起重機械常用材料組成及安全檢驗

陳守東

起重機械是現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的特種設備，但由于我國發(fā)展的特定原因，存在有使用幾十年的老舊設備；且起重市場的專業(yè)分工化，也導致起重機械質(zhì)量良莠不齊，所以有必要對起重機械的常用材料及相關的檢驗檢測手段進行比較充分的了解。

一、起重機常用材料組成

1、起重機金屬結構的常用材料

起重機金屬結構的材料主要是鋼材，選擇鋼材時主要考慮結構的類型和重要性、載荷的性質(zhì)、連接方法、結構的工作溫度、結構的受力性質(zhì)等方面。起重機金屬結構的主要承載構件規(guī)定采用Q235B、Q235C、Q235D（鎮(zhèn)靜鋼），對于一般起重機金屬結構構件，當設計溫度不低于－25℃時，允許采用沸騰鋼Q235F，工作級別為A7、A8的起重機金屬結構，宜采用平爐鎮(zhèn)靜鋼Q235C或特殊鎮(zhèn)靜鋼Q235D，需要減輕結構自重時，可采用16Mn或15MnTi。

2、起重機主要零部件的常用材料

中小起重量起重機的吊鉤是鍛造的，大起重量起重機的吊鉤采用鋼板鉚合，為片式吊鉤。隨著鍛壓能力的提高，目前大起重量起重機的吊鉤也有采用鍛造的。鍛造吊鉤材料應采用吊鉤專用材料，DG20、DG20Mn、DG34CrMo、DG34CrNiMo、DG3oCr2Ni2Mo2鋼制成，加入少量鋁（≥0.02%）以防止老化。片式吊鉤由若干片厚度不小于20mm的Q235、20或Q345的鋼板制造。

鋼絲繩由鋼絲和繩芯組成，鋼絲要求有很高的強度和韌性，通常由含碳量0.5%~0.8%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼制成，在熱處理和冷拔過程中的變形強化使鋼絲達到很高的強度，通常約為1400～2000N/mm2（Mpa），表面狀態(tài)分光面、鍍鋅、鍍鉛；繩芯分為有機芯、石棉芯、金屬芯。

滑輪，最常用的材料為灰鑄鐵，而在粗暴工作和不易檢修的條件下多改為鋼質(zhì)滑輪，目前多用鑄鋼，近年為減輕自重，多采用焊接代替鑄造，鋼材采用焊接性能好的Q235。有時采用鋁合金的滑輪又經(jīng)濟又能減輕重量，熱扎滑輪在國內(nèi)外也有使用，目前還有采用鋁合金或尼龍繩槽作為襯墊的方法。此外，用球墨鑄鐵代替鑄鋼，工藝性較好，對鋼絲繩壽命也有利，使用時不易破碎。

卷筒的材料一般采用強度不低于HT200的灰鑄鐵，重要卷筒可以采用高強度鑄鐵或球墨鑄鐵。大型卷筒多用Q235鋼板彎卷成筒型焊接而成。

齒輪的材質(zhì)一般采用中碳鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理或高頻淬火處理。要求較高的齒輪采用低碳合金鋼經(jīng)滲碳、齒面淬火等處理，從而獲得較高性能。聯(lián)軸器齒輪的材料一般采用45鋼或ZG55Ⅱ，齒面經(jīng)高頻淬火處理，提高硬度和增加耐磨性。

制動器中制動輪通常由鑄鋼制造，轉(zhuǎn)速不高的制動輪也可以用組織細密的鑄鐵制造，制動臂可用鑄鋼或鋼板制造。

3、金屬結構的聯(lián)接

金屬結構的常用聯(lián)接方式主要有焊接、螺栓聯(lián)接、銷軸聯(lián)接等，焊接是最廣泛的一種聯(lián)接方法。螺栓聯(lián)接主要分普通螺栓聯(lián)接和高強螺栓聯(lián)接，普通螺栓一般為六角頭螺栓，以碳素鋼Q235制造。高強螺栓分摩檫型和承壓型，由中碳鋼或合金鋼等經(jīng)淬火并回火后制成，我國采用的高強螺栓分8.8級和10.9級兩類，8.8級高強螺栓常用材料為經(jīng)過熱處理的40B、45或35鋼，10.9級高強螺栓常用材料是20MnTiB和35VB鋼等，兩者的螺母和墊圈均采用45號鋼經(jīng)熱處理后制成。重要軸、銷軸宜采用力學性能不低于45號鋼的材料，調(diào)質(zhì)后硬度一般應為HB200~280,配合面的表面粗糙度Ra應不大于1.6μm.。

二、常用檢驗項目

1、理化試驗

理化試驗主要由宏觀檢驗、化學成份分析、機械性能試驗、工藝性能試驗、金相分析、物理性能試驗組成。由于理化試驗為破壞性試驗，主要進行材料硬度或強度測試和宏觀檢驗，必要時進行金相分析，檢驗金屬材料的組織及缺陷，一般檢驗夾雜物、晶粒度、脫碳層深度、晶間腐蝕等。

