聲發(fā)射技術(shù)在起重機(jī)檢測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

朱承龍

摘 要：對(duì)聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，歸納了國(guó)內(nèi)外聲發(fā)射技術(shù)在起重機(jī)械檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)相應(yīng)的國(guó)內(nèi)外聲發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了簡(jiǎn)介，探討分析了聲發(fā)射技術(shù)在起重機(jī)械檢測(cè)中存在的問(wèn)題和難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)械；聲發(fā)射技術(shù)；檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展起重機(jī)被廣泛用于物流運(yùn)輸、冶金、電力、機(jī)械制造、建筑建設(shè)等行業(yè)。起重機(jī)工作環(huán)境通常較為惡劣，使用過(guò)程中多受交變荷載的長(zhǎng)期作用，其內(nèi)部焊縫缺陷、疲勞裂紋、銹蝕等易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)折斷，交變荷載、摩擦磨損、疲勞也易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件變形、斷裂等災(zāi)難性事故[1]。事故一旦發(fā)生在作業(yè)過(guò)程中，就可能引起人員傷亡，因此必須加強(qiáng)對(duì)起重機(jī)的安全檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。聲發(fā)射（Acoustic Emission，簡(jiǎn)稱AE）作為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的一種新型檢測(cè)技術(shù)，有著動(dòng)態(tài)、連續(xù)和實(shí)時(shí)等特點(diǎn)，非常適合用來(lái)探測(cè)早期的裂縫產(chǎn)生和擴(kuò)展過(guò)程。為此國(guó)家重點(diǎn)高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863 計(jì)劃）項(xiàng)目中明確提出應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)起重機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的實(shí)際情況進(jìn)行損傷檢測(cè)與故障預(yù)報(bào)。

2 聲發(fā)射技術(shù)概述

材料中局域源快速釋放能量產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的物理現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。聲發(fā)射又稱為應(yīng)力波發(fā)射，是材料受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應(yīng)力應(yīng)變能的現(xiàn)象，大多數(shù)材料，變形和斷裂時(shí)都有聲發(fā)射發(fā)生[2]。

現(xiàn)今人們獲取聲發(fā)射源信息的唯一有效途徑是通過(guò)傳感器接收聲發(fā)射源發(fā)出的原始信號(hào)，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)中常用的信號(hào)處理技術(shù)是參數(shù)分析方法和波形分析方法。參數(shù)分析方法通過(guò)分析聲發(fā)射信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)來(lái)獲取聲發(fā)射源的相關(guān)信息，如：能量、振鈴計(jì)數(shù)、幅度、上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間等，常用聲發(fā)射參數(shù)的定義如圖1所示。

與其他起重機(jī)常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比：聲發(fā)射技術(shù)被動(dòng)接收來(lái)自材料缺陷自身產(chǎn)生的信號(hào)，而不檢測(cè)非擴(kuò)展的無(wú)危害缺陷，同時(shí)可以通過(guò)時(shí)差等進(jìn)行定位；聲發(fā)射技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸不敏感，對(duì)大型結(jié)構(gòu)能進(jìn)行大面積、整體性檢測(cè)，在一次試驗(yàn)中能夠整體探測(cè)和評(píng)價(jià)整個(gè)結(jié)構(gòu)中活性缺陷的狀態(tài)，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的大型起重機(jī)械，能夠獲得更多的結(jié)構(gòu)信息，有利于完整性評(píng)價(jià)；聲發(fā)射技術(shù)能夠在線檢測(cè)、監(jiān)測(cè)活性缺陷，對(duì)于受力情況復(fù)雜的起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)，其檢測(cè)結(jié)果效果更好、更真實(shí)。因此，聲發(fā)射技術(shù)可以彌補(bǔ)常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法的不足，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的整體檢測(cè)、監(jiān)測(cè)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義。

3聲發(fā)射技術(shù)在起重機(jī)檢測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1應(yīng)用研究現(xiàn)狀

聲發(fā)射技術(shù)已在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但在起重機(jī)械領(lǐng)域的研究還不成熟，目前主要圍繞金屬結(jié)構(gòu)、軸承、變速箱和鋼絲繩等開(kāi)展。

在國(guó)外，Carlyle等最先采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)50t港口門(mén)座式起重機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，之后Gordon等采用聲發(fā)射線性定位方法對(duì)航母上的橋式起重機(jī)的主梁載荷試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并對(duì)聲發(fā)射源的強(qiáng)度進(jìn)行了分析；加拿大的Kova工程有限公司開(kāi)展了玻璃纖維起重機(jī)組件的聲發(fā)射檢測(cè)業(yè)務(wù)；美國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)公司開(kāi)發(fā)了起重機(jī)設(shè)備聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)起重設(shè)備施加機(jī)械荷載中腐蝕、裂紋聲發(fā)射特征分析對(duì)設(shè)備安全性進(jìn)行了安全評(píng)估。

