起重机械常用材料组成及安全检验

陈守东

起重机械是现代工业不可或缺的特种设备，但由于我国发展的特定原因，存在有使用几十年的老旧设备；且起重市场的专业分工化，也导致起重机械质量良莠不齐，所以有必要对起重机械的常用材料及相关的检验检测手段进行比较充分的了解。

一、起重机常用材料组成

1、起重机金属结构的常用材料

起重机金属结构的材料主要是钢材，选择钢材时主要考虑结构的类型和重要性、载荷的性质、连接方法、结构的工作温度、结构的受力性质等方面。起重机金属结构的主要承载构件规定采用Q235B、Q235C、Q235D（镇静钢），对于一般起重机金属结构构件，当设计温度不低于－25℃时，允许采用沸腾钢Q235F，工作级别为A7、A8的起重机金属结构，宜采用平炉镇静钢Q235C或特殊镇静钢Q235D，需要减轻结构自重时，可采用16Mn或15MnTi。

2、起重机主要零部件的常用材料

中小起重量起重机的吊钩是锻造的，大起重量起重机的吊钩采用钢板铆合，为片式吊钩。随着锻压能力的提高，目前大起重量起重机的吊钩也有采用锻造的。锻造吊钩材料应采用吊钩专用材料，DG20、DG20Mn、DG34CrMo、DG34CrNiMo、DG3oCr2Ni2Mo2钢制成，加入少量铝（≥0.02%）以防止老化。片式吊钩由若干片厚度不小于20mm的Q235、20或Q345的钢板制造。

钢丝绳由钢丝和绳芯组成，钢丝要求有很高的强度和韧性，通常由含碳量0.5%~0.8%的优质碳素钢制成，在热处理和冷拔过程中的变形强化使钢丝达到很高的强度，通常约为1400～2000N/mm2（Mpa），表面状态分光面、镀锌、镀铅；绳芯分为有机芯、石棉芯、金属芯。

滑轮，最常用的材料为灰铸铁，而在粗暴工作和不易检修的条件下多改为钢质滑轮，目前多用铸钢，近年为减轻自重，多采用焊接代替铸造，钢材采用焊接性能好的Q235。有时采用铝合金的滑轮又经济又能减轻重量，热扎滑轮在国内外也有使用，目前还有采用铝合金或尼龙绳槽作为衬垫的方法。此外，用球墨铸铁代替铸钢，工艺性较好，对钢丝绳寿命也有利，使用时不易破碎。

卷筒的材料一般采用强度不低于HT200的灰铸铁，重要卷筒可以采用高强度铸铁或球墨铸铁。大型卷筒多用Q235钢板弯卷成筒型焊接而成。

齿轮的材质一般采用中碳钢经调质处理或高频淬火处理。要求较高的齿轮采用低碳合金钢经渗碳、齿面淬火等处理，从而获得较高性能。联轴器齿轮的材料一般采用45钢或ZG55Ⅱ，齿面经高频淬火处理，提高硬度和增加耐磨性。

制动器中制动轮通常由铸钢制造，转速不高的制动轮也可以用组织细密的铸铁制造，制动臂可用铸钢或钢板制造。

3、金属结构的联接

金属结构的常用联接方式主要有焊接、螺栓联接、销轴联接等，焊接是最广泛的一种联接方法。螺栓联接主要分普通螺栓联接和高强螺栓联接，普通螺栓一般为六角头螺栓，以碳素钢Q235制造。高强螺栓分摩檫型和承压型，由中碳钢或合金钢等经淬火并回火后制成，我国采用的高强螺栓分8.8级和10.9级两类，8.8级高强螺栓常用材料为经过热处理的40B、45或35钢，10.9级高强螺栓常用材料是20MnTiB和35VB钢等，两者的螺母和垫圈均采用45号钢经热处理后制成。重要轴、销轴宜采用力学性能不低于45号钢的材料，调质后硬度一般应为HB200~280,配合面的表面粗糙度Ra应不大于1.6μm.。

二、常用检验项目

1、理化试验

理化试验主要由宏观检验、化学成份分析、机械性能试验、工艺性能试验、金相分析、物理性能试验组成。由于理化试验为破坏性试验，主要进行材料硬度或强度测试和宏观检验，必要时进行金相分析，检验金属材料的组织及缺陷，一般检验夹杂物、晶粒度、脱碳层深度、晶间腐蚀等。

