無損檢測(cè)技術(shù)在起重機(jī)械安全檢驗(yàn)中的應(yīng)用

周 洪 李 超

（重慶中建機(jī)械制造有限公司，重慶 401329）

起重機(jī)械的安全檢驗(yàn)工作具有極高的專業(yè)性，且此項(xiàng)工作的水平關(guān)乎起重機(jī)械運(yùn)行和使用的安全性。隨著起重機(jī)械的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，設(shè)備設(shè)計(jì)和制造水平也有了明顯提高。行業(yè)內(nèi)對(duì)起重機(jī)械的安全檢驗(yàn)提出了新的要求，國(guó)家也陸續(xù)出臺(tái)了關(guān)于起重機(jī)械安全檢驗(yàn)的諸多規(guī)定。為提高安全檢驗(yàn)水平，確保安全檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性，專業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)可結(jié)合起重機(jī)械的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或各方面性能，加強(qiáng)對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，以發(fā)揮無損檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)。

1 起重機(jī)械應(yīng)用無損檢測(cè)技術(shù)的必要性

無損檢測(cè)是檢驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域相對(duì)先進(jìn)的技術(shù)，其中包含了多種技術(shù)方法，如射線法、超聲法、電磁法等。該技術(shù)可在不損壞被檢測(cè)對(duì)象使用性能的情況下，完成對(duì)被檢測(cè)對(duì)象材料、性能、功能等的檢測(cè)。起重機(jī)械的安全檢驗(yàn)涉及了很多內(nèi)容的檢測(cè)，由于起重機(jī)械體積的龐大性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，若無法采用無損檢測(cè)技術(shù)，就會(huì)對(duì)其造成一定的結(jié)構(gòu)損壞，從而影響起重機(jī)械的正常使用。因此，無損檢測(cè)是當(dāng)下起重機(jī)械安全檢驗(yàn)中十分重要的技術(shù)，檢測(cè)過程中可選用超聲檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)及渦流檢測(cè)等方式。起重機(jī)械運(yùn)行過程中零部件數(shù)量較多，如吊鉤、鋼絲繩、滑輪、卷筒以及制動(dòng)器等。這些主要的零部件以及金屬結(jié)構(gòu)本體、焊縫等均不允許任何缺陷的存在，其原因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)部位所承受的交變應(yīng)力和沖擊荷載巨大，即使是極小的缺陷，也會(huì)在這些作用力下逐步從小缺陷向大缺陷發(fā)展，從而增大起重機(jī)械的運(yùn)行和使用風(fēng)險(xiǎn)[1]。由于無損檢測(cè)的技術(shù)多樣性和各方面優(yōu)勢(shì)，可對(duì)其中的關(guān)鍵零部件等開展安全檢測(cè)，進(jìn)而幫助起重機(jī)械的操作和使用人員進(jìn)行對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和處理，從而提高起重機(jī)械的使用安全。

2 起重機(jī)械安裝完成后的安全檢驗(yàn)

2.1 目測(cè)檢驗(yàn)

起重機(jī)械安裝任務(wù)全面結(jié)束以后，相應(yīng)的工作人員要通過肉眼或者起重機(jī)械的操作和使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)起重機(jī)械的整體形態(tài)、各個(gè)構(gòu)成部分的結(jié)構(gòu)性能等開展全面檢測(cè)。檢測(cè)過程中，目測(cè)是安全檢驗(yàn)中非常有效的方式，對(duì)于一些肉眼可見的缺陷或者異常非常有效，但必須要確保檢測(cè)人員要有極其豐富的經(jīng)驗(yàn)。例如：起重機(jī)械部分金屬結(jié)構(gòu)的幾何尺寸可通過目測(cè)來判定其是否能夠達(dá)到使用要求。目測(cè)檢驗(yàn)技術(shù)應(yīng)當(dāng)基于相關(guān)要求來進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)過程中要了解檢驗(yàn)注意事項(xiàng)，具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。

2.1.1 機(jī)械部分

對(duì)于機(jī)械部分等關(guān)鍵零部件及金屬結(jié)構(gòu)的尺寸檢測(cè)，需要確定保護(hù)裝置的類型。此外，還要重視對(duì)安全試驗(yàn)的分析工作，在施加荷載之前必須要進(jìn)行系統(tǒng)性的安全測(cè)試作業(yè)，以保證機(jī)械裝置的安全性。

