聲發(fā)射技術(shù)在起重機(jī)檢測(cè)中的應(yīng)用

嚴(yán)銳

（唐山市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所 河北唐山 063000）

聲發(fā)射技術(shù)在起重機(jī)檢測(cè)中的應(yīng)用

嚴(yán)銳

（唐山市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所 河北唐山 063000）

起重機(jī)是建筑與工業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，統(tǒng)計(jì)表明起重機(jī)事故約占我國(guó)全部工業(yè)企業(yè)傷害事故的20%左右?；诖?，本文就目前聲發(fā)射檢測(cè)在起重機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，分別從檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用等幾個(gè)方面闡述了聲發(fā)射技術(shù)在起重機(jī)檢測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

聲發(fā)射技術(shù)；起重機(jī)檢測(cè)；應(yīng)用現(xiàn)狀

起重機(jī)是用來對(duì)物料起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，起重機(jī)作為關(guān)鍵設(shè)備之一，被廣泛應(yīng)用于物流運(yùn)輸、冶金、制造、建筑、市政建設(shè)等行業(yè)中。從安全性方面來看，起重設(shè)備本身和使用環(huán)節(jié)的危險(xiǎn)性都高于其他幾種特種設(shè)備。例如起重機(jī)的鋼絲繩、卷筒及鋼絲繩壓板、吊鉤、減速器齒輪、制動(dòng)器、車輪與軌道。而事故一旦在作業(yè)過程中發(fā)生，會(huì)嚴(yán)重影響起重機(jī)的工作，甚至發(fā)生事故，引起人員傷亡，必須加強(qiáng)對(duì)起重機(jī)安全檢測(cè)重要性的認(rèn)識(shí)。

1 聲發(fā)射技術(shù)的定義及檢測(cè)原理

聲發(fā)射（AcousticEmission，簡(jiǎn)稱AE）又稱應(yīng)力波發(fā)射，是物體受到力作用從而產(chǎn)生的變形、斷裂，或內(nèi)部應(yīng)力超過屈服極限而進(jìn)入不可逆的塑性變形階段，以瞬態(tài)彈性波形式釋放應(yīng)變能的現(xiàn)象。這種彈性波以聲波形式存在，頻率范圍很寬包括數(shù)赫茲到數(shù)兆赫茲，如果能量足夠大，并且頻率集中在聲音頻段內(nèi)，則可以被人耳所聽見。諸多原因可以產(chǎn)生聲發(fā)射，如材料裂紋、斷裂、應(yīng)力再分配、撞擊及摩擦等。

聲發(fā)射基本檢測(cè)原理：從聲發(fā)射源發(fā)射的聲發(fā)射信號(hào)傳播到物體的表面，聲發(fā)射信號(hào)可以引起傳感器探測(cè)的表面位移，通過傳感器把物體的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后在經(jīng)過放大、處理和記錄。通過對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終達(dá)到以下目的：①確定聲發(fā)射源所在的位置；②分析聲發(fā)射信號(hào)的性質(zhì)；③確定聲發(fā)射發(fā)生的時(shí)間；④評(píng)定聲發(fā)射源的危險(xiǎn)等級(jí)。

2 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

聲發(fā)射檢測(cè)在設(shè)備的關(guān)鍵部位，一般選擇設(shè)計(jì)上的應(yīng)力值較大或易發(fā)生腐蝕、裂紋或?qū)嶋H使用過程中曾出現(xiàn)過缺陷的部位布置傳感器。對(duì)起重設(shè)備施加額定載荷和試驗(yàn)載荷，起重機(jī)械則進(jìn)行正常運(yùn)行或保持靜止，此時(shí)材料內(nèi)部的腐蝕、裂紋等缺陷源會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，聲發(fā)射信號(hào)通過信號(hào)處理后，將顯示出產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)的包含嚴(yán)重結(jié)構(gòu)缺陷的區(qū)域，頻譜分析等手段還可為起重機(jī)械的整體安全性分析提供支持。

聲發(fā)射技術(shù)和其他的檢測(cè)技術(shù)方法相比具有實(shí)時(shí)性、整體性、動(dòng)態(tài)性和連續(xù)性等特點(diǎn)，檢測(cè)動(dòng)態(tài)缺陷，而不是檢測(cè)靜態(tài)缺陷；檢測(cè)缺陷本身發(fā)出的缺陷信息，而不用外部輸入對(duì)缺陷進(jìn)行檢查。聲發(fā)射技術(shù)研究在承壓設(shè)備檢測(cè)上發(fā)展較為成熟，在動(dòng)態(tài)設(shè)備檢測(cè)上還處于研究階段，部分已運(yùn)用于工程實(shí)際，主要應(yīng)用在高速軸、軸承等的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

3 起重機(jī)聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用分析

目前，我國(guó)關(guān)于聲發(fā)射技術(shù)在起重機(jī)中的無損檢測(cè)和結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)方面的研究和應(yīng)用文獻(xiàn)還很少，已有一些單位和學(xué)者在這方面做了嘗試，但仍未形成一種成熟的、能直接應(yīng)用于實(shí)際的監(jiān)測(cè)方法。由于起重機(jī)受力部件失效是引起起重機(jī)事故的主要原因之一，國(guó)內(nèi)針對(duì)起重機(jī)受力臂梁的聲發(fā)射檢測(cè)方法與信號(hào)特征等開展了相關(guān)的研究。

