應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估中的應(yīng)用

朱廣超

（滁州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，滁州 239000）

為了確保起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中能夠承受設(shè)計(jì)負(fù)荷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)潛在的結(jié)構(gòu)缺陷，需要結(jié)合運(yùn)用應(yīng)力測(cè)試與無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。應(yīng)力測(cè)試通過(guò)施加負(fù)荷并測(cè)量變形，可以評(píng)估金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，從而確定其安全性。無(wú)損檢測(cè)利用聲波、磁場(chǎng)、射線等非破壞性方法對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，以發(fā)現(xiàn)隱藏的缺陷如裂紋、腐蝕等。結(jié)合應(yīng)力測(cè)試和無(wú)損檢測(cè)，可以全面評(píng)估起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的安全性，預(yù)防事故發(fā)生，提高起重機(jī)的運(yùn)行可靠性和安全性。

1 應(yīng)力測(cè)試與無(wú)損檢測(cè)概述

1.1 應(yīng)力測(cè)試

應(yīng)力測(cè)試在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估中的應(yīng)用，就是在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)上施加靜態(tài)或動(dòng)態(tài)負(fù)荷，模擬實(shí)際工作條件下的受力情況，包括推拉、扭轉(zhuǎn)、彎曲等多種荷載類型。同時(shí)，使用合適的傳感器或設(shè)備測(cè)量金屬結(jié)構(gòu)在負(fù)荷作用下發(fā)生的變形，常見(jiàn)變形測(cè)量工具包括應(yīng)變計(jì)、位移傳感器和壓力傳感器等。將獲得的變形數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較和分析，根據(jù)規(guī)范中規(guī)定的安全系數(shù)和極限變形限制，評(píng)估金屬結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性[1]。工作人員根據(jù)應(yīng)力測(cè)試的結(jié)果，進(jìn)一步判斷金屬結(jié)構(gòu)是否滿足安全要求。如果變形值超過(guò)允許范圍或安全系數(shù)低于要求，可能存在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足或剛度不夠的問(wèn)題，需要采取相應(yīng)的修復(fù)或加固措施。

目前，常用于起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)力測(cè)試方法主要有光測(cè)法、射線法和電測(cè)法等。光測(cè)法通過(guò)在金屬結(jié)構(gòu)表面粘貼光柵片，利用光柵的形變來(lái)測(cè)量結(jié)構(gòu)的變形，它具有高精度和非接觸的特點(diǎn)，適用于小范圍的變形測(cè)量。射線法使用射線照射金屬結(jié)構(gòu)，并通過(guò)測(cè)量射線在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的散射情況來(lái)推斷應(yīng)力分布和變形情況。射線法可以檢測(cè)大范圍的變形和應(yīng)力，但是需要采用專業(yè)設(shè)備和合適的防護(hù)措施。電測(cè)法是在金屬結(jié)構(gòu)表面粘貼電阻應(yīng)變片，利用電橋等電測(cè)設(shè)備測(cè)量電阻應(yīng)變片上的電阻變化，從而得到結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力信息。電測(cè)法具有較高的靈敏度和實(shí)時(shí)性，廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域。

1.2 無(wú)損檢測(cè)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種非破壞性的測(cè)試方法，用于評(píng)估材料和結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和表面缺陷，而無(wú)須進(jìn)行破壞性的物理改變。無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中，通常會(huì)使用合適的探頭或傳感器將能量輸入被測(cè)材料，然后檢測(cè)相應(yīng)的信號(hào)響應(yīng)，這些信號(hào)可以是聲波、電磁波、熱量和電流等形式。不同的檢測(cè)方法接收到的信號(hào)可能會(huì)發(fā)生變化，這些變化與材料的缺陷或性質(zhì)有關(guān)。通過(guò)分析和解釋檢測(cè)到的信號(hào)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以確定材料中的缺陷類型、位置、大小和嚴(yán)重程度，檢測(cè)結(jié)果可用于評(píng)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(yīng)的維修、替換或加固方案[2]。

無(wú)損檢測(cè)在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估中的應(yīng)用，通常采用超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、射線檢測(cè)等非破壞性方法。超聲波檢測(cè)是通過(guò)發(fā)送和接收超聲波信號(hào)來(lái)探測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷，當(dāng)超聲波遇到缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生反射或散射，從而可以確定缺陷的位置、大小和形態(tài)。磁粉檢測(cè)是利用磁場(chǎng)的作用將可視化磁粉顆粒應(yīng)用于金屬表面，在施加磁場(chǎng)的情況下觀察顆粒的排列情況。當(dāng)存在裂紋或疲勞斷口等缺陷時(shí)，磁粉顆粒會(huì)被吸引并形成可見(jiàn)的磁粉痕跡，從而識(shí)別缺陷的位置和形態(tài)。射線檢測(cè)是使用X 射線或γ 射線照射金屬結(jié)構(gòu)，并通過(guò)檢測(cè)透射射線的吸收情況來(lái)確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷。當(dāng)射線遇到缺陷時(shí)，會(huì)被吸收或散射，形成陰影或缺陷圖像。

