Конструктивные элементы экскаваторов, такие как рамы, стрелы, рукояти и ходовые части, производятся из различных металлопрокатных изделий. Основой служат стальные листы, трубы, фасонные профили, а также гнутые и штампованные заготовки.
Углеродистые стали: основной материал
Для большинства сварных металлоконструкций применяются углеродистые стали. Наиболее распространённой и востребованной маркой является сталь Ст.3, которая сочетает в себе хорошую свариваемость, приемлемую стоимость и достаточную для многих узлов прочность. Для элементов, испытывающих динамические (инерционные) и ветровые нагрузки, а также для работы в условиях низких температур (ниже -25°C), рекомендуется использовать сталь мартеновской выплавки — ВМСтЗсп.
Низколегированные стали: для снижения массы и повышения прочности
В ответственных узлах, где габариты сечения определяются требованиями прочности, а не жёсткости, для облегчения конструкции применяют низколегированные стали. К ним относятся марки 09Г2, 17ГС, 10Г2СД и 09Г2ДТ. По сравнению со сталью Ст.3 они обладают рядом преимуществ: более высоким пределом текучести (примерно в 1.5–2 раза), повышенной коррозионной стойкостью и лучшей устойчивостью к хладоломкости (хрупкому разрушению на холоде).
Однако у этих сталей есть и особенности, которые необходимо учитывать. Они более чувствительны к концентраторам напряжений (выступам, отверстиям, резким изменениям сечения), что может снижать их усталостную прочность. Кроме того, их стоимость выше, чем у углеродистых сталей. Наибольший выигрыш в весе и прочности достигается при использовании низколегированных сталей для элементов, работающих преимущественно на растяжение. Для деталей, подверженных знакопеременным и переменным нагрузкам (циклическому нагружению), их применение менее эффективно из-за относительно невысокого предела выносливости.
Работа в условиях экстремально низких температур
Для эксплуатации в суровых климатических условиях требуются специальные стали. Несущие элементы из низколегированных сталей хорошо подходят для работы при температурах до -40°C. Для ещё более экстремальных условий, вплоть до -65°C, рекомендуются стали марок 09Г2С, 15ХСНД и 10ХСНД.
Оборудование, работающее на открытых разработках в северных регионах (Сибирь, Крайний Север), особенно подвержено риску хрупкого разрушения. Вероятность такого отказа зависит от комплекса факторов: температуры окружающей среды и её перепадов, химического состава стали, уровня остаточных напряжений после изготовления, наличия конструкционных концентраторов напряжений и, что особенно критично, — дефектов в сварных швах (непроваров, трещин, пор, подрезов).
Меры по предотвращению разрушений и специальные марки сталей
Для предотвращения хрупких разрушений необходим комплексный подход. Он включает в себя правильный выбор марки стали, проектирование рациональных форм сварных соединений, подбор оптимальных сварочных материалов и строгое соблюдение технологии сварки.
Для наиболее ответственных и нагруженных металлоконструкций, таких как ковши, роторы, ковшовые рамы и роторные стрелы, целесообразно применение высокотехнологичных сталей. Например, сталь марки 12ГНЗМФАЮР обладает выдающимися показателями хладостойкости, что делает её оптимальным выбором для работы в самых суровых условиях.