宏观检验是指利用肉眼或10倍以下的低倍放大镜观察金属材料内部组织及缺陷的检验。常用的方法有断口检验、低倍检验、塔形车削发纹检验及硫印试验等。

化学分析法分为定性分析和定量分析两种。通过定性分析，可以鉴定出材料含有哪些元素，但不能确定它们的含量；定量分析，是用来准确测定各种元素的含量。实际生产中主要采用定量分析。定量分析的方法分为重量分析法和容量分析法。重量分析法是采用适当的分离手段，使金属中被测定元素与其它成份分离，然后用称重法来测元素含量。而容量分析法是用标准溶液（已知浓度的溶液）与金属中被测元素完全反应，然后根据所消耗标准溶液的体积计算出被测定元素的含量。各种元素在高温、高能量的激发下都能产生自己特有的光谱，根据元素被激发后所产生的特征光谱来确定金属的化学成份及大致含量的方法，称光谱分析法。通常借助于电弧，电火花，激光等外界能源激发试样，使被测元素发出特征光谱。经分光后与化学元素光谱表对照，做出分析。火花鉴别法主要用于钢铁，在砂轮磨削下由于摩擦，高温作用，各种元素、微粒氧化时产生的火花数量、形状、分叉、颜色等不同，来鉴别材料化学成份（组成元素）及大致含量的一种方法。

机械性能试验包括强度、硬度、弹性、韧性和疲劳强度试验；工艺性能试验是确定材料的成形性、可焊性、切削加工性等；金相分析是研究金属及其合金内部组织及缺陷的主要方法之一,物理性能试验，包括光泽、颜色、密度、熔点、导电性、磁性、热膨胀性等。

2、无损检测

起重机械的所有部件均不允许裂纹及损伤，各机构在试验后也不允许出现裂及永久变形等损伤；部分磨擦部件表面磨损量也有严格规定，某些部件内部缺陷的当量尺寸也有明确规定，某些专用零部件也有专用的质量要求，有的对表面防腐涂层厚度也有规定。具体要求可参考各种起重机械及零部件的技术规范，必须根据相应的技术要求，针对不同的检测对象采用适当的无损检测方法和检测工艺。

起重机械的主要无损检测方法有：目视检测、电磁检测、金属磁记忆检测、声发射检测、应力应变测试和振动测试，主要在安装和定期检测中应用，射线检测主要在制造和安装中采用，超声、磁粉和渗透检测在制造、安装及定检中都有采用，而金属磁记忆检测、应力应变测试和振动测试主要应用在应力和结构的评定和测试。

目视检测主要检查材料的表面状态（有无锈蚀、分层等）和金属结构的几何尺寸测量等，主要采用量具测量和肉眼观察。

射线检测，主要应用于起重机械制造安装过程对对接焊缝的检测，在用设备较少使用。

超声检测可对材料或角接焊缝的内部缺陷进行检测，在起重机械焊缝质量检查中是较为常见的方法，可检测材料内部的裂纹、白点及夹杂等缺陷。

磁粉探伤广泛应用于钢结构和零部件及焊缝表面及近表面的裂纹检测，但有时由于材料和结构形状等原因不利于磁探的操作，且对于表面开口裂纹的检测中多用渗透检测。

电磁检测主要有涡流膜层测厚、涡流裂纹检测、钢丝绳检测。涡流膜层测厚主要应用于精确测量出膜层的厚度值。涡流裂纹检测精度与常规磁粉相当，适合对起重机械进行快速裂纹扫查。钢丝绳检测一般漏磁方法检测，可进行定性（断丝或腐蚀等）和定量（断丝数或横断面积损失量）分析。

三、结语

起重机械是现代工业不可或缺的特种设备，在材料和检测科技日益发展的今天，选择正确优质的材料和较为先进的检测手段是保证起重机械安全运行的基础，以上介绍了一些关于起重机械常用材料类型和检测手段，希望在起重机械检验过程中能加大对材料使用隐患的排除，加大对起重机械相关的无损检测，从而在一定意义上保障设备的安全运行。

（编辑/陈志华）