2.1.2 電氣部分

對(duì)電氣部分開展目測(cè)檢驗(yàn)十分必要。它的檢驗(yàn)內(nèi)容包括饋電設(shè)備、保護(hù)裝置以及一些電氣元件等，其中保護(hù)裝置可利用一些電氣工具進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)開展試運(yùn)行等操作，以確保連鎖保護(hù)裝置的有效性，使該裝置符合起重機(jī)械運(yùn)行的要求。

2.1.3 靜剛度測(cè)試

起重機(jī)械在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生變形，而靜剛度則是反饋其抵抗變形能力的重要指標(biāo)。若靜剛度不達(dá)標(biāo)，則會(huì)使起重機(jī)械在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生較大的變形。這不僅會(huì)影響到起重作業(yè)的安全性，也會(huì)使操作人員產(chǎn)生緊張情緒，從而增加操作失誤的概率。靜剛度測(cè)試中，需要在橋架上以額定荷載進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)，以檢測(cè)起重機(jī)械是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。檢測(cè)完成后將荷載卸下，在橋架跨中位置停穩(wěn)小車，同時(shí)將鋼板尺固定于主梁外側(cè)腹板跨中位置，以經(jīng)緯儀觀測(cè)鋼板尺，并確定基準(zhǔn)點(diǎn)，繼而再將額定荷載升起，以經(jīng)緯儀觀測(cè)鋼板尺變化情況，從而計(jì)算出起重機(jī)械靜剛度。

2.2 振動(dòng)測(cè)試

振動(dòng)測(cè)試也是安全檢驗(yàn)中的關(guān)鍵性工作。為獲得對(duì)應(yīng)的振動(dòng)指標(biāo)，需由專業(yè)人員負(fù)責(zé)起重機(jī)的剛度測(cè)試。當(dāng)對(duì)起重機(jī)械開展了主梁振動(dòng)周期、自振頻率的振動(dòng)測(cè)試以后，會(huì)出現(xiàn)一定的振動(dòng)衰減，通過分析振動(dòng)周期的衰減規(guī)律，就可以掌握關(guān)于起重機(jī)械的動(dòng)剛度指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)情況下，要求設(shè)備主梁處于跨中位置時(shí)，自振頻率在滿載情況下不得小于2 Hz。實(shí)際測(cè)試過程中，需要用到光線示波器和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀等設(shè)備，并在主梁跨中蓋板上粘貼應(yīng)變片，然后施加額定荷載，將其提升至額定高度的2/3位置，待設(shè)備穩(wěn)定后全速下降，在快要接近地面時(shí)，實(shí)施緊急制動(dòng)處理，結(jié)合所反饋出來的曲線和頻率值，測(cè)出起重機(jī)械動(dòng)剛度。

3 無損檢測(cè)技術(shù)在起重機(jī)械安全檢驗(yàn)中的應(yīng)用

3.1 射線檢測(cè)

X射線具有穿透特性，在穿透物體的過程中同步伴隨著原子電離的情況，并且會(huì)出現(xiàn)明顯的光化學(xué)反應(yīng)。因此，在開展檢驗(yàn)工件缺陷的檢測(cè)工作時(shí)，可利用射線檢測(cè)法來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)開展工件局部缺陷檢測(cè)時(shí)，若存在有局部缺陷，透射射線強(qiáng)度將出現(xiàn)明顯的變化。通過膠片感光對(duì)該透射線強(qiáng)度的檢測(cè)，不僅可以判定是否存在缺陷，還可以獲得關(guān)于缺陷位置、大小的信息[2]。起重機(jī)械安全檢驗(yàn)中，針對(duì)受拉結(jié)構(gòu)件焊接接頭內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，射線檢測(cè)法的優(yōu)勢(shì)明顯。不僅可以分析焊接部位的厚度、均勻情況等信息，還可以用于了解焊接的相關(guān)參數(shù)。在生產(chǎn)起重機(jī)械時(shí)，由于焊接部位較多，為保證起重機(jī)械使用的安全性，焊接質(zhì)量要求必須很高。在這種情況下，射線檢測(cè)技術(shù)在起重機(jī)械焊接檢測(cè)中的應(yīng)用極為重要。

3.2 超聲波檢測(cè)

