声发射技术在起重机检测中的应用

严锐

（唐山市特种设备监督检验所 河北唐山 063000）

声发射技术在起重机检测中的应用

严锐

（唐山市特种设备监督检验所 河北唐山 063000）

起重机是建筑与工业生产中的重要设备，统计表明起重机事故约占我国全部工业企业伤害事故的20%左右。基于此，本文就目前声发射检测在起重机的应用现状进行了分析，分别从检测标准、应用等几个方面阐述了声发射技术在起重机检测中的应用现状。

声发射技术；起重机检测；应用现状

起重机是用来对物料起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备，起重机作为关键设备之一，被广泛应用于物流运输、冶金、制造、建筑、市政建设等行业中。从安全性方面来看，起重设备本身和使用环节的危险性都高于其他几种特种设备。例如起重机的钢丝绳、卷筒及钢丝绳压板、吊钩、减速器齿轮、制动器、车轮与轨道。而事故一旦在作业过程中发生，会严重影响起重机的工作，甚至发生事故，引起人员伤亡，必须加强对起重机安全检测重要性的认识。

1 声发射技术的定义及检测原理

声发射（AcousticEmission，简称AE）又称应力波发射，是物体受到力作用从而产生的变形、断裂，或内部应力超过屈服极限而进入不可逆的塑性变形阶段，以瞬态弹性波形式释放应变能的现象。这种弹性波以声波形式存在，频率范围很宽包括数赫兹到数兆赫兹，如果能量足够大，并且频率集中在声音频段内，则可以被人耳所听见。诸多原因可以产生声发射，如材料裂纹、断裂、应力再分配、撞击及摩擦等。

声发射基本检测原理：从声发射源发射的声发射信号传播到物体的表面，声发射信号可以引起传感器探测的表面位移，通过传感器把物体的振动转换成电信号，然后在经过放大、处理和记录。通过对所得到的数据进行分析，最终达到以下目的：①确定声发射源所在的位置；②分析声发射信号的性质；③确定声发射发生的时间；④评定声发射源的危险等级。

2 声发射检测技术的优点

声发射检测在设备的关键部位，一般选择设计上的应力值较大或易发生腐蚀、裂纹或实际使用过程中曾出现过缺陷的部位布置传感器。对起重设备施加额定载荷和试验载荷，起重机械则进行正常运行或保持静止，此时材料内部的腐蚀、裂纹等缺陷源会产生声发射信号，声发射信号通过信号处理后，将显示出产生声发射信号的包含严重结构缺陷的区域，频谱分析等手段还可为起重机械的整体安全性分析提供支持。

声发射技术和其他的检测技术方法相比具有实时性、整体性、动态性和连续性等特点，检测动态缺陷，而不是检测静态缺陷；检测缺陷本身发出的缺陷信息，而不用外部输入对缺陷进行检查。声发射技术研究在承压设备检测上发展较为成熟，在动态设备检测上还处于研究阶段，部分已运用于工程实际，主要应用在高速轴、轴承等的状态监测。

3 起重机声发射检测技术的应用分析

目前，我国关于声发射技术在起重机中的无损检测和结构完整性评价方面的研究和应用文献还很少，已有一些单位和学者在这方面做了尝试，但仍未形成一种成熟的、能直接应用于实际的监测方法。由于起重机受力部件失效是引起起重机事故的主要原因之一，国内针对起重机受力臂梁的声发射检测方法与信号特征等开展了相关的研究。

孙德平利用声发射检测技术对起重机梁进行无损检测，首先在起重机梁上进行一些常规的检测方法来确定其表面是否有裂纹的存在，假如起重机梁上没有裂纹，就在表面上做一个人工裂纹，然后对起重机梁进行加载并监测声发射信号，并分析起重机梁的声发射信号，根据声发射信号的特征参数来分析，可以评价裂纹的危险级别。利用声发射的线性定位可以确定声发射源的具体位置，并确定缺陷的性质及危害等级。

骆红云等针对某港口的翻车机C型环和装船机的主梁部件，进行了声发射实时监测，并对声发射源进行了危险等级划分，其研究表明，通过适当的调整传感器布置、设置一定的滤波条件，可以在一定程度上屏蔽设备运转引起的噪声和振动。

陈向前等人，通过对电厂起重机吊具的声发射检测，认为声发射检测简单易行，现场检测无需额外停机和停工，相比常规的无损检测方法更简单、方便、环保、节约；由于大型起重机械工作环境较差，偶然干扰不可避免，测得的声发射信号含有较多电气、机械噪声，需要深入研究消除声发射信号干扰的方法。

吴占稳等利用声发射技术对起重机箱形梁结构表面裂纹进行了检测。对箱形梁进行3次加载，通过声发射信号主参数分析可以看出随着加载变大，裂纹数量不断增加，长度不断增长。采用线性定位方法，可以在箱形梁构件上的裂纹缺陷进行准确定位，但存在一定误差。随着载荷的增加，裂纹不断生长，其对应的声发射定位源也急剧增加。在弹性变形阶段，其声发射信号能量增加比较平缓，发生永久变形后，其能量迅速增加。

4 结语

通过上面的分析，得出以下几个结论：

（1）我国已有一些声发射检测标准，但是目前还没有建立起重机声发射检测标准，需要在起重机声发射检测方面制定一个统一、完善的标准。

（2）目前已经有些关于起重机声发射检测这方面的实验，并且有了一些数据，但是这些数据量还远远不够。此外，声发射信号中大量的信息便于诊断故障源，但是因为声发射信号包含信息量大，并且声发射信号容易受到干扰，对信号处理将是一难关，如果不建立数据库不容易分析信号。所以要建立数据库，得出缺陷信号类型，进行多次实验记录数据，在数据库中进行对比，得出缺陷信号类型，找出故障原因，并划分级别。

（3）声发射技术研究在承压设备检测上发展较为成熟。在动态设备检测上还处于研究阶段，部分已运用于工程实际，主要应用在高速轴、轴承等的状态监测，但是缺少实时性监测，一般都是采集完信号之后再进行分析。

（4）目前用于起重机的声发射仪器一般是通用声发射仪器，用于起重机的专用声发射仪器几乎没有。研究一种可实现起重机状态检测及寿命评估的专用声发射检测仪器具有重大意义。

[1]吴占稳，沈功田，等.声发射技术在起重机无损检测中的现状[J].起重运输机械，2007（10）.

[2]李伟忠，刘延雷，等.声发射检测大型桥门式起重机的可行性分析与试验[J].中国特种设备安全，2010（06）.

[3]杨瑞峰，马铁华.声发射技术研究及应用进展[J].中北大学学报（自然科学版），2006（10）.

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2016-1-2