這些無(wú)損檢測(cè)技術(shù)各有特點(diǎn)，在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估中可以互補(bǔ)應(yīng)用，以全面發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的缺陷并評(píng)估其安全性。根據(jù)具體情況選擇適合的技術(shù)或組合多種技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，以確保起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的可靠運(yùn)行和安全使用。

2 應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估中應(yīng)用的必要性

應(yīng)力測(cè)試可以測(cè)量金屬結(jié)構(gòu)所受的內(nèi)部和外部應(yīng)力分布情況。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用中可能會(huì)遭受各種載荷和工作環(huán)境的影響，導(dǎo)致應(yīng)力集中、變形或裂紋等問(wèn)題。通過(guò)應(yīng)力測(cè)試，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，并采取相應(yīng)的修復(fù)和加固措施，確保結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。然而，應(yīng)力測(cè)試僅能提供結(jié)構(gòu)應(yīng)力情況的局部信息，對(duì)于隱藏在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷難以直接觀測(cè)。而無(wú)損檢測(cè)能夠探測(cè)金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)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(guò)無(wú)損檢測(cè)，可以實(shí)時(shí)獲取結(jié)構(gòu)的缺陷信息，進(jìn)而評(píng)估其對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的影響[3]。

綜合應(yīng)力測(cè)試和無(wú)損檢測(cè)的結(jié)果，可以全面了解起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及潛在缺陷的影響程度，能夠提供更全面、準(zhǔn)確的信息，為結(jié)構(gòu)的維護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。這種綜合評(píng)估有助于制定修復(fù)和維護(hù)計(jì)劃，減少結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險(xiǎn)，提高起重機(jī)的安全性和可靠性。

3 具體應(yīng)用分析

3.1 缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用能夠有效發(fā)現(xiàn)和評(píng)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(jù)，以保證起重機(jī)的安全運(yùn)行。

首先，應(yīng)力測(cè)試和無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可用于檢測(cè)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的裂紋，通過(guò)施加應(yīng)力并使用適當(dāng)?shù)臒o(wú)損檢測(cè)方法可以探測(cè)到裂紋的尺寸和位置，從而判斷其對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全性的影響。其次，應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)可用于檢測(cè)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的腐蝕情況。應(yīng)力測(cè)試可揭示結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中區(qū)域，而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)如超聲波、電化學(xué)等能夠發(fā)現(xiàn)和評(píng)估腐蝕程度和擴(kuò)展范圍，以確定結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度和耐久性[4]。再次，應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)可用于檢測(cè)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的疲勞裂紋。通過(guò)施加應(yīng)力并利用應(yīng)變測(cè)量設(shè)備或聲發(fā)射技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化和疲勞裂紋的擴(kuò)展情況，從而預(yù)防疲勞失效。最后，應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)還可用于評(píng)估起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中接頭和焊縫的質(zhì)量與完整性。通過(guò)檢測(cè)應(yīng)力集中區(qū)域和使用無(wú)損檢測(cè)方法，可以發(fā)現(xiàn)可能存在的焊接缺陷或連接問(wèn)題，以確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

3.2 強(qiáng)度評(píng)估中的應(yīng)用

應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估中的應(yīng)用能夠準(zhǔn)確測(cè)量材料厚度、評(píng)估材料強(qiáng)度及強(qiáng)度剩余值。評(píng)估結(jié)果對(duì)于保證起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性至關(guān)重要，并能夠?yàn)榫S修和加固工作提供指導(dǎo)和支持。

首先，通過(guò)應(yīng)力測(cè)試和無(wú)損檢測(cè)方法可以準(zhǔn)確測(cè)量起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的厚度，這對(duì)于評(píng)估結(jié)構(gòu)的殘余強(qiáng)度和耐久性至關(guān)重要。其次，應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可用于評(píng)估起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。例如，通過(guò)使用應(yīng)變測(cè)量設(shè)備和應(yīng)力分析方法，可以獲取結(jié)構(gòu)在工作負(fù)載下的應(yīng)力分布情況，并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和評(píng)估。最后，應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)可用于評(píng)估起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剩余值。通過(guò)測(cè)量和分析結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力分布和變形情況，可以確定結(jié)構(gòu)在使用壽命內(nèi)的剩余強(qiáng)度，并為維修和加固決策提供依據(jù)[5]。