宏觀檢驗是指利用肉眼或10倍以下的低倍放大鏡觀察金屬材料內(nèi)部組織及缺陷的檢驗。常用的方法有斷口檢驗、低倍檢驗、塔形車削發(fā)紋檢驗及硫印試驗等。

化學分析法分為定性分析和定量分析兩種。通過定性分析，可以鑒定出材料含有哪些元素，但不能確定它們的含量；定量分析，是用來準確測定各種元素的含量。實際生產(chǎn)中主要采用定量分析。定量分析的方法分為重量分析法和容量分析法。重量分析法是采用適當?shù)姆蛛x手段，使金屬中被測定元素與其它成份分離，然后用稱重法來測元素含量。而容量分析法是用標準溶液（已知濃度的溶液）與金屬中被測元素完全反應，然后根據(jù)所消耗標準溶液的體積計算出被測定元素的含量。各種元素在高溫、高能量的激發(fā)下都能產(chǎn)生自己特有的光譜，根據(jù)元素被激發(fā)后所產(chǎn)生的特征光譜來確定金屬的化學成份及大致含量的方法，稱光譜分析法。通常借助于電弧，電火花，激光等外界能源激發(fā)試樣，使被測元素發(fā)出特征光譜。經(jīng)分光后與化學元素光譜表對照，做出分析。火花鑒別法主要用于鋼鐵，在砂輪磨削下由于摩擦，高溫作用，各種元素、微粒氧化時產(chǎn)生的火花數(shù)量、形狀、分叉、顏色等不同，來鑒別材料化學成份（組成元素）及大致含量的一種方法。

機械性能試驗包括強度、硬度、彈性、韌性和疲勞強度試驗；工藝性能試驗是確定材料的成形性、可焊性、切削加工性等；金相分析是研究金屬及其合金內(nèi)部組織及缺陷的主要方法之一,物理性能試驗，包括光澤、顏色、密度、熔點、導電性、磁性、熱膨脹性等。

2、無損檢測

起重機械的所有部件均不允許裂紋及損傷，各機構在試驗后也不允許出現(xiàn)裂及永久變形等損傷；部分磨擦部件表面磨損量也有嚴格規(guī)定，某些部件內(nèi)部缺陷的當量尺寸也有明確規(guī)定，某些專用零部件也有專用的質(zhì)量要求，有的對表面防腐涂層厚度也有規(guī)定。具體要求可參考各種起重機械及零部件的技術規(guī)范，必須根據(jù)相應的技術要求，針對不同的檢測對象采用適當?shù)臒o損檢測方法和檢測工藝。

起重機械的主要無損檢測方法有：目視檢測、電磁檢測、金屬磁記憶檢測、聲發(fā)射檢測、應力應變測試和振動測試，主要在安裝和定期檢測中應用，射線檢測主要在制造和安裝中采用，超聲、磁粉和滲透檢測在制造、安裝及定檢中都有采用，而金屬磁記憶檢測、應力應變測試和振動測試主要應用在應力和結構的評定和測試。

目視檢測主要檢查材料的表面狀態(tài)（有無銹蝕、分層等）和金屬結構的幾何尺寸測量等，主要采用量具測量和肉眼觀察。

射線檢測，主要應用于起重機械制造安裝過程對對接焊縫的檢測，在用設備較少使用。

超聲檢測可對材料或角接焊縫的內(nèi)部缺陷進行檢測，在起重機械焊縫質(zhì)量檢查中是較為常見的方法，可檢測材料內(nèi)部的裂紋、白點及夾雜等缺陷。

磁粉探傷廣泛應用于鋼結構和零部件及焊縫表面及近表面的裂紋檢測，但有時由于材料和結構形狀等原因不利于磁探的操作，且對于表面開口裂紋的檢測中多用滲透檢測。

電磁檢測主要有渦流膜層測厚、渦流裂紋檢測、鋼絲繩檢測。渦流膜層測厚主要應用于精確測量出膜層的厚度值。渦流裂紋檢測精度與常規(guī)磁粉相當，適合對起重機械進行快速裂紋掃查。鋼絲繩檢測一般漏磁方法檢測，可進行定性（斷絲或腐蝕等）和定量（斷絲數(shù)或橫斷面積損失量）分析。

三、結語

起重機械是現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的特種設備，在材料和檢測科技日益發(fā)展的今天，選擇正確優(yōu)質(zhì)的材料和較為先進的檢測手段是保證起重機械安全運行的基礎，以上介紹了一些關于起重機械常用材料類型和檢測手段，希望在起重機械檢驗過程中能加大對材料使用隱患的排除，加大對起重機械相關的無損檢測，從而在一定意義上保障設備的安全運行。

（編輯/陳志華）