中國船級社實業(yè)公司 果新華 安立軍 石曉龍

現(xiàn)代門座起重機的鋼結(jié)構(gòu)多采用箱形梁結(jié)構(gòu)，由高強度鋼板焊制后而成桿件結(jié)構(gòu)，受力狀態(tài)危險部位鋼結(jié)構(gòu)通過鉸點傳遞各部位，比如象鼻梁、臂架、平衡梁、上轉(zhuǎn)柱、轉(zhuǎn)盤、圓筒、門架、和支腿、平衡梁臺車等。起重機械的金屬結(jié)構(gòu)最常見和最危險的缺陷之一是疲勞裂紋。據(jù)統(tǒng)計，每年因結(jié)構(gòu)疲勞的原因，大量產(chǎn)品在其有效壽命期內(nèi)報廢，由于疲勞失效而引起的惡性事故也時有發(fā)生。而在整個機械零部件的失效總數(shù)中，疲勞失效約占50%～90%。

由于受各種技術(shù)條件的制約，門座起重機在設(shè)計、材質(zhì)、加工成型以及在安裝過程中都存在一些缺陷。起重機機疲勞失效原因的分析結(jié)果、由于鋼材中存在的冶金缺陷、成分和組織不均勻以及各種加工缺陷(如焊接不良)為裂紋的產(chǎn)生進一步提供了疲勞源。在使用方面，門座起重機作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，起重機結(jié)構(gòu)除承受固定載荷、工作載荷之外，還經(jīng)常承受水平慣性載荷、沖擊載荷以及非經(jīng)常性作用的風(fēng)載荷等附加載荷的影響。主要構(gòu)件長期受到壓、彎、扭矩和剪切等載荷作用，承受不穩(wěn)定交變應(yīng)力，容易遭受疲勞破壞。

門座起重機經(jīng)常在條件惡劣的場合作業(yè)，門座起重機功能兼?zhèn)湟约皬?fù)雜的結(jié)構(gòu)，使門座起重司機操作難度增大。操作不當(dāng)和超載、斜吊、拽拉等違章作業(yè)，進一步加劇了構(gòu)件的疲勞損傷。門座起重機常見事故包括傾覆、臂架、大拉桿、破壞以及在轉(zhuǎn)移作業(yè)場地過程中發(fā)生流鉤事故等，其中由于疲勞失效引起折臂、傾覆的事故危害性很大。在復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境中，主要受力構(gòu)件發(fā)生突然斷裂是致命的，往往造成機毀人亡的慘痛悲劇。

門座起重機12#（D3065K10型）現(xiàn)場檢驗和測量

金屬構(gòu)件發(fā)生疲勞失效總是起源于微裂紋處。近代斷裂力學(xué)理論認為：微裂紋源是由于位錯運動引起的。疲勞失效過程大致可分為成核、微觀裂紋擴展、宏觀裂紋擴展及斷裂等4個階段。裂紋始于材料局部高應(yīng)變區(qū)，當(dāng)峰值應(yīng)力超過才料的屈服強度時，在晶粒和晶面之間發(fā)生位錯牛產(chǎn)生滑移，位錯逐漸聚集形成微裂紋，微裂紋不斷集結(jié)、貫通成為宏觀裂紋，進而在交變應(yīng)力作用下繼續(xù)擴展，致使材料的有效承載面積不斷縮小，最終導(dǎo)致突然斷裂，即所謂的低應(yīng)力破壞。由于構(gòu)件事先并不會呈現(xiàn)明顯的塑性變形預(yù)兆塑性好的材料亦會如此)，即使是處于正常的工況條件之下，構(gòu)件也會在工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力的情況下發(fā)生瞬時斷裂。

實踐證明，雖然裂紋不一定立即導(dǎo)致斷裂，但如果發(fā)現(xiàn)裂紋不及時修復(fù)，設(shè)備長期帶“傷”運行，早期形成的微小裂紋，尤其是過渡性及危險性裂紋，往往會導(dǎo)致很嚴重的后果。因此，對裂紋類危險性缺陷，需要盡早發(fā)現(xiàn)，盡早處理。在各種無損檢測方法中，磁粉探傷(MT)對于鐵磁性材料表面和近表面缺陷具有非常高的檢測靈敏度，能非常直觀地顯示缺陷的位置、形狀、大小和嚴重程度，并且檢測方便，工藝簡單，成本低，污染輕，可以發(fā)現(xiàn)裂紋、夾雜、發(fā)紋、白點、折疊、冷隔和疏松等多種缺陷，是一種行之有效的檢測方法。采用便攜式探傷儀還特別適合在現(xiàn)場和高空等特殊環(huán)境下作業(yè)。