超聲波的頻率相對(duì)較高，具有良好的方向性，且其能量較高、穿透能力較強(qiáng)。在超聲波探傷過程中，超聲波遇特殊界面會(huì)出現(xiàn)一定的反射、折射或者波形轉(zhuǎn)換。因此，在起重機(jī)械的安全檢驗(yàn)中，可利用超聲波進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)、焊接接頭內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，如對(duì)于鍛造吊鉤內(nèi)的裂紋、夾雜缺陷、金屬結(jié)構(gòu)焊縫缺陷、高強(qiáng)度螺栓內(nèi)部缺陷等，獲得準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。利用超聲波進(jìn)行探傷之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)工件的幾何形狀、工件材料類型等信息，確定最佳的探傷方案，同時(shí)在方案中明確探頭類型、檢測(cè)方式等。一般情況下，超聲波束應(yīng)當(dāng)垂直于焊縫，緩慢移動(dòng)以查找缺陷，然后根據(jù)波形特征來判別缺陷的類型。若是裂紋損傷，在移動(dòng)探頭時(shí)，波形起伏大；若是氣孔損傷，則移動(dòng)探頭時(shí)，表現(xiàn)為脈沖波的形式，其中單個(gè)氣孔為單脈沖波，多個(gè)氣孔為多脈沖波。雖然超聲波檢測(cè)的靈敏度高、成本偏低，但是無法直觀顯示被測(cè)對(duì)象的缺陷[3]。

3.3 渦流檢測(cè)

檢測(cè)時(shí)要將通有交流電的線圈放置在待測(cè)的金屬板上方，在通電條件下，線圈內(nèi)及其附近會(huì)同步形成交變磁場(chǎng)，試件中會(huì)形成呈旋渦狀的感應(yīng)交變電流。如果有裂紋或缺陷，信號(hào)會(huì)發(fā)生改變。渦流的分布和大小往往會(huì)受到諸多因素的影響，如線圈形狀與尺寸、電流大小與頻率、試件導(dǎo)電率、磁導(dǎo)率等。

針對(duì)起重機(jī)械的安全檢驗(yàn)，若利用渦流檢測(cè)的方法，其檢測(cè)的技術(shù)原理為：通過使用激磁線圈，使導(dǎo)電構(gòu)件在這一情況下產(chǎn)生渦流，通過對(duì)線圈開展檢測(cè)來獲得渦流的具體變化；在掌握了渦流的基本信息后，可據(jù)此進(jìn)行缺陷的精準(zhǔn)判定。但因?yàn)闇u流本質(zhì)上屬于交變電流，存在有明顯的集膚效應(yīng)，所以利用這一檢測(cè)方法所得到的結(jié)果僅能反映試件表面或者近表面的情況[4]。在利用渦流檢測(cè)法開展對(duì)應(yīng)的檢測(cè)工作時(shí)，線圈與被測(cè)對(duì)象之間可不直接接觸，在非常短的時(shí)間內(nèi)就可得到相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果，使得檢測(cè)流程具有一定的自動(dòng)化特征?；谄錂z測(cè)原理和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，它在管材、線材等工件的檢測(cè)中都十分適用。

3.4 聲發(fā)射檢測(cè)

當(dāng)材料處于應(yīng)力作用下時(shí)，往往會(huì)伴隨著一定的變形和裂縫擴(kuò)展，會(huì)進(jìn)一步引起結(jié)構(gòu)失效。很多材料在局部區(qū)域存在著應(yīng)力集中的問題，在能量快速釋放的過程中會(huì)同步產(chǎn)生瞬態(tài)的彈性波，此過程就是聲發(fā)射現(xiàn)象。與其他的檢測(cè)技術(shù)相比，聲發(fā)射檢測(cè)法就是通過接收和分析材料的聲發(fā)射信號(hào)來檢測(cè)材料的性能、完整性等，是無損檢測(cè)中十分常用的檢測(cè)方法。根據(jù)材料特性，當(dāng)材料存在塑性變形、應(yīng)力腐蝕、裂紋或者擴(kuò)展時(shí)，會(huì)伴隨著聲發(fā)射現(xiàn)象。由于在這些環(huán)節(jié)存在有聲發(fā)射現(xiàn)象，針對(duì)這些缺陷的檢測(cè)，就可利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行。聲發(fā)射檢測(cè)在起重機(jī)械安全檢驗(yàn)中的應(yīng)用主要具有以下特點(diǎn)。首先，檢測(cè)儀器所探測(cè)到的能量源于被測(cè)物體本身，不需要像超聲檢測(cè)或者射線檢測(cè)一樣由無損檢測(cè)儀器來提供。其次，可在檢測(cè)過程中顯示工件缺陷在荷載、時(shí)間、溫度等變化情況下的變化趨勢(shì)或者規(guī)律，以輔助起重機(jī)械等大型機(jī)械設(shè)備的安全評(píng)估。最后，該檢測(cè)方式對(duì)線性缺陷有著極高的敏感性[5]。

