淺析塔式起重機(jī)焊縫無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

■張宏偉，趙巧絨 ■西京學(xué)院，陜西 西安 710123

塔式起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱塔機(jī))具有回轉(zhuǎn)半徑大、工作效率高、裝拆方便等特點(diǎn)，被廣泛用于工程建設(shè)，特別是高層建筑施工當(dāng)中。隨著塔機(jī)頻繁利用、吊裝強(qiáng)度增大，在施工過程中出現(xiàn)倒塌和斷臂事故。根據(jù)2010 年中國(guó)塔機(jī)行業(yè)發(fā)展研討會(huì)公布［1］:我國(guó)塔機(jī)的事故率由2006年的7.2‰，升至2009 年的11.2‰，平均每年以1.33‰增長(zhǎng)，給施工單位和社會(huì)帶來了無(wú)法預(yù)估的損失。

塔機(jī)是典型的焊接結(jié)構(gòu)，焊縫質(zhì)量好壞決定塔式起重機(jī)的性能和施工安全。為減小安全隱患，降低企業(yè)回收和檢修成本，對(duì)塔機(jī)焊縫檢測(cè)顯得十分必要。國(guó)內(nèi)目前對(duì)塔機(jī)檢測(cè)投入較少，以出廠檢測(cè)和非工作狀態(tài)下檢測(cè)為主，檢測(cè)手段和成套檢測(cè)設(shè)備單一，塔機(jī)在使用過程中的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法幾乎空白，而國(guó)外在線檢測(cè)比較成熟。本文在焊縫無(wú)損檢測(cè)方法闡述的基礎(chǔ)上，結(jié)合塔機(jī)結(jié)構(gòu)和載荷特征，為塔機(jī)無(wú)損檢測(cè)方案選取提供參考。

1 焊縫無(wú)損檢測(cè)方法概述

目前，國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)常用的檢測(cè)方法［2］有9 種:外觀檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)、渦流檢測(cè)、金屬磁記憶檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)和超聲波衍射時(shí)差法。闡述各種方法機(jī)理、應(yīng)用場(chǎng)合和優(yōu)缺點(diǎn)。

(1)外觀檢測(cè):對(duì)起機(jī)整體焊接部件的性能進(jìn)行粗檢測(cè)，通過人肉眼或低倍數(shù)放大鏡觀察焊縫表面是否出現(xiàn)咬邊、焊渣等表面缺陷;通過焊接檢驗(yàn)尺測(cè)量焊縫的焊瘤和錯(cuò)口;觀察焊件是否發(fā)生變形。

(2)磁粉檢測(cè):塔機(jī)結(jié)構(gòu)主要為鋼材，磁粉檢測(cè)可用于焊縫表面裂紋的檢測(cè)。利用漏原理。首先對(duì)檢測(cè)對(duì)象的表面進(jìn)行適當(dāng)打磨處理，然后將攪拌均勻的磁懸液涂抹早檢測(cè)部位表層，最后將膠帶紙粘貼在磁痕上，揭下的膠帶紙上存留被檢測(cè)部位的缺陷位置，記錄缺陷程度。

(3)滲透檢測(cè):用于焊縫近表面裂紋檢測(cè)。利用毛細(xì)血管工作原理，將含有顏料或熒光粉的滲透液噴灑在被檢焊件表面，利用液體的毛細(xì)作用，使其滲入焊縫表面，然后清洗表面多余液體，干燥后采用顯像劑，將缺陷中滲透的液體吸附到焊件表面，觀察缺陷痕跡，判斷焊縫位置和大小。

(4)超聲檢測(cè):焊縫內(nèi)部檢測(cè)。利用聲學(xué)性能差異原理，將發(fā)射探頭針對(duì)要檢測(cè)焊縫發(fā)出超聲波，遇到內(nèi)部缺陷后，超聲波反射在顯示屏上，出現(xiàn)脈沖波形，最后分析脈沖波形確定缺陷位置、缺陷程度及數(shù)量。超聲波檢測(cè)成本較低，速度快，對(duì)人體無(wú)害，但應(yīng)用存在著一定的檢測(cè)盲區(qū)，檢測(cè)結(jié)果解釋困難，受檢測(cè)人員因素影響大。

(5)射線檢測(cè):焊縫內(nèi)部檢測(cè)。利用射線穿透物質(zhì)時(shí)能量衰減機(jī)理，常采用x 射線和γ 射線透過檢測(cè)焊件，在檢測(cè)焊件底面放置相應(yīng)底片，缺陷不同，底片上黑度圖像不同，則可判斷缺陷數(shù)量、大小和位置。該法獲得的檢測(cè)資料可長(zhǎng)期保存，靈敏度高，缺點(diǎn)是有輻射危險(xiǎn)，成本較高。

(6)渦流檢測(cè):用于導(dǎo)電材料的非接觸檢測(cè)。利用電磁感應(yīng)原理，待檢測(cè)焊件處于交變磁場(chǎng)內(nèi)，焊件內(nèi)部中就有感應(yīng)電流存在，即產(chǎn)生渦流。焊件中的焊縫缺陷不同，感應(yīng)電流隨之變化，利用這種方法判斷焊縫缺陷，速度快，但參數(shù)變化范圍，分析難度大。

(7)聲發(fā)射檢測(cè):用于金屬非接觸檢測(cè)。利用材料釋放應(yīng)變能原理，對(duì)待檢測(cè)焊件產(chǎn)生裂紋時(shí)釋放的塑性應(yīng)變能，通過聲發(fā)射傳感器接受，將收到的聲信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，進(jìn)而分析焊縫缺陷。該方法對(duì)塔機(jī)的工作環(huán)境有一定限制，目前還處于理論研究中。