國(guó)內(nèi)采用聲發(fā)射技術(shù)在起重機(jī)檢測(cè)的研究文獻(xiàn)還較少，仍處在探索階段。駱紅云對(duì)裝船機(jī)的主梁部件進(jìn)行了聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，并對(duì)其聲發(fā)射源的危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行了劃分[3]。吳占穩(wěn)對(duì)起重機(jī)聲發(fā)射源進(jìn)行了識(shí)別分析，建立了聲發(fā)射源同常見(jiàn)聲發(fā)射源的對(duì)應(yīng)關(guān)系[2]。田建軍等對(duì)汽車起重機(jī)起吊過(guò)程進(jìn)行了聲發(fā)射檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射源常用參數(shù)如活性、強(qiáng)度等與裂紋擴(kuò)展、殘余應(yīng)力釋放和機(jī)械摩擦等有一定的聯(lián)系[4]。三峽大學(xué)的李力對(duì)起重主梁進(jìn)行了聲發(fā)射檢測(cè)，定量分析了裂紋缺陷活度和強(qiáng)度與聲發(fā)射參數(shù)的關(guān)系[5]。武漢理工大學(xué)的劉志平等探討了主梁箱型結(jié)構(gòu)下焊接裂紋聲發(fā)射源定位方法，提出了平面定位與線性定位相結(jié)合的方法[6]。近期，沈功田和吳占穩(wěn)等在編寫(xiě)橋式和門(mén)式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)定方法前對(duì)橋式和門(mén)式起重機(jī)進(jìn)行了聲發(fā)射源特征研究，研究表明橋式和門(mén)式起重機(jī)聲發(fā)射源主要來(lái)源于裂紋 塑性變形 結(jié)構(gòu)摩擦機(jī)車噪聲，可以通過(guò)聲發(fā)射采用線性定位方法有效確定聲發(fā)射源位置，且聲發(fā)射信號(hào)特征參數(shù)可對(duì)各聲發(fā)射源進(jìn)行表征[7]。

3.2相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

聲發(fā)射檢測(cè)在起重機(jī)械行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)主要是美國(guó)ASTM的F914-2003《不帶附加載荷調(diào)節(jié)裝置的高空載人吊車聲發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法》和F1430-2003《帶附加載荷調(diào)節(jié)裝置的高空載人吊車聲發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法》等。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了傳感器布置、載荷施加方式、聲發(fā)射參數(shù)選定及結(jié)果判定方法等。

在國(guó)內(nèi)，隨著聲發(fā)射技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，聲發(fā)射檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷更新完善。從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T8283-1995 《檢測(cè)儀性能測(cè)試方法》 到QJ2914-1996《復(fù)合材料構(gòu)件檢測(cè)方法》，標(biāo)準(zhǔn)中只是將聲發(fā)射作為一種參考的方法，在標(biāo)準(zhǔn)GB/T18182-2000《金屬壓力容器檢測(cè)方法》和GB/T12604.4-2005《聲發(fā)射檢測(cè)術(shù)語(yǔ)》中，聲發(fā)射逐漸成熟成為檢測(cè)的一種常規(guī)手段。在2016年2月24日GB/T32544-2016《橋式與門(mén)式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)定方法》正式發(fā)布，于2016年9月1日正式實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)中主要根據(jù)聲發(fā)射源的事件數(shù)分為4個(gè)活性等級(jí)，利用聲發(fā)射源源區(qū)前5個(gè)最大的能量、幅度或計(jì)數(shù)參數(shù)的平均值將其強(qiáng)度等級(jí)劃分為3級(jí)，進(jìn)而根據(jù)聲發(fā)射源的強(qiáng)度和活性等級(jí)對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行綜合等級(jí)評(píng)定，確定缺陷嚴(yán)重程度。

3.3聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用存在的主要問(wèn)題及難點(diǎn)

聲發(fā)射在起重機(jī)械檢測(cè)中得到了一定的發(fā)展且形成了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，但聲發(fā)射在起重機(jī)械的檢測(cè)中所占比例仍較低。一方面是目前還有形成統(tǒng)一完整的起重機(jī)聲發(fā)射檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，研究手段和方法差別較大，可重復(fù)性差；另一方面聲發(fā)射檢測(cè)在起重機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)容易受環(huán)境噪聲和電氣噪聲等干擾，聲發(fā)射源的定位很難精準(zhǔn)。再者就是聲發(fā)射源評(píng)定缺乏定量方法并且聲發(fā)射技術(shù)對(duì)儀器和人員要求較高，這些都限制了聲發(fā)射技術(shù)再起重機(jī)檢測(cè)中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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