無損檢測技術(shù)在起重機械安全檢驗中的應(yīng)用

周 洪 李 超

（重慶中建機械制造有限公司，重慶 401329）

起重機械的安全檢驗工作具有極高的專業(yè)性，且此項工作的水平關(guān)乎起重機械運行和使用的安全性。隨著起重機械的應(yīng)用范圍逐漸擴大，設(shè)備設(shè)計和制造水平也有了明顯提高。行業(yè)內(nèi)對起重機械的安全檢驗提出了新的要求，國家也陸續(xù)出臺了關(guān)于起重機械安全檢驗的諸多規(guī)定。為提高安全檢驗水平，確保安全檢驗結(jié)果的可靠性，專業(yè)檢驗機構(gòu)可結(jié)合起重機械的結(jié)構(gòu)特點或各方面性能，加強對無損檢測技術(shù)的應(yīng)用，以發(fā)揮無損檢測的優(yōu)勢。

1 起重機械應(yīng)用無損檢測技術(shù)的必要性

無損檢測是檢驗檢測領(lǐng)域相對先進的技術(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)可在不損壞被檢測對象使用性能的情況下，完成對被檢測對象材料、性能、功能等的檢測。起重機械的安全檢驗涉及了很多內(nèi)容的檢測，由于起重機械體積的龐大性和結(jié)構(gòu)的復雜性，若無法采用無損檢測技術(shù)，就會對其造成一定的結(jié)構(gòu)損壞，從而影響起重機械的正常使用。因此，無損檢測是當下起重機械安全檢驗中十分重要的技術(shù)，檢測過程中可選用超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測及渦流檢測等方式。起重機械運行過程中零部件數(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，其原因為這些結(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，從而增大起重機械的運行和使用風險[1]。由于無損檢測的技術(shù)多樣性和各方面優(yōu)勢，可對其中的關(guān)鍵零部件等開展安全檢測，進而幫助起重機械的操作和使用人員進行對應(yīng)的風險識別和處理，從而提高起重機械的使用安全。

2 起重機械安裝完成后的安全檢驗

2.1 目測檢驗

起重機械安裝任務(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械的操作和使用經(jīng)驗，對起重機械的整體形態(tài)、各個構(gòu)成部分的結(jié)構(gòu)性能等開展全面檢測。檢測過程中，目測是安全檢驗中非常有效的方式，對于一些肉眼可見的缺陷或者異常非常有效，但必須要確保檢測人員要有極其豐富的經(jīng)驗。例如：起重機械部分金屬結(jié)構(gòu)的幾何尺寸可通過目測來判定其是否能夠達到使用要求。目測檢驗技術(shù)應(yīng)當基于相關(guān)要求來進行檢驗，檢驗過程中要了解檢驗注意事項，具體內(nèi)容包括以下幾個方面。

2.1.1 機械部分

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

2.1.2 電氣部分

對電氣部分開展目測檢驗十分必要。它的檢驗內(nèi)容包括饋電設(shè)備、保護裝置以及一些電氣元件等，其中保護裝置可利用一些電氣工具進行測量，同時開展試運行等操作，以確保連鎖保護裝置的有效性，使該裝置符合起重機械運行的要求。

2.1.3 靜剛度測試

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

2.2 振動測試

振動測試也是安全檢驗中的關(guān)鍵性工作。為獲得對應(yīng)的振動指標，需由專業(yè)人員負責起重機的剛度測試。當對起重機械開展了主梁振動周期、自振頻率的振動測試以后，會出現(xiàn)一定的振動衰減，通過分析振動周期的衰減規(guī)律，就可以掌握關(guān)于起重機械的動剛度指標。標準情況下，要求設(shè)備主梁處于跨中位置時，自振頻率在滿載情況下不得小于2 Hz。實際測試過程中，需要用到光線示波器和動態(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，實施緊急制動處理，結(jié)合所反饋出來的曲線和頻率值，測出起重機械動剛度。

3 無損檢測技術(shù)在起重機械安全檢驗中的應(yīng)用

3.1 射線檢測

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，并且會出現(xiàn)明顯的光化學反應(yīng)。因此，在開展檢驗工件缺陷的檢測工作時，可利用射線檢測法來實現(xiàn)。當開展工件局部缺陷檢測時，若存在有局部缺陷，透射射線強度將出現(xiàn)明顯的變化。通過膠片感光對該透射線強度的檢測，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]。起重機械安全檢驗中，針對受拉結(jié)構(gòu)件焊接接頭內(nèi)部缺陷的檢測，射線檢測法的優(yōu)勢明顯。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)起重機械時，由于焊接部位較多，為保證起重機械使用的安全性，焊接質(zhì)量要求必須很高。在這種情況下，射線檢測技術(shù)在起重機械焊接檢測中的應(yīng)用極為重要。