3.5 磁粉檢測(cè)技術(shù)

磁粉檢測(cè)技術(shù)是一種非常常見的無損檢測(cè)技術(shù)，主要利用磁場(chǎng)的連續(xù)性特點(diǎn)，在鐵磁性工件被磁化以后，若其表面存在裂縫，會(huì)使磁場(chǎng)產(chǎn)生畸變的情況。此時(shí)由于磁粉的吸附作用就會(huì)在其表面沿著畸變磁場(chǎng)形成不規(guī)則的痕跡，從而反饋出受損的位置、形狀、大小以及受損的嚴(yán)重程度等信息，為維修工作的開展提供一定的數(shù)據(jù)支持。起重機(jī)械內(nèi)部有著非常多的鐵磁性工件，其在長(zhǎng)期的使用過程中所產(chǎn)生的細(xì)微裂縫、裂紋等用肉眼難以進(jìn)行有效的觀測(cè)。此時(shí)利用磁粉檢測(cè)技術(shù)可以明確損傷的具體位置及其嚴(yán)重程度等信息，從而提高維修工作的科學(xué)性。磁粉檢測(cè)技術(shù)在起重機(jī)械安全檢驗(yàn)中能夠表現(xiàn)出較強(qiáng)的可靠性與較高的靈敏度，尤其是對(duì)于一些表面損傷，能直接通過磁粉顯現(xiàn)出損傷痕跡，從而進(jìn)行更好的觀測(cè)，有助于提高檢測(cè)效果。但同時(shí)磁粉檢測(cè)技術(shù)也有一定的局限性，該技術(shù)無法對(duì)鎂鋁等非鐵磁性工件進(jìn)行檢測(cè)，也不能進(jìn)行內(nèi)部損傷的檢測(cè)，并且在實(shí)際檢測(cè)過程中至少需要進(jìn)行兩個(gè)方向的檢測(cè)活動(dòng)，檢測(cè)后還要進(jìn)行退磁操作，同時(shí)檢測(cè)花費(fèi)的時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)。

3.6 滲透檢測(cè)技術(shù)

滲透檢測(cè)技術(shù)是基于毛細(xì)管原理的一種重要無損檢測(cè)技術(shù)，主要用于檢測(cè)非疏孔性部件表面開口損傷。在檢測(cè)時(shí)，先將熒光滲透液或著色后的滲透液作用于零部件表面，在毛細(xì)管原理的作用下使?jié)B透液沿著缺口滲透至零部件內(nèi)部，此時(shí)再將零件表面多余的滲透液清理干凈。滲透至零部件內(nèi)部的滲透液干燥后附著在零部件中，便能夠?qū)崿F(xiàn)放大缺陷的作用，以便于明確缺陷所產(chǎn)生的部位以及形狀等信息，從而達(dá)到檢測(cè)損傷的目的。在起重機(jī)械使用的過程中，其表面所產(chǎn)生的細(xì)微裂縫等缺陷難以用肉眼進(jìn)行有效檢測(cè)。針對(duì)這種情況，利用滲透檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫等損傷的放大觀察，從而使這些損傷更加直觀明了。滲透檢測(cè)技術(shù)不受材料類型的限制，其金屬部件與非金屬部件的損傷均可以采用這種方法進(jìn)行檢測(cè)，并且不會(huì)因裂紋方向不規(guī)則而影響檢測(cè)結(jié)果。但是，由于毛細(xì)滲透作用過程較慢，這一檢測(cè)技術(shù)在起重機(jī)械安全檢驗(yàn)中應(yīng)用時(shí)會(huì)耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，檢測(cè)效率相對(duì)較低。同時(shí)，所使用的滲透液可能含有一定的腐蝕性物質(zhì)，會(huì)對(duì)人體以及環(huán)境造成一定的影響。另外，為保證滲透檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用效果，在對(duì)起重機(jī)械進(jìn)行檢測(cè)時(shí)應(yīng)當(dāng)做好表面的清潔工作，以避免一些雜質(zhì)影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

起重機(jī)械的安全檢驗(yàn)工作可通過無損檢測(cè)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，但由于無損檢測(cè)技術(shù)的多樣性，為達(dá)到最佳的檢測(cè)檢驗(yàn)效果，對(duì)起重機(jī)械開展安全評(píng)估和管理時(shí)，需根據(jù)起重機(jī)械的特點(diǎn)科學(xué)選擇無損檢測(cè)技術(shù)，并遵循技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)規(guī)范。