起重機結構疲勞檢測方法

摘 要：隨著起重機設備在現代化經濟建設和生產中越來越頻繁的使用，有效的疲勞檢測方法不可或缺。傳統的疲勞檢測方法在檢測速度和經濟效益方面都無法滿足目前的實際需要。本文主要介紹了聲波發射技術和磁粉探傷技術對起重機設備結構疲勞的檢測。這些疲勞檢測技術將極大的保障起重機等特種設備的使用安全。

關鍵詞：起重機 疲勞 檢測辦法

中圖分類號：O346.2文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2011)12(b)-0069-01

在經濟建設和現代生產中，起重機械設備發揮了不可或缺的作用。然而作為一種發生事故幾率最大的特種機械，在操作和使用起重機械時存在著許多隱藏的危險因數。國內外因起重設備使用而造成的人身傷害以及財產損失事故每年都頻繁發生。發達的工業化國家中，由起重機械引起的人身傷害事故，高達所有產業部門的五分之一；隨著起重機械在我國經濟建設中使用越來越頻繁，起重傷害事故在國內安全事故中所占的比例也上升至15%左右。由于結構疲勞而引起的起重機事故屢見不鮮，近年來有多起此類事故的發生。在某鋼廠150t起重機發生了主梁斷裂并且引發了整機的坍塌、多人傷亡的重大事故[1]。面對日益嚴峻的起重機械使用操作安全問題，國家已經采取相關措施避免發生此類造成惡劣社會影響和慘重經濟損失的事故。起重機結構破壞的主要形式是疲勞破壞，直接影響這起重機的使用安全和壽命。結構疲勞表現形式是主體結構的突然失效，長期使用后在沒有明顯征兆的情況下發生結構的突然斷裂，從而造成災難性的后果。國內提出了不少關于起重機疲勞估算的理論研究，分析了疲勞損傷估算的新方法[2]。但這些研究多是理論分析，很少運用到實際的工程中；并且這些算法的針對性太強，不適用于估算各種不同類型的起重機的結構疲勞程度，太過于局限。傳統起重機結構疲勞檢驗手段繁瑣，基于國內外理論研究成果，結合不同起重機實際的參數，推導出起重機主梁結構疲勞載荷譜，以及結構壽命公式，可運用于估算不同類型，不同起重量起重機結構疲勞程度，不僅簡便快捷，投入少，而且適用范圍極為廣泛。此類結構疲勞檢測手段將為社會帶來巨大的經濟效益，為我國特種設備檢測和監管機制給予極大的技術幫助。

1 基于聲波發射技術的結構疲勞檢測方法

1.1 疲勞裂紋的信號特征

聲信號從發射源發出后，以彈性波向四周傳播，典型的波型圖像如圖1所示。傳感器接收到的聲波，是多次發射和波形共同作用的結果。結構疲勞部位產生的彈性波擴展波分量較高，在波速、頻率特征與頻率范圍等方面有很大的差別，所以由波形分析，便可以通過計算得到起重機結構疲勞位置。

1.2 聲波發射法檢測結構疲勞

聲波發射法檢測結構疲勞常用間歇法和連續法進行。間歇法的理論依據是聲波發射不可逆的特點。適用于較長時間檢測和噪聲分量大的疲勞試驗。連續法則是利用連續發射的聲波檢測整個疲勞試驗中起重機結構疲勞情況。為了排除測試中的噪聲干擾，采用了空間濾波技術，以及特殊的電壓控制系統，完成疲勞試驗聲波采集。該技術能夠屏蔽噪聲，僅記錄高載荷下結構疲勞裂紋信號。

2 磁粉探傷技術檢測結構疲勞

在各種結構疲勞檢測方法中，磁性材料常常采用磁粉探傷(MT)。該方法對材料近表面或者表面缺陷的檢測靈敏度非常高，而且能準確顯示結構疲勞缺陷的大小、方位、嚴重程度和形狀。該方法有諸如成本低、檢測方便、污染輕，檢測效果好，精度高。便攜式的結構疲勞探傷儀，還可以用于高空以及野外等特殊環境。對于起重機等設備而言，磁粉探傷可以用來檢測材料近表面和表面的疲勞缺陷，由于結構疲勞、腐蝕、應力或者起重機本身缺陷等多種因素導致的結構疲勞開裂等多種危險缺陷是測試的重點。輪胎式起重機作為一種常見的流動式起重機，由特制的底盤搭載，通過性能突出。作為測試對象的是1臺50t輪胎起重機，作為中鐵某局工作中使用最多的設備，參與許多大型野外施工作業。作為一臺服役時間長達10年的特種設備，由于超長的使用年限，使用磁粉探傷結構疲勞檢測表明在吊機起重臂根部鉸接處，材料側面發現的裂紋長約45mm，垂直于吊臂的主要受力方向，雖然形狀細小，但是探傷結果顯示十分清晰，經進一步分析為結構疲勞產生的裂紋。

在進行磁粉探傷前，了解對象的材質，分析對象在工作中的受力情況、應力方向、常見開裂部位和預測裂紋形狀大小等方面的信息十分重要。結構疲勞產生的裂紋常見于應力集中的部位，根據前期的準備分析，我們就能針對易于疲勞開裂部位進行局部檢測，對于像起重機這類大型設備，其中有許多不可拆卸的重要部，有目標的局部檢測將極大的簡化檢測過程，節約檢測時間和費用。磁粉探傷主要用于近表面或表面缺陷的檢測，因此被測對象表面狀態將極大的影響測試的操作條件和靈敏度。通常我們在探傷之前，需要仔細清除對象表面的沙粒、油污、氧化皮、毛刺和鐵銹等雜物。磁粉探傷方法也有許多需要注意的問題:(1)磁軛間隙能明顯影響探傷的效果，所以盡可能的減小磁軛間隙有助于得到準確的結果，最大間隔要控制在115mm之內。(2)磁軛移動速度要適當，需要保持在4m/min之內。(3)快速觀察和分析結果，以免測試結果被干擾破壞。多向磁化技術僅僅需要一次檢測就可以快速檢測出各個方向的結構疲勞損傷，由于其高效快速，磁粉探傷以及成為國內無損結構疲勞檢測的主要手段。

3 結語

聲波發射檢測方法和磁粉探傷檢測方法有著不同的適用情況，在今后的起重機等大型特種設備疲勞檢測中，我們要從實際的情況出發，選取最合適的檢測手段，保障設備具有良好的安全性能，消除由結構疲勞引起的安全隱患，避免安全事故的發生。

參考文獻

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[2]李耀東，黃成祥，侯力等.疲勞裂紋的聲發射信號檢測技術[J].自動化測試.2006（6）：504～506.

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