(8)金屬磁記憶檢測(cè):近年來，俄羅斯科學(xué)家，提出該理論，用于檢測(cè)焊縫表面和應(yīng)力集中狀況。利用磁機(jī)械效應(yīng)和磁彈性效應(yīng)，將焊件位置磁場(chǎng)中切向分量HP 極值點(diǎn)與法向分量HP 過零點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，判斷焊接區(qū)域應(yīng)力集中狀況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊件缺陷發(fā)展?fàn)顩r的監(jiān)測(cè)，判斷焊縫缺陷。磁記憶檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)單，無(wú)須預(yù)處理表面，信號(hào)易受干擾。

(9)超聲波衍射時(shí)差法:內(nèi)部焊縫檢測(cè)。利用焊件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的端角和端點(diǎn)處得到的衍射能量來檢測(cè)缺陷，用于焊縫缺陷大小檢測(cè)和定位。這種新方法優(yōu)點(diǎn)是一次可以覆蓋整個(gè)焊縫區(qū)域，檢測(cè)速度快，缺陷檢出率更高，精度高;缺點(diǎn)是缺陷類型定性差，復(fù)雜結(jié)構(gòu)測(cè)量難度大。

2 塔機(jī)出現(xiàn)焊縫原因分析

塔機(jī)焊縫出現(xiàn)質(zhì)量問題主要原因如下:

(1)焊接缺陷多樣化:塔機(jī)在設(shè)計(jì)、選材、加工制造過程中，對(duì)結(jié)構(gòu)局部處理、焊接接頭形式布置選擇等因素考慮不全時(shí)，會(huì)出現(xiàn)殘余應(yīng)力致使出現(xiàn)應(yīng)力集中。塔機(jī)焊接結(jié)構(gòu)采用K 型接頭多，裂紋數(shù)量多且集中，易發(fā)生咬邊、未熔合、夾渣、氣孔等缺陷，直接影響焊縫質(zhì)量。

(2)交變載荷復(fù)雜化:塔機(jī)焊縫受溫度和腐蝕等外界環(huán)境影響相對(duì)很小，而由變幅小車運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)慣性、吊裝啟制動(dòng)沖擊等引起的交變載荷，對(duì)塔機(jī)裂紋形成和擴(kuò)展起著主要作用，因交變載荷隨工況發(fā)生變化，焊縫載荷呈現(xiàn)復(fù)雜化現(xiàn)象。

(3)安裝操作不規(guī)范:塔機(jī)進(jìn)行多采用銷軸或螺栓進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝，若選擇連接件型號(hào)或安裝程序有誤，則直接導(dǎo)致連接區(qū)域應(yīng)力突變，出現(xiàn)裂紋，而超載和不規(guī)范操作等人為因素則可加快焊縫形成。

3 塔機(jī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)選取

塔機(jī)屬特種設(shè)備，因此無(wú)損檢測(cè)技術(shù)選取的好壞關(guān)系塔式使用效果，針對(duì)塔機(jī)焊縫特點(diǎn)，方法如下:

(1)焊縫表面檢測(cè):表面檢測(cè)是焊縫檢測(cè)第一關(guān)，常采用目測(cè)法，目測(cè)不合格則焊縫必須返工，目測(cè)合格后對(duì)焊縫近表面再進(jìn)行檢測(cè)，常采用磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)。滲透檢測(cè)用在零部件焊接后，未進(jìn)行噴涂和電鍍的場(chǎng)合;塔式在使用現(xiàn)場(chǎng)多采用磁粉檢測(cè)，因不受表面油漆等因素影響，且靈敏度高。

(2)焊縫內(nèi)部檢測(cè):針對(duì)塔機(jī)易出現(xiàn)焊縫的關(guān)鍵位置進(jìn)行焊縫內(nèi)部檢測(cè)，主要采用超聲波或射線檢測(cè)方法。針對(duì)塔身主弦桿和臂架型鋼“高厚”板材選取特點(diǎn)，以焊縫質(zhì)量等級(jí)和焊接結(jié)果的真實(shí)性為出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)優(yōu)先選取射線檢測(cè)方法，因檢測(cè)精度高，結(jié)果可靠，范圍全面。而超聲波檢測(cè)對(duì)焊縫缺陷位置和數(shù)量比較準(zhǔn)確，受影響因素多。所以在射線檢測(cè)不能滿足條件時(shí)再選擇超聲波檢測(cè)，兩者互補(bǔ)使用。

(3)焊縫實(shí)時(shí)檢測(cè):因塔機(jī)工作環(huán)境和設(shè)備技術(shù)限制，焊縫實(shí)時(shí)檢測(cè)存在一定推廣難度，目前塔機(jī)均處于非工作載荷狀態(tài)下檢測(cè)，即焊縫表面檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)焊縫后及時(shí)修補(bǔ)，滿足使用要求。而焊件內(nèi)部隱患若未及時(shí)排查，易發(fā)生事故。根據(jù)上述檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)，可將聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)與信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合，對(duì)關(guān)鍵焊縫進(jìn)行試驗(yàn)，繼而可擴(kuò)展至整臺(tái)塔機(jī)檢測(cè)。

4 結(jié)論

塔機(jī)焊縫檢測(cè)對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低施工事故方面有著重要意義。將無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到塔機(jī)設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用和檢修等環(huán)節(jié)，綜合利用多種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)集，整合資源，規(guī)范檢測(cè)流程，提高塔機(jī)運(yùn)行安全。

［1］吳學(xué)松.2010 中國(guó)塔式起重機(jī)行業(yè)發(fā)展研討會(huì):論道塔機(jī)安全與可持續(xù)發(fā)［J］.建筑機(jī)械化，2011，32(1):21-33.

［2］沈功田.中國(guó)無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)的進(jìn)展［J］.無(wú)損檢測(cè)，2008，(11).