應力測試結合無損檢測在起重機金屬結構安全評估中的應用

朱廣超

（滁州市特種設備監督檢驗中心，滁州 239000）

為了確保起重機的金屬結構在使用過程中能夠承受設計負荷，及時發現和修復潛在的結構缺陷，需要結合運用應力測試與無損檢測技術。應力測試通過施加負荷并測量變形，可以評估金屬結構的強度和剛度，從而確定其安全性。無損檢測利用聲波、磁場、射線等非破壞性方法對金屬結構進行檢測，以發現隱藏的缺陷如裂紋、腐蝕等。結合應力測試和無損檢測，可以全面評估起重機金屬結構的安全性，預防事故發生，提高起重機的運行可靠性和安全性。

1 應力測試與無損檢測概述

1.1 應力測試

應力測試在起重機金屬結構安全評估中的應用，就是在起重機金屬結構上施加靜態或動態負荷，模擬實際工作條件下的受力情況，包括推拉、扭轉、彎曲等多種荷載類型。同時，使用合適的傳感器或設備測量金屬結構在負荷作用下發生的變形，常見變形測量工具包括應變計、位移傳感器和壓力傳感器等。將獲得的變形數據與設計規范或標準進行比較和分析，根據規范中規定的安全系數和極限變形限制，評估金屬結構的承載能力和安全性[1]。工作人員根據應力測試的結果，進一步判斷金屬結構是否滿足安全要求。如果變形值超過允許范圍或安全系數低于要求，可能存在結構強度不足或剛度不夠的問題，需要采取相應的修復或加固措施。

目前，常用于起重機金屬結構的應力測試方法主要有光測法、射線法和電測法等。光測法通過在金屬結構表面粘貼光柵片，利用光柵的形變來測量結構的變形，它具有高精度和非接觸的特點，適用于小范圍的變形測量。射線法使用射線照射金屬結構，并通過測量射線在結構內部的散射情況來推斷應力分布和變形情況。射線法可以檢測大范圍的變形和應力，但是需要采用專業設備和合適的防護措施。電測法是在金屬結構表面粘貼電阻應變片，利用電橋等電測設備測量電阻應變片上的電阻變化，從而得到結構的變形和應力信息。電測法具有較高的靈敏度和實時性，廣泛應用于工程領域。

1.2 無損檢測

無損檢測技術是一種非破壞性的測試方法，用于評估材料和結構的內部和表面缺陷，而無須進行破壞性的物理改變。無損檢測過程中，通常會使用合適的探頭或傳感器將能量輸入被測材料，然后檢測相應的信號響應，這些信號可以是聲波、電磁波、熱量和電流等形式。不同的檢測方法接收到的信號可能會發生變化，這些變化與材料的缺陷或性質有關。通過分析和解釋檢測到的信號，無損檢測技術可以確定材料中的缺陷類型、位置、大小和嚴重程度，檢測結果可用于評估材料的完整性、可靠性和安全性，并幫助工作人員制定相應的維修、替換或加固方案[2]。

無損檢測在起重機金屬結構安全評估中的應用，通常采用超聲波檢測、磁粉檢測、射線檢測等非破壞性方法。超聲波檢測是通過發送和接收超聲波信號來探測結構內部的缺陷，當超聲波遇到缺陷時會發生反射或散射，從而可以確定缺陷的位置、大小和形態。磁粉檢測是利用磁場的作用將可視化磁粉顆粒應用于金屬表面，在施加磁場的情況下觀察顆粒的排列情況。當存在裂紋或疲勞斷口等缺陷時，磁粉顆粒會被吸引并形成可見的磁粉痕跡，從而識別缺陷的位置和形態。射線檢測是使用X 射線或γ 射線照射金屬結構，并通過檢測透射射線的吸收情況來確定結構內部的缺陷。當射線遇到缺陷時，會被吸收或散射，形成陰影或缺陷圖像。

這些無損檢測技術各有特點，在起重機金屬結構安全評估中可以互補應用，以全面發現結構的缺陷并評估其安全性。根據具體情況選擇適合的技術或組合多種技術進行檢測，以確保起重機金屬結構的可靠運行和安全使用。

2 應力測試結合無損檢測在起重機金屬結構安全評估中應用的必要性

應力測試可以測量金屬結構所受的內部和外部應力分布情況。起重機金屬結構在長期使用中可能會遭受各種載荷和工作環境的影響，導致應力集中、變形或裂紋等問題。通過應力測試，可以及早發現潛在的結構問題，并采取相應的修復和加固措施，確保結構的強度和穩定性。然而，應力測試僅能提供結構應力情況的局部信息，對于隱藏在結構內部的缺陷難以直接觀測。而無損檢測能夠探測金屬結構內部的缺陷，如裂紋、腐蝕、疲勞斷口等，以及表面的缺陷，如裂紋、孔洞等。通過無損檢測，可以實時獲取結構的缺陷信息，進而評估其對結構安全性的影響[3]。

綜合應力測試和無損檢測的結果，可以全面了解起重機金屬結構的強度、穩定性及潛在缺陷的影響程度，能夠提供更全面、準確的信息，為結構的維護和管理提供科學依據。這種綜合評估有助于制定修復和維護計劃，減少結構失效風險，提高起重機的安全性和可靠性。

3 具體應用分析

3.1 缺陷檢測中的應用

應力測試結合無損檢測在起重機金屬結構缺陷檢測中的應用能夠有效發現和評估裂紋、腐蝕、疲勞裂紋、接頭和焊縫等缺陷，為及早采取維修和加固措施提供重要依據，以保證起重機的安全運行。

