生产制定工艺时必须严格控制螺纹小径和头高尺寸，确保符合产品设计和安全标准。

其次，热处理过程中的问题也可能导致螺栓芯部硬度不足，从而引发断裂，为避免因该原因造成塔式起重机高强度连接螺栓出现断裂，制造商需要合理设计热处理工艺，包括淬火温度、保温时间、淬火介质以及网带铺料厚度等参数，借以有效提高螺栓的淬透性，确保其在承受重载时仍能保持足够的强度和韧性。

此外，摩擦系数的不合格也可能导致螺栓在受到外力时发生断裂，为预防该种断裂出现，制造商需要严格控制螺栓承面尺寸，确保其与连接件之间的摩擦力符合设计要求[3]。同时还需对螺纹、承面及总摩擦系数进行严格控制，以确保螺栓在连接过程中能够均匀受力，避免因应力集中而导致断裂。

二、塔式起重机用高强度螺栓脆性断裂断裂原因及预防措施

在塔机的使用过程中，高强度螺栓的脆性断裂是一个需要特别关注的问题，该种断裂往往突然且没有预兆，给设备的安全运行带来严重威胁，为了有效预防高强度螺栓的脆性断裂，技术人员需要深入了解其断裂原因，并采取相应的预防措施。

其一，原材料的质量是影响高强度螺栓性能的关键因素之一，如原材料中碳、磷、硫、氢等元素含量超标，会导致螺栓材料的机械性能下降，进而增加脆性断裂的风险，因此需选择质量优良的钢厂原材料，确保原材料的化学成分符合相关标准。同时，在进货检验时，技术人员应适当增加低倍组织缺陷检测项目，如晶界偏析、非金属夹杂（硫化物、氧化铝、球状氧化物）、带状组织超标和中心疏松等，以避免使用不合格的劣质材料。

其二，奥氏体晶粒的粗细和金相组织的正常与否也是影响螺栓性能的重要因素，如奥氏体晶粒过于粗大，或者金相组织出现异常（如魏氏体组织），都会导致螺栓的脆性增加，因而在制造过程中，需合理设计螺栓的热镦成形和热处淬火加热温度，确保奥氏体晶粒的细化和金相组织的正常化[4]。

其三，螺栓表面的磷聚集现象也是导致脆性断裂的一个常见原因，磷聚集会降低螺栓表面的强度，使其容易发生脆性断裂，为了消除此隐患，应定期对热处理设备的脱磷槽进行检查和维护，确保脱磷液的浓度适宜，并及时添加脱磷液，且也不可忽视螺栓的脱磷状况检测，确保其表面没有磷聚集现象。

其四，回火温度和回火冷却方式不当会导致螺栓产生回火脆性，提升脆性断裂概率[5]。为了避免问题出现，应尽量采用较高的回火温度，并避免使用低于425℃的回火温度，以避开金属回火脆性区，回火及时对螺栓进行水冷，以避免产生回火脆性。

其五，螺栓冷镦成形过程中金属变形量的设计不合理，也会增加脆性断裂概率，尤其是不合理的金属变形量，会直接造成螺栓截面过渡处产生折叠、R角小以及应力集中现象生成，对比必须合理设计螺栓冷镦成形各工步金属变形量，避免产生应力集中。

三、塔式起重机用高强度螺栓延迟断裂原因及预防措施

塔机在进行建筑施工、工程建设过程中，高强度螺栓的延迟断裂是一个潜在且危险的问题，此种断裂往往发生在螺栓经历了一段时间的服役后，由于内部应力的积累和外部环境的影响，导致螺栓在无明显预兆的情况下突然断裂，因而为了确保塔机的安全运行，技术人员应深入了解高强度螺栓延迟断裂的原因，并采取相应的预防措施。

首先，螺栓表面处理后氨含量较高是导致延迟断裂的重要原因。在螺栓的制造过程中，表面处理如镀锌、磷化等工序可能会引入氨等有害气体，当氨含量超标时，会在螺栓内部形成氢原子，进而引发氢脆现象，致使螺栓在应力作用下发生延迟断裂。预防上述延迟断裂问题时，技术人员需严格控制表面处理过程中的酸洗时间和酸浓度，并进行去氢处理[6]。此外，对于强度在9.8级以上（含表面渗碳）的产品镀锌和强度在10.9级以上的磷化产品，也应做好去氢处理，其间可以选择氢脆敏感性低的材料，以减少氢脆的风险。

其次，去氢时间不足或不及时也是导致延迟断裂的一个原因，该处理方法主要是通过加热或其他方法将螺栓内部的氢原子排出，将氢脆断裂的风险降至最低，避免因去氢时间不足或处理不及时，而造成螺栓内部的氢原子无法完全排出，继而增加延迟断裂的风险。制定高强度螺栓延迟断裂预防措施时，技术人员应严格按照标准规定的时间及要求，规范进行去氢作业，确保螺栓内部的氢原子得到充分的排除。

此外，除了氨含量和去氢处理外，螺栓表面的增碳现象也是导致延迟断裂的常见原因，导致螺栓表面的脆性增加，降低其抗断裂能力。为了预防这种情况，技术人员应合理设计热处理工艺、设定碳势值，确保螺栓表面的碳含量在合理范围内，并定期对氧探头进行校准和维护，以确保其准确性，从而有效控制热处理过程中的碳势值。

结语：

综上所述，塔式起重机用高强度螺栓的断裂问题不容忽视，为了确保设备的稳定运行和人员安全，技术人员应积极采取一系列预防措施来应对过载断裂、脆性断裂和延迟断裂等风险。通过精确计算载荷、优化螺栓材料和结构设计、严格控制热处理工艺和表面处理工艺，以及加强螺栓的定期检查和维护，能够显著降低螺栓断裂的概率，提高塔式起重机的安全性和可靠性，最终为塔式起重机的安全运行提供坚实的保障。

参考文献

[1] 任师道，李鹏举，刘振辉. 门式起重机结构拆分连接螺栓群的计算[J]. 机电工程技术，2024，53（2）：279-282.

[2] 王保强，程泽湘. 浅析螺栓定位技术在塔吊起重机的应用方式[J]. 建材与装饰，2023，19（30）：22-24.

[3] 周前飞，王会方，庆光蔚，等. 基于无人机图像识别的起重机结构连接螺栓脱落检测[J]. 制造业自动化，2022，44（12）：20-22，27.

[4] 范开英，沈兰华，姚行杰. 起重机回转支承高强度螺栓承载能力分析[J]. 建筑机械化，2022，43（10）：35-37.

[5] 张生磊，王福远，武晋伟，等. 桥式起重机常用的螺栓防松方法[J]. 机械工程与自动化，2022（5）：220-222.

[6] 戴礼斌. 螺栓在港口起重机紧固件中的应用及力学性能分析[J]. 冶金与材料，2023，43（12）：181-183，186.