孫德平利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)對(duì)起重機(jī)梁進(jìn)行無損檢測(cè)，首先在起重機(jī)梁上進(jìn)行一些常規(guī)的檢測(cè)方法來確定其表面是否有裂紋的存在，假如起重機(jī)梁上沒有裂紋，就在表面上做一個(gè)人工裂紋，然后對(duì)起重機(jī)梁進(jìn)行加載并監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)，并分析起重機(jī)梁的聲發(fā)射信號(hào)，根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)來分析，可以評(píng)價(jià)裂紋的危險(xiǎn)級(jí)別。利用聲發(fā)射的線性定位可以確定聲發(fā)射源的具體位置，并確定缺陷的性質(zhì)及危害等級(jí)。

駱紅云等針對(duì)某港口的翻車機(jī)C型環(huán)和裝船機(jī)的主梁部件，進(jìn)行了聲發(fā)射實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行了危險(xiǎn)等級(jí)劃分，其研究表明，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整傳感器布置、設(shè)置一定的濾波條件，可以在一定程度上屏蔽設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)引起的噪聲和振動(dòng)。

陳向前等人，通過對(duì)電廠起重機(jī)吊具的聲發(fā)射檢測(cè)，認(rèn)為聲發(fā)射檢測(cè)簡(jiǎn)單易行，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)無需額外停機(jī)和停工，相比常規(guī)的無損檢測(cè)方法更簡(jiǎn)單、方便、環(huán)保、節(jié)約；由于大型起重機(jī)械工作環(huán)境較差，偶然干擾不可避免，測(cè)得的聲發(fā)射信號(hào)含有較多電氣、機(jī)械噪聲，需要深入研究消除聲發(fā)射信號(hào)干擾的方法。

吳占穩(wěn)等利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)起重機(jī)箱形梁結(jié)構(gòu)表面裂紋進(jìn)行了檢測(cè)。對(duì)箱形梁進(jìn)行3次加載，通過聲發(fā)射信號(hào)主參數(shù)分析可以看出隨著加載變大，裂紋數(shù)量不斷增加，長(zhǎng)度不斷增長(zhǎng)。采用線性定位方法，可以在箱形梁構(gòu)件上的裂紋缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位，但存在一定誤差。隨著載荷的增加，裂紋不斷生長(zhǎng)，其對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射定位源也急劇增加。在彈性變形階段，其聲發(fā)射信號(hào)能量增加比較平緩，發(fā)生永久變形后，其能量迅速增加。

4 結(jié)語

通過上面的分析，得出以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）我國(guó)已有一些聲發(fā)射檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，但是目前還沒有建立起重機(jī)聲發(fā)射檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，需要在起重機(jī)聲發(fā)射檢測(cè)方面制定一個(gè)統(tǒng)一、完善的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）目前已經(jīng)有些關(guān)于起重機(jī)聲發(fā)射檢測(cè)這方面的實(shí)驗(yàn)，并且有了一些數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。此外，聲發(fā)射信號(hào)中大量的信息便于診斷故障源，但是因?yàn)槁暟l(fā)射信號(hào)包含信息量大，并且聲發(fā)射信號(hào)容易受到干擾，對(duì)信號(hào)處理將是一難關(guān)，如果不建立數(shù)據(jù)庫不容易分析信號(hào)。所以要建立數(shù)據(jù)庫，得出缺陷信號(hào)類型，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行對(duì)比，得出缺陷信號(hào)類型，找出故障原因，并劃分級(jí)別。

（3）聲發(fā)射技術(shù)研究在承壓設(shè)備檢測(cè)上發(fā)展較為成熟。在動(dòng)態(tài)設(shè)備檢測(cè)上還處于研究階段，部分已運(yùn)用于工程實(shí)際，主要應(yīng)用在高速軸、軸承等的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，但是缺少實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)，一般都是采集完信號(hào)之后再進(jìn)行分析。

（4）目前用于起重機(jī)的聲發(fā)射儀器一般是通用聲發(fā)射儀器，用于起重機(jī)的專用聲發(fā)射儀器幾乎沒有。研究一種可實(shí)現(xiàn)起重機(jī)狀態(tài)檢測(cè)及壽命評(píng)估的專用聲發(fā)射檢測(cè)儀器具有重大意義。

[1]吳占穩(wěn)，沈功田，等.聲發(fā)射技術(shù)在起重機(jī)無損檢測(cè)中的現(xiàn)狀[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2007（10）.

[2]李偉忠，劉延雷，等.聲發(fā)射檢測(cè)大型橋門式起重機(jī)的可行性分析與試驗(yàn)[J].中國(guó)特種設(shè)備安全，2010（06）.

[3]楊瑞峰，馬鐵華.聲發(fā)射技術(shù)研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（10）.

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2016-1-2