3.3 疲勞監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)疲勞監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量應(yīng)力變化、分析振動(dòng)特性、監(jiān)測(cè)疲勞裂紋以及建立數(shù)據(jù)分析和預(yù)警系統(tǒng)，有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在的疲勞問(wèn)題，采取適當(dāng)?shù)木S修和維護(hù)措施，確保起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)其使用壽命。

首先，通過(guò)應(yīng)力測(cè)試技術(shù)可以實(shí)時(shí)測(cè)量起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力變化，用于監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)受到的外部負(fù)載或內(nèi)部變化所引起的應(yīng)力變化情況。其次，利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以監(jiān)測(cè)和分析起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性。通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率、幅值和模態(tài)形態(tài)等信息，可以評(píng)估結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)和可能存在的疲勞問(wèn)題。再次，應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可用于監(jiān)測(cè)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中疲勞裂紋的擴(kuò)展情況。通過(guò)使用應(yīng)變測(cè)量設(shè)備、聲發(fā)射技術(shù)等，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)中疲勞裂紋的位置、長(zhǎng)度和擴(kuò)展速率，以預(yù)防潛在的疲勞失效。最后，應(yīng)力測(cè)試和無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)可以結(jié)合使用，并借助數(shù)據(jù)分析和預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)疲勞狀況的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。通過(guò)建立模型和算法，可以分析結(jié)構(gòu)的歷史數(shù)據(jù)、趨勢(shì)及可能的疲勞累積情況，提供預(yù)警信息和維護(hù)措施。

3.4 結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估中的應(yīng)用

應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估中的應(yīng)用，能夠檢測(cè)缺陷、評(píng)估強(qiáng)度、進(jìn)行負(fù)荷測(cè)試，并與監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)結(jié)合使用，為確保起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的完整性和安全性提供有效的評(píng)估和監(jiān)控手段。應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)只是評(píng)估起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)完整性的一種方法，綜合考慮其他因素如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用環(huán)境等非常重要，以確保評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

實(shí)踐中，首先應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，以獲取起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況。應(yīng)力測(cè)試可以通過(guò)使用應(yīng)變測(cè)量設(shè)備或其他適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)實(shí)現(xiàn)，記錄結(jié)構(gòu)在負(fù)荷作用下的應(yīng)力變化。其次，根據(jù)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果選擇合適的無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行缺陷檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠探測(cè)到結(jié)構(gòu)中的裂紋、腐蝕、松動(dòng)等缺陷，并提供關(guān)于缺陷大小、位置和影響程度的信息。最后，基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)完整性和可靠性的評(píng)估，判斷結(jié)構(gòu)是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，并確定是否需要采取維修或加固措施[6]。

3.5 結(jié)構(gòu)改進(jìn)和加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)改進(jìn)和加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有助于確定結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)并提出優(yōu)化方案，以提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性，減少結(jié)構(gòu)故障和事故風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合應(yīng)力測(cè)試和無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，能夠確定起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的潛在問(wèn)題，包括缺陷、裂紋、腐蝕等。首先，根據(jù)應(yīng)力測(cè)試和無(wú)損檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的分析和優(yōu)化，通過(guò)模擬和分析應(yīng)力分布、變形情況及結(jié)構(gòu)的承載能力，可以確定結(jié)構(gòu)中需要改善的部位，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施。其次，優(yōu)化起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的材料選擇和工藝，選擇更高強(qiáng)度和耐久性的材料，改進(jìn)焊接和連接工藝，以提高結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度、抗疲勞性能和耐腐蝕能力。再次，根據(jù)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀問(wèn)題制定加固設(shè)計(jì)方案，采用增加支撐結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)關(guān)鍵連接、加裝支持構(gòu)件等措施，以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度和強(qiáng)度。最后，還需要應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)測(cè)量結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和變形等參數(shù)，驗(yàn)證改進(jìn)和加固后的起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)是否達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)力測(cè)試結(jié)合無(wú)損檢測(cè)在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估中的應(yīng)用，能夠全面評(píng)估起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)和缺陷情況，及早發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并制定相應(yīng)的維修和加固方案，以提高結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，應(yīng)力測(cè)試和無(wú)損檢測(cè)方法越來(lái)越精確和可靠，結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)為起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估提供更高水平的保障，并為未來(lái)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考和指導(dǎo)。