表1 檢測信息一覽表

表2 檢測條件一覽表

探傷后的裂紋已除銹

對于在役設(shè)備而言，磁粉探傷的主要目的是以發(fā)現(xiàn)材料表面和內(nèi)部缺陷，對因疲勞、應(yīng)力、腐蝕以及設(shè)備本身的內(nèi)部缺陷等多種應(yīng)力作用下導(dǎo)致尖端開裂而產(chǎn)生的裂紋等危險性缺陷作為檢測的主要對象。

根據(jù)實例分析（S3065K12門座起重機磁粉探傷），門座起重機作為起重機常見的一種機型，我門對機器進行有限元分析，通過分析找出應(yīng)力集中點有針對性的實施磁粉探傷。經(jīng)過臂架、門架結(jié)構(gòu)進行的磁粉探傷結(jié)果顯示：在起重機臂架圓管桁架主梁對接焊縫有兩處開焊，門架端梁左右兩側(cè)母材側(cè)面上各有兩條長約45mm的裂紋，方向垂直于受力方向，形狀粗細不均，磁痕顯示清晰，經(jīng)分析應(yīng)為疲勞裂紋。此裂紋的發(fā)現(xiàn)為設(shè)備的使用和維修提供了重要的技術(shù)依據(jù)得到廠方的首肯。檢測相關(guān)信息見表1，檢測條件見表2)。

門腿結(jié)構(gòu)探傷局部放大144倍能看到裂紋

大臂鉸點探傷有裂紋

旋轉(zhuǎn)磁場探傷儀利用交叉磁軛在構(gòu)件表面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使被探表面上任意方向的缺陷都有與有效磁場最大幅值正交的機會，可得到最大限度的缺陷漏磁場。這是交叉磁軛法的獨特之處，用這種方法檢測表面缺陷通常能取得較滿意的效果。

在探傷前，應(yīng)準確了解構(gòu)件的材質(zhì)，壁厚，分析構(gòu)件在使用中的受力狀態(tài)、應(yīng)力集中部位、容易開裂的位置以及預(yù)測裂紋走向等。裂紋通常出現(xiàn)在應(yīng)力集中處，在很多情況下，只需要有針對性地進行局部探傷檢查，很適用于許多大型設(shè)備中不可拆卸的組合件。如果構(gòu)件中有視力不能到達的部位，可以使用高倍照相機成像然后計算機配合檢驗。

由于磁粉探傷是用于檢測表面和近表面缺陷的，構(gòu)件的表面狀態(tài)對于磁粉探傷的操作和檢測靈敏度都具有很大的影響。在探傷之前，應(yīng)仔細地清除構(gòu)件表面存在的油污、鐵銹、毛刺、氧化皮和沙粒等物。為提高缺陷磁痕與構(gòu)件表面顏色的對比度，可在檢測表面涂敷一層反差增強劑，干燥后再進行磁化，實際使用效果更好。探傷后要及時觀察裂紋的形態(tài)，記錄磁痕形態(tài)。

應(yīng)該指出： (1)使用交叉磁軛法時應(yīng)采用連續(xù)式探傷。從磁場分布情況來看，磁極所在平面不同部位磁場強度大小和方向差別很大，如采用步進式探傷將會對某些方向的缺陷造成漏檢，這一點應(yīng)予以重視。(2)磁軛間隙對探傷效果影響很明顯，在保證能行走的情況下磁軛間隙應(yīng)越小越好，最大也不宜超過1.5mm。(3)磁軛行走速度不能太快，應(yīng)控制在4m/min之內(nèi)。(4)磁懸液的噴灑要根據(jù)交叉磁軛的移動速度和探傷部位的空間位置等來調(diào)整手法。(5)通過探傷部位后應(yīng)盡快觀察辨認磁痕，以免磁痕顯示被破壞。

盡管采用交叉磁軛法對探傷人員的操作要求較高，但只要探傷人員嚴格執(zhí)行了正確的工藝操作，并不會造成缺陷的漏檢。這種多向磁化技術(shù)通過一次磁化可以很方便地檢測出探傷表面所有方向的缺陷，檢測效率非常高，現(xiàn)已被國內(nèi)無損檢測行業(yè)廣泛地采用。

應(yīng)用無損檢測技術(shù)，結(jié)合門座起重機使用狀況、根據(jù)有限元分析斷裂力學(xué)和損傷容限設(shè)計等安全評估技術(shù)，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的缺陷并及時進行安全評估以防患于未然，減少事故的發(fā)生。隨著未來檢測技術(shù)的日臻完善，磁粉探傷(MT)、無損檢測技術(shù)在門座起重機及其它起重設(shè)備的安全監(jiān)督檢驗工作中將具有十分廣泛的應(yīng)用前景。