起重機(jī)械常用材料組成及安全檢驗

陳守東

起重機(jī)械是現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的特種設(shè)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(shè)備；且起重市場的專業(yè)分工化，也導(dǎo)致起重機(jī)械質(zhì)量良莠不齊，所以有必要對起重機(jī)械的常用材料及相關(guān)的檢驗檢測手段進(jìn)行比較充分的了解。

一、起重機(jī)常用材料組成

1、起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的常用材料

起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的材料主要是鋼材，選擇鋼材時主要考慮結(jié)構(gòu)的類型和重要性、載荷的性質(zhì)、連接方法、結(jié)構(gòu)的工作溫度、結(jié)構(gòu)的受力性質(zhì)等方面。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的主要承載構(gòu)件規(guī)定采用Q235B、Q235C、Q235D（鎮(zhèn)靜鋼），對于一般起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件，當(dāng)設(shè)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(jī)金屬結(jié)構(gòu)，宜采用平爐鎮(zhèn)靜鋼Q235C或特殊鎮(zhèn)靜鋼Q235D，需要減輕結(jié)構(gòu)自重時，可采用16Mn或15MnTi。

2、起重機(jī)主要零部件的常用材料

中小起重量起重機(jī)的吊鉤是鍛造的，大起重量起重機(jī)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(jī)的吊鉤也有采用鍛造的。鍛造吊鉤材料應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)化使鋼絲達(dá)到很高的強(qiáng)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(jī)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(jì)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(qiáng)度不低于HT200的灰鑄鐵，重要卷筒可以采用高強(qiáng)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(xì)密的鑄鐵制造，制動臂可用鑄鋼或鋼板制造。

3、金屬結(jié)構(gòu)的聯(lián)接

金屬結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)螺栓分8.8級和10.9級兩類，8.8級高強(qiáng)螺栓常用材料為經(jīng)過熱處理的40B、45或35鋼，10.9級高強(qiáng)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(xué)性能不低于45號鋼的材料，調(diào)質(zhì)后硬度一般應(yīng)為HB200~280,配合面的表面粗糙度Ra應(yīng)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(xué)成份分析、機(jī)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(jìn)行材料硬度或強(qiáng)度測試和宏觀檢驗，必要時進(jìn)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(xué)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(zhǔn)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(dāng)?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(biāo)準(zhǔn)溶液（已知濃度的溶液）與金屬中被測元素完全反應(yīng)，然后根據(jù)所消耗標(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(xué)元素光譜表對照，做出分析?；鸹ㄨb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(xué)成份（組成元素）及大致含量的一種方法。

機(jī)械性能試驗包括強(qiáng)度、硬度、彈性、韌性和疲勞強(qiáng)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(dǎo)電性、磁性、熱膨脹性等。

2、無損檢測

起重機(jī)械的所有部件均不允許裂紋及損傷，各機(jī)構(gòu)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(yán)格規(guī)定，某些部件內(nèi)部缺陷的當(dāng)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(jī)械及零部件的技術(shù)規(guī)范，必須根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)要求，針對不同的檢測對象采用適當(dāng)?shù)臒o損檢測方法和檢測工藝。

起重機(jī)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(yīng)力應(yīng)變測試和振動測試，主要在安裝和定期檢測中應(yīng)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(yīng)力應(yīng)變測試和振動測試主要應(yīng)用在應(yīng)力和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)用于起重機(jī)械制造安裝過程對對接焊縫的檢測，在用設(shè)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(jìn)行檢測，在起重機(jī)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(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(dāng)，適合對起重機(jī)械進(jìn)行快速裂紋掃查。鋼絲繩檢測一般漏磁方法檢測，可進(jìn)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(jié)語

起重機(jī)械是現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的特種設(shè)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(jìn)的檢測手段是保證起重機(jī)械安全運行的基礎(chǔ)，以上介紹了一些關(guān)于起重機(jī)械常用材料類型和檢測手段，希望在起重機(jī)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(jī)械相關(guān)的無損檢測，從而在一定意義上保障設(shè)備的安全運行。

（編輯/陳志華）