门座式起重机 图片来源：网络
上世纪八、九十年代，我国工业迅猛发展，起重机械得到了广泛采用。而今，这批老旧起重机的安全性能已经让人堪忧。由于起重机械吊装货物的质量及体积都特别大，如何确保其安全稳定运行极为重要，起重机械的安全评估成为当今面临的一个重要课题。
以10吨使用15-20年的门座式起重机的故障发生率调查数据为例：45%来自于裂纹，22%来自焊缝缺陷，17%来自锈蚀，16%来自于局部变形。
无损检测技术能有效地检测出焊缝中裂纹、气孔等缺陷，并给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息；具有非破坏性、全面性、全程性等特征，越来越广泛地应用于起重机的检验及安全检测中。
四川省特种设备检验研究院的谢方等研究人员根据无损检测的原理及应用，以一台在用门式起重机为例，利用有限元方法分析了门式起重机的无损检测方法，以期在其它起重机中得以推广和应用。
门座式起重机 图片来源：网络
1 主梁的检测
主梁在长期的使用过程中受无数次重复交变负荷、压力等载荷作用，使得金属疲劳破坏会导致各种缺陷，同时，受氧化、腐蚀、环境等因素影响，将会降低其使用安全性。对主梁的活动性缺陷进行检测评估，是避免安全事故发生的最为重要的措施和手段。
（1）应力分析
利用有限元方法建立几何模型，进行单元剖分。按照不同工况，计算各点的应力值，并从中找出各工况下应力差值较大的区域，作为疲劳裂纹的重点检测点区域。
如一台通用门式起重机在满载36吨时，根据小车位于跨中及有效悬臂处位置时，计算其应力分布，找到其受力的关键点，也是其下挠最大处，这些部位经常发生大幅的弹性形变及承受最大应力，是疲劳裂纹容易产生的区域。一般为主梁跨中、支腿与下横梁连接处、支腿与主梁连接处，悬臂主梁根部，加固处等。
（2）检测方法-静态、动态
静态检测手段主要为射线或超声检测，这两种检测手段都是对现有缺陷进行检测, 不能发现和评价缺陷在起重机受载过程中的扩展和严重性。
动态检测手段为声发射检测，这种检测手段能够实时发现起重机梁内部缺陷的萌生和扩展, 并采集到缺陷信号的特征参数；对被检件的表面要求也不高。
经对比研究后确定运用声发射动态技术对主梁及主支撑腿进行整体检测评价。
声发射检测技术运用到起重机梁的检测中,也是一种对起重机梁安全评价方法的研究,该研究需对起重机臂梁进行受力分析、明确焊缝状况和确定检测方案, 以确保研究的系统性。
根据应力分布图确定声发射传感器的贴片位置和重点监测区域，如图1所示。
图1 声发射传感器位置布置示意图
（3）试验数据分析
考虑结构对称性，对单侧梁及支架上的传感器进行编号，进行数据监测。
试验数据表明：所检测的起重机主梁存在正常的应力弹性变形，未发现裂纹缺陷或裂纹扩展。由日常检测经验得知，第一次加载产生的声发射信号数量占整个实验过程中的90%以上，所以第一次加载产生的声发射定位源信号是检测裂纹的重要信号；表面裂纹在较低载荷下可以产生声发射信号和定位源；裂纹在加载、保载中裂开，在卸载时闭合，这些过程均产生声发射定位源信号。说明声发射检测不必重复多次加载，不必进行重载，检测方法方便、快捷、准确。
2 焊缝的检测
起重机上有大量焊接件，而焊缝缺陷是构件断裂的主要原因，因此对焊缝质量的检测和状态的监视就成为产品质量和安全生产的必要保障。
起重机焊缝的检测分为离线检测和在线检测。
离线检测是指构件焊接后起重机在出厂前或在非工作状态下对焊缝的质量检测。离线检测是产品质量的必要保证。
在线检测是指起重机在服役期间工作时对焊缝的质量检测和监视，是安全生产的必要保障。
门式起重机钢结构的主要破坏形式为疲劳破坏。检测的重点放在最可能产生疲劳裂纹部位。可对钢结构的重点部位和关键焊缝进行分类，重点进行检查：例如偏轨箱形主梁在跨中的焊缝、主腹板与下翼缘板之间的焊缝、支腿坐板与支腿之间的焊缝等。
由于在用起重机受使用环境影响，对焊缝检测方法也提出了更高的要求，只能因地制宜，选用合适的方法。渗透检测受油漆与电镀影响需要对表面进行打磨，只能检测表面检测缺陷。磁粉检测也只能检测表面缺陷。起重机采用了大量高厚板材，射线检测成本高、需要有射线源、有辐射危害、检测时间长。超声检测设备体积小，精度高，即使不对焊缝表面(侧面)进行处理(打磨)，检测数据也能达到很高的精度，大大提高了作业效率。
从检测范围来看，超声检测与磁粉检测的综合应用是全面评估焊缝质量的可靠手段。
检测时，主梁、支腿和下横梁受拉区的翼缘板和腹板的对接焊缝内部质量，射线检测不应低于GB/T 3323中规定的质量等级Ⅱ要求，超声检测不低于JB/T 10559中的1级焊缝要求。
3 钩头的检测
钩头示意图如图2所示。通过受力分析，吊钩有3个危险断面：
（1）吊钩I-I断面受剪切应力。物体的重量通过钢丝绳作用在吊钩的I-I断面上，钢丝绳有把吊钩切断的趋势。
（2）II-II断面，在弯矩的作用下，内侧受拉应力，外侧受压应力。重物重量Q力对吊钩除有拉应力、剪切力作用之外，还有把吊钩拉直的趋势。
（3）III-III断面，受重物的拉应力最大，有被拉断的趋势。
图2 钩头示意图
对钩头一般采用磁粉检测进行表面裂纹探伤。除了吊钩螺牙退刀槽、颈根部位，吊钩的弯曲部位(即危险断面处)也应是疲劳裂纹检查重点。采用线圈法和磁轭法相结合进行纵向磁化检查能较好地发现裂纹。线圈法可发现与线圈轴垂直的缺陷，吊钩的颈部和螺牙部分可采用线圈法探伤。用磁轭法检查颈部和弯曲部位，磁轭法沿平行于轴的方向分段磁化，可以发现吊钩上横向或呈一定角度的缺陷。
4 其它部位的无损检测
对于门吊的大车走行轴、滑轮轴、卷筒轴等重要承重轴的检测，可利用超声检测进行。由于超声检测穿透力强，并对变截面处的裂纹比较敏感，因此用在对轴的检测上十分方便。
钢丝绳检测可采用起重机械专用钢丝绳探伤仪，如SBJ-KST-2，能够通过在线检测，对钢丝绳内外部断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种损伤类型导致钢丝绳在一个捻距内的截面积的损伤程度进行定性、定量检测，科学评估钢丝绳的剩余承载能力和使用寿命。在检测过程中，损伤程度达到报废标准时，仪器立即声光报警，现场可将钢丝绳的损伤位置、捻距内的损伤当量、磨损率等测试参数存储及打印。
门吊主梁、支腿、马鞍处采用螺栓联接的，还应对连接螺栓进行超声检测。
外观检查怀疑有裂纹或检验员认为有必要时应进行表面探伤等。
这些无损检测技术均已成熟，有可靠的检测仪器和技术标准。
节选自《无损检测》2015年第37卷第1期
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本文作者：谢方，四川省特种设备检验研究院工程师，硕士，主要从事起重机械检验工作。