首先，應力測試和無損檢測技術可用于檢測起重機金屬結構中的裂紋，通過施加應力并使用適當的無損檢測方法可以探測到裂紋的尺寸和位置，從而判斷其對結構強度和安全性的影響。其次，應力測試結合無損檢測可用于檢測起重機金屬結構中的腐蝕情況。應力測試可揭示結構中的應力集中區域，而無損檢測技術如超聲波、電化學等能夠發現和評估腐蝕程度和擴展范圍，以確定結構的剩余強度和耐久性[4]。再次，應力測試結合無損檢測可用于檢測起重機金屬結構中的疲勞裂紋。通過施加應力并利用應變測量設備或聲發射技術，可以實時監測結構的應力變化和疲勞裂紋的擴展情況，從而預防疲勞失效。最后，應力測試結合無損檢測還可用于評估起重機金屬結構中接頭和焊縫的質量與完整性。通過檢測應力集中區域和使用無損檢測方法，可以發現可能存在的焊接缺陷或連接問題，以確保結構的安全性和可靠性。

3.2 強度評估中的應用

應力測試結合無損檢測在起重機金屬結構強度評估中的應用能夠準確測量材料厚度、評估材料強度及強度剩余值。評估結果對于保證起重機金屬結構的安全性和可靠性至關重要，并能夠為維修和加固工作提供指導和支持。

首先，通過應力測試和無損檢測方法可以準確測量起重機金屬結構的厚度，這對于評估結構的殘余強度和耐久性至關重要。其次，應力測試結合無損檢測技術可用于評估起重機金屬結構的強度。例如，通過使用應變測量設備和應力分析方法，可以獲取結構在工作負載下的應力分布情況，并進行強度計算和評估。最后，應力測試結合無損檢測可用于評估起重機金屬結構的強度剩余值。通過測量和分析結構中的應力分布和變形情況，可以確定結構在使用壽命內的剩余強度，并為維修和加固決策提供依據[5]。

3.3 疲勞監測中的應用

應力測試結合無損檢測在起重機金屬結構疲勞監測中的應用能夠實時測量應力變化、分析振動特性、監測疲勞裂紋以及建立數據分析和預警系統，有助于提前發現潛在的疲勞問題，采取適當的維修和維護措施，確保起重機金屬結構的安全運行，延長其使用壽命。

首先，通過應力測試技術可以實時測量起重機金屬結構中的應力變化，用于監測結構受到的外部負載或內部變化所引起的應力變化情況。其次，利用無損檢測技術可以監測和分析起重機金屬結構的振動特性。通過分析結構的振動頻率、幅值和模態形態等信息，可以評估結構的健康狀態和可能存在的疲勞問題。再次，應力測試結合無損檢測技術可用于監測起重機金屬結構中疲勞裂紋的擴展情況。通過使用應變測量設備、聲發射技術等，可以實時監測結構中疲勞裂紋的位置、長度和擴展速率，以預防潛在的疲勞失效。最后，應力測試和無損檢測數據可以結合使用，并借助數據分析和預警系統，實現對起重機金屬結構疲勞狀況的監測和預測。通過建立模型和算法，可以分析結構的歷史數據、趨勢及可能的疲勞累積情況，提供預警信息和維護措施。

3.4 結構完整性評估中的應用

應力測試結合無損檢測在起重機金屬結構完整性評估中的應用，能夠檢測缺陷、評估強度、進行負荷測試，并與監測和預警系統結合使用，為確保起重機金屬結構的完整性和安全性提供有效的評估和監控手段。應力測試結合無損檢測只是評估起重機金屬結構完整性的一種方法，綜合考慮其他因素如結構設計、使用環境等非常重要，以確保評估結果的準確性和可靠性。

實踐中，首先應進行應力測試，以獲取起重機金屬結構的應力分布情況。應力測試可以通過使用應變測量設備或其他適當的方法來實現，記錄結構在負荷作用下的應力變化。其次，根據應力測試結果選擇合適的無損檢測方法進行缺陷檢測。無損檢測技術能夠探測到結構中的裂紋、腐蝕、松動等缺陷，并提供關于缺陷大小、位置和影響程度的信息。最后，基于數據分析結果進行結構完整性和可靠性的評估，判斷結構是否符合相關標準和規范要求，并確定是否需要采取維修或加固措施[6]。

3.5 結構改進和加固設計中的應用

應力測試結合無損檢測在起重機金屬結構改進和加固設計中的應用有助于確定結構的弱點并提出優化方案，以提高結構的強度、穩定性和耐久性，減少結構故障和事故風險。結合應力測試和無損檢測技術，能夠確定起重機金屬結構中的潛在問題，包括缺陷、裂紋、腐蝕等。首先，根據應力測試和無損檢測結果進行起重機金屬結構的分析和優化，通過模擬和分析應力分布、變形情況及結構的承載能力，可以確定結構中需要改善的部位，并提出相應的優化措施。其次，優化起重機金屬結構的材料選擇和工藝，選擇更高強度和耐久性的材料，改進焊接和連接工藝，以提高結構的抗拉強度、抗疲勞性能和耐腐蝕能力。再次，根據起重機金屬結構的現狀問題制定加固設計方案，采用增加支撐結構、增強關鍵連接、加裝支持構件等措施，以提高結構的整體剛度和強度。最后，還需要應用無損檢測技術測量結構的應力分布和變形等參數，驗證改進和加固后的起重機金屬結構是否達到預期效果。

4 結語

應力測試結合無損檢測在起重機金屬結構安全評估中的應用，能夠全面評估起重機金屬結構的應力狀態和缺陷情況，及早發現潛在問題并制定相應的維修和加固方案，以提高結構的安全性和可靠性。隨著技術的不斷進步，應力測試和無損檢測方法越來越精確和可靠，結合人工智能和大數據分析等技術為起重機金屬結構安全評估提供更高水平的保障，并為未來的結構改進和設計提供有價值的參考和指導。