应力测试结合无损检测在起重机金属结构安全评估中的应用

朱广超

（滁州市特种设备监督检验中心，滁州 239000）

为了确保起重机的金属结构在使用过程中能够承受设计负荷，及时发现和修复潜在的结构缺陷，需要结合运用应力测试与无损检测技术。应力测试通过施加负荷并测量变形，可以评估金属结构的强度和刚度，从而确定其安全性。无损检测利用声波、磁场、射线等非破坏性方法对金属结构进行检测，以发现隐藏的缺陷如裂纹、腐蚀等。结合应力测试和无损检测，可以全面评估起重机金属结构的安全性，预防事故发生，提高起重机的运行可靠性和安全性。

1 应力测试与无损检测概述

1.1 应力测试

应力测试在起重机金属结构安全评估中的应用，就是在起重机金属结构上施加静态或动态负荷，模拟实际工作条件下的受力情况，包括推拉、扭转、弯曲等多种荷载类型。同时，使用合适的传感器或设备测量金属结构在负荷作用下发生的变形，常见变形测量工具包括应变计、位移传感器和压力传感器等。将获得的变形数据与设计规范或标准进行比较和分析，根据规范中规定的安全系数和极限变形限制，评估金属结构的承载能力和安全性[1]。工作人员根据应力测试的结果，进一步判断金属结构是否满足安全要求。如果变形值超过允许范围或安全系数低于要求，可能存在结构强度不足或刚度不够的问题，需要采取相应的修复或加固措施。

目前，常用于起重机金属结构的应力测试方法主要有光测法、射线法和电测法等。光测法通过在金属结构表面粘贴光栅片，利用光栅的形变来测量结构的变形，它具有高精度和非接触的特点，适用于小范围的变形测量。射线法使用射线照射金属结构，并通过测量射线在结构内部的散射情况来推断应力分布和变形情况。射线法可以检测大范围的变形和应力，但是需要采用专业设备和合适的防护措施。电测法是在金属结构表面粘贴电阻应变片，利用电桥等电测设备测量电阻应变片上的电阻变化，从而得到结构的变形和应力信息。电测法具有较高的灵敏度和实时性，广泛应用于工程领域。

1.2 无损检测

无损检测技术是一种非破坏性的测试方法，用于评估材料和结构的内部和表面缺陷，而无须进行破坏性的物理改变。无损检测过程中，通常会使用合适的探头或传感器将能量输入被测材料，然后检测相应的信号响应，这些信号可以是声波、电磁波、热量和电流等形式。不同的检测方法接收到的信号可能会发生变化，这些变化与材料的缺陷或性质有关。通过分析和解释检测到的信号，无损检测技术可以确定材料中的缺陷类型、位置、大小和严重程度，检测结果可用于评估材料的完整性、可靠性和安全性，并帮助工作人员制定相应的维修、替换或加固方案[2]。

无损检测在起重机金属结构安全评估中的应用，通常采用超声波检测、磁粉检测、射线检测等非破坏性方法。超声波检测是通过发送和接收超声波信号来探测结构内部的缺陷，当超声波遇到缺陷时会发生反射或散射，从而可以确定缺陷的位置、大小和形态。磁粉检测是利用磁场的作用将可视化磁粉颗粒应用于金属表面，在施加磁场的情况下观察颗粒的排列情况。当存在裂纹或疲劳断口等缺陷时，磁粉颗粒会被吸引并形成可见的磁粉痕迹，从而识别缺陷的位置和形态。射线检测是使用X 射线或γ 射线照射金属结构，并通过检测透射射线的吸收情况来确定结构内部的缺陷。当射线遇到缺陷时，会被吸收或散射，形成阴影或缺陷图像。

这些无损检测技术各有特点，在起重机金属结构安全评估中可以互补应用，以全面发现结构的缺陷并评估其安全性。根据具体情况选择适合的技术或组合多种技术进行检测，以确保起重机金属结构的可靠运行和安全使用。

2 应力测试结合无损检测在起重机金属结构安全评估中应用的必要性

应力测试可以测量金属结构所受的内部和外部应力分布情况。起重机金属结构在长期使用中可能会遭受各种载荷和工作环境的影响，导致应力集中、变形或裂纹等问题。通过应力测试，可以及早发现潜在的结构问题，并采取相应的修复和加固措施，确保结构的强度和稳定性。然而，应力测试仅能提供结构应力情况的局部信息，对于隐藏在结构内部的缺陷难以直接观测。而无损检测能够探测金属结构内部的缺陷，如裂纹、腐蚀、疲劳断口等，以及表面的缺陷，如裂纹、孔洞等。通过无损检测，可以实时获取结构的缺陷信息，进而评估其对结构安全性的影响[3]。

综合应力测试和无损检测的结果，可以全面了解起重机金属结构的强度、稳定性及潜在缺陷的影响程度，能够提供更全面、准确的信息，为结构的维护和管理提供科学依据。这种综合评估有助于制定修复和维护计划，减少结构失效风险，提高起重机的安全性和可靠性。

3 具体应用分析

3.1 缺陷检测中的应用

应力测试结合无损检测在起重机金属结构缺陷检测中的应用能够有效发现和评估裂纹、腐蚀、疲劳裂纹、接头和焊缝等缺陷，为及早采取维修和加固措施提供重要依据，以保证起重机的安全运行。

首先，应力测试和无损检测技术可用于检测起重机金属结构中的裂纹，通过施加应力并使用适当的无损检测方法可以探测到裂纹的尺寸和位