应力测试结合无损检测在起重机专用梁式吊具安全评估中的应用分析

1、应力测试结合无损检测在起重机专用梁 式吊具安全评估中的应用分析赵凯 倪大进 胡静波 曹钦华南京市特种设备安全监督检验研究院摘要：本文以一台型号为fi1l130t的起重机专用梁式吊具为研究对彖，采用应力测试 技术来评估其金属结构在不同载荷状态和工况条件下应力变化情况，采用多种 无损检测技术相结合的方法来检查其焊缝及母材、螺栓、卸扣的缺陷情况，从而 客观、准确的反映其安全性能状况，为其安全使用提供可靠的数据支撑。关键词：应力测试;无损检测；梁式吊具;安全评估;作者简介：赵凯（1984-），男，安徽滁州人，工程师，从事特种设备检验检测 与研究工作。0引言随着现代化技术的不断发展，现代企业对高效、安全

2、、稳定的起重作业运转需求 越来越强，传统的起重机也逐步具有了运行更平稳、就位更精确、操作更舒适等 特点。作为起重机械的重要部件之一的吊具，由于面对的吊装产品结构有很大差 异，因此也决定了其具有多样性的特点。但传统的起重机械吊具型式有限，因此很多使用单位针对生产、运输过程中的实 际情况，采用自制或者定制的方式，在起重机上増设专用的吊具，但起重机械 定期检验规则tsg q7015-2016明确规定:起重机械吊具，是指用于将需要吊运 的重物与起重机械承载钢丝绳（或者链条）联结起来，以实现吊运目的的起重 机械部件，属于起重机械木体的一部分，如起重机械吊钩、抓斗、电磁吸盘、集 装箱专用吊具等，检验只针对

3、吊具进行，不涉及相关的索具。因此，为了加强对 该类重要吊装部件的有效管理并确保其安全使用，对使用达到一定工作年限的 专用吊具进行全方位检查与检测具有十分重要的意义。本文以某公司一型号为fhl130t的梁式吊具为研究对象，设备岀厂日期为2016 年10月，额定起重量为130吨，钢管材质为20#钢，钢板材质为q345b,结构形 式为钢管左右端有吊耳，钢板贯穿钢管并焊接牢固，钢板下部通过螺栓与卸扌】i 链接，使用频率极低，近年来一直闲置于库房，为确保其安全启用，特委托进 行安全评估。木文通过采用应变式传感器来获得其结构木身在不同载荷状和工况 条件下应力变化情况，研究其动、静态应力数据，分析金属结构强

4、度，并结合多 种无损检测技术，检查其焊缝及母材的缺陷情况，为其安全使用提供可靠的数 据支撑。1应力测试应力测试的原理是应变片在外界作用下产牛机械变形，其自身电阻值产牛相应 变化，数据采集器将采集到的电信号经处理后转化为相应的应力应变数值，从 而间接获取其构件的应力与应变。本次测试设置的试验工况模拟现场实际作业情况，在梁式吊具的横梁及连接钢 板上布置7个测点(其中3号点布置了两个应变片，分接两套仪器，便于数据对 比与验证)。测试采用的应变传感器为中航电测be120-6aa (11)型，其电阻值 为119.7土0.1,温度补偿方式跟数据采集方法相对应，分为独立补偿和公用补 偿两种方式。具体测点位置

5、详见图1,测试工况及现场实际载荷等情况详见表1 和表3。1.1静态应力测试静态应力测试的目的是获得结构或构件的应力应变分布规律及应力集中情况， 检验其强度储备。本次静态应力测试过程中，仪器选用日本东京测器研究所生产 tds530高速静态数据采集仪，应变片接线采用半桥方式，并用长度均为50米的 四芯屏蔽线连接到仪器端口，温度补偿方式采用公用补偿，具体如表1所示。图1应力测试测点位置示意图下载原图表1静态应力测点位置、测试工况、测试流程表下载原表测点编号位置描述工况序运1梁左端部处12梁1/4处23梁中部处3457梁3/4处 梁右端部处 梁右端下部连接板处载荷缓慢起: 落下，仪器调 厘米-青该设备

6、的静态应力测试数据值如表2所示。1. 2动态应力测试表2静态应力测试数据下载原表测点编号空载工况1工况2工j10+6.19+7.69+1(20-8.99-20.47-3130-21.56-37.69一4、40-20.05-37.83-4：50+20.35+23.71+ 1270+ 1.01+19.65+2/动态应力测试的目的是确定应变随时间的动态变化规律，并对其进行频谱分析, 根据统计特性研究结构或构件强度。木次动态应力测试过程中，仪器选用东华测 试的dh5908无线动态数据采集仪，应变片接线采用半桥方式，每个通道连接独 立补偿片，详情如表3所示。表3动态应力测点位置、测试工况、测试流程表下载

7、原表工况序号载荷（d测点编运1803212063160测试流程:1、工况1及工况2：载荷缓慢起升至离地10厘米 然后按起升一制动一静止一下降一紧急制动一落2、工况3：载荷缓慢起升至离地10厘米一静置5各测点在不同工况下的动态应力测试稳定值见表4,为更好的分析其受力情况， 将测点6所测应力数值分解为轴向应力和径向应力，3个测点在不同工况下的应 力时间历程曲线分别如图2-图4所示，工况1下测点3两次下降紧急制动时间 历程曲线如图5所示。测点编号ill!空载工况1工况2工况3-52.82+25.020-25.29 -38.950+26.23 +21.33杖fl阶段、紧莒制就«也定阶段6号点