3.2 超聲波檢測

超聲波的頻率相對較高，具有良好的方向性，且其能量較高、穿透能力較強。在超聲波探傷過程中，超聲波遇特殊界面會出現(xiàn)一定的反射、折射或者波形轉(zhuǎn)換。因此，在起重機械的安全檢驗中，可利用超聲波進行金屬結(jié)構(gòu)、焊接接頭內(nèi)部缺陷的檢測，如對于鍛造吊鉤內(nèi)的裂紋、夾雜缺陷、金屬結(jié)構(gòu)焊縫缺陷、高強度螺栓內(nèi)部缺陷等，獲得準確的檢測結(jié)果。利用超聲波進行探傷之前，應(yīng)當根據(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，同時在方案中明確探頭類型、檢測方式等。一般情況下，超聲波束應(yīng)當垂直于焊縫，緩慢移動以查找缺陷，然后根據(jù)波形特征來判別缺陷的類型。若是裂紋損傷，在移動探頭時，波形起伏大；若是氣孔損傷，則移動探頭時，表現(xiàn)為脈沖波的形式，其中單個氣孔為單脈沖波，多個氣孔為多脈沖波。雖然超聲波檢測的靈敏度高、成本偏低，但是無法直觀顯示被測對象的缺陷[3]。

3.3 渦流檢測

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

針對起重機械的安全檢驗，若利用渦流檢測的方法，其檢測的技術(shù)原理為：通過使用激磁線圈，使導電構(gòu)件在這一情況下產(chǎn)生渦流，通過對線圈開展檢測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)此進行缺陷的精準判定。但因為渦流本質(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]。在利用渦流檢測法開展對應(yīng)的檢測工作時，線圈與被測對象之間可不直接接觸，在非常短的時間內(nèi)就可得到相應(yīng)的檢測結(jié)果，使得檢測流程具有一定的自動化特征。基于其檢測原理和技術(shù)優(yōu)勢，它在管材、線材等工件的檢測中都十分適用。

3.4 聲發(fā)射檢測

當材料處于應(yīng)力作用下時，往往會伴隨著一定的變形和裂縫擴展，會進一步引起結(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。與其他的檢測技術(shù)相比，聲發(fā)射檢測法就是通過接收和分析材料的聲發(fā)射信號來檢測材料的性能、完整性等，是無損檢測中十分常用的檢測方法。根據(jù)材料特性，當材料存在塑性變形、應(yīng)力腐蝕、裂紋或者擴展時，會伴隨著聲發(fā)射現(xiàn)象。由于在這些環(huán)節(jié)存在有聲發(fā)射現(xiàn)象，針對這些缺陷的檢測，就可利用聲發(fā)射檢測技術(shù)進行。聲發(fā)射檢測在起重機械安全檢驗中的應(yīng)用主要具有以下特點。首先，檢測儀器所探測到的能量源于被測物體本身，不需要像超聲檢測或者射線檢測一樣由無損檢測儀器來提供。其次，可在檢測過程中顯示工件缺陷在荷載、時間、溫度等變化情況下的變化趨勢或者規(guī)律，以輔助起重機械等大型機械設(shè)備的安全評估。最后，該檢測方式對線性缺陷有著極高的敏感性[5]。

3.5 磁粉檢測技術(shù)

磁粉檢測技術(shù)是一種非常常見的無損檢測技術(shù)，主要利用磁場的連續(xù)性特點，在鐵磁性工件被磁化以后，若其表面存在裂縫，會使磁場產(chǎn)生畸變的情況。此時由于磁粉的吸附作用就會在其表面沿著畸變磁場形成不規(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。起重機械內(nèi)部有著非常多的鐵磁性工件，其在長期的使用過程中所產(chǎn)生的細微裂縫、裂紋等用肉眼難以進行有效的觀測。此時利用磁粉檢測技術(shù)可以明確損傷的具體位置及其嚴重程度等信息，從而提高維修工作的科學性。磁粉檢測技術(shù)在起重機械安全檢驗中能夠表現(xiàn)出較強的可靠性與較高的靈敏度，尤其是對于一些表面損傷，能直接通過磁粉顯現(xiàn)出損傷痕跡，從而進行更好的觀測，有助于提高檢測效果。但同時磁粉檢測技術(shù)也有一定的局限性，該技術(shù)無法對鎂鋁等非鐵磁性工件進行檢測，也不能進行內(nèi)部損傷的檢測，并且在實際檢測過程中至少需要進行兩個方向的檢測活動，檢測后還要進行退磁操作，同時檢測花費的時間也相對較長。

3.6 滲透檢測技術(shù)

滲透檢測技術(shù)是基于毛細管原理的一種重要無損檢測技術(shù)，主要用于檢測非疏孔性部件表面開口損傷。在檢測時，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，從而達到檢測損傷的目的。在起重機械使用的過程中，其表面所產(chǎn)生的細微裂縫等缺陷難以用肉眼進行有效檢測。針對這種情況，利用滲透檢測技術(shù)可實現(xiàn)對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行檢測，并且不會因裂紋方向不規(guī)則而影響檢測結(jié)果。但是，由于毛細滲透作用過程較慢，這一檢測技術(shù)在起重機械安全檢驗中應(yīng)用時會耗費較長的時間，檢測效率相對較低。同時，所使用的滲透液可能含有一定的腐蝕性物質(zhì)，會對人體以及環(huán)境造成一定的影響。另外，為保證滲透檢測技術(shù)的應(yīng)用效果，在對起重機械進行檢測時應(yīng)當做好表面的清潔工作，以避免一些雜質(zhì)影響檢測結(jié)果的準確性。

4 結(jié)語

起重機械的安全檢驗工作可通過無損檢測技術(shù)來實現(xiàn)，但由于無損檢測技術(shù)的多樣性，為達到最佳的檢測檢驗效果，對起重機械開展安全評估和管理時，需根據(jù)起重機械的特點科學選擇無損檢測技術(shù)，并遵循技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)規(guī)范。