8、轴向万向1ti4.931. 3测试数据分析fla8.?523冷77 25_上a19-c3霍二55"4抄於琴3ftrt一琴逗6vyst三三77 25a函 4 h3 8®33 mb图5紧急制动时间历程曲线下载原图通过两套仪器测量发现，其应力最大值均出现在吊具中间点位置，数值大小较 接近。该梁式吊具钢管材质为20号钢，查表得其屈服强度 j为245mpao由各 测点动态应力时间历程曲线图可得出，在工况3条件下，动态应力峰值的最大 值出现在吊具中间位置点，值为-54. 508mpao吊具从地面起升，其自重应力 可忽略不计，综合得出动态应力峰值最小安全系数为：n= ' 二6=5

9、4.to8 士952.4则其余各点的动态应力峰值安全系数均大于2. 4,满足gb/t26079-2010标准要 求。计算结果表明，梁式吊具金属结构强度满足标准要求。2无损检测2.1无损检测方法无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害其内部组织的前 提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变 化，借助现代化的技术和设备，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷进 行检查和测试。常见的有射线检验、超声检测、磁粉检测和渗透检测四种方法。 为全面的对此吊具进行安全评估，了解其内部状况，本次无损检测采用多种方 法相结合的方式来进行。2. 2超声检测超声检测是利用

10、探头发射和接收超声波，通过超声波的传播情况来确定出缺陷 所在的位置、缺陷程度及数量。其具有穿透能力强、对而积型缺陷检出率较高、 灵敏度高等特点。针对螺栓的结构特点、材质等因素，选择超声检测（纵波直探 头检测）方法对螺栓内部缺陷进行检测。检测报告如图6所示。nbt 47013 20153战验比例合格级别檢样型檢拄吻仪豈型耳cts-2020探测波型探头型号2. 5pz0标准试块採头k值操测灵敏度纵涸灵敬度试块cs>2x cs-3扫摘线调整万式补抑s痒绻编号烬缝障瘦缺陷编号获陷最大油幅块陷指示 长贋mmsl« db区加螺栓ajj臥下空白图6超声检测报告（螺栓）下载原图2. 3渗透检测

11、渗透检测是一种以毛细作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法， 主要用于检查金属表面开口缺陷。本次评估主要使用渗透检测方法来检测吊耳及 卸扣的表而缺陷情况。检测报告详见图7。2. 4磁粉检测磁粉检测的原理是工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面 的磁力线发牛局部畸变而产牛漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的 光照下形成目视可见的磁痕，从而显示岀不连续性的位置、人小、形状和严重程讷直*钢扳34 5b 却扣/合金洞怡刪标隹nb 147013015 5合格级别i检测时机焊后无衰面伙态渗谨耕牌号dpt-5清洗和1牌号dpt-5溼透温度|咏|两加方法喷涂灵爱度试块谧烙渗匿时间1

12、0 mm度，其对金属表面及近表面缺陷检测灵敏度高，本次评估主要使用磁粉检测方 法来检测吊耳与钢管、钢板与钢管之间的焊缝缺陷情况。检测报告详见图8。检测部竝備号焊工代号臺式吊興左端吊耳上侧角！um缺阴性质无越标缺他显示桀式吊具左端吊耳下侧角焊缝梁式吊具却im扳左侧角悍培 梁式吊具左?欄扳右侧鬲挥缝梁式吊具右端吊耳上侧角焊缝 云吊具右酬吊因下例角憚城 梁式吊具右端牺板左侧角焊縫梁式吊具右端钢梅右侧猜懈绩染武吊具钢管中剖蠻力部位卸扌口电卸扌口刊以.下主白无超标缺陷显示 无埸掠毓陷县奈 无超标缺陷显示无超标缺陷显示 无越标缺陷显示 无超标缺陷显示无趙标缺陷显亍 无趙标缺陌軽示无超标玦陷显示无瑕标缺陷显

13、示检件村质言格级别珥处理状态我面;尢态炸后24t设富名称交谎说粉探伤仪设音型昌jmt15交涼提升力电济>45n叫 t m检覇部位姐符台标隹灵敏度悍工代号鎂阳性馬缺貉定蚩梁式吊具左揣吊耳上胡甬悍缝 染式吊具左集吊耳下開甬燥键 染式吊具左端网板左刚用悍躍 衆贰吊且左蒲商板右创角幄肆 梁式吊具右譌吊耳上間角悍墟 2式吊具右購吊耳下阴甬焊继 杀式吊具右湍臟左例甬悍缱 亲式吊舅右颛风板右側角悍望无超牌阳显示 无超抹缺阳显示 无超标越阳昱示 无超标缺阳显示 无超标抵阳显示无超杯罷阳显示 无超标承昭昱示 无超标裁阳显示染式吊具i膽中部更力部位无超标缺阳显示nb 7 47013*2015 4以下空白图8磁粉检测报告下载原图2. 5无损检测分析采用不同的检测方法，有针对性的对梁式吊具各个部位进行检测，结果表明, 梁式吊具各部件均满足相应标准要求。3结语综合以上检验检测结果，得出该起重机专用梁式吊具的金属结构强度满足标准 要求，其部件内部及外部缺陷符合标准要求。为满足起重机吊装产品多样化的需求，类似的专用吊具将越來越多，对其运行 的稳定性、可靠性要求也越来越高。因此，将合适的无损检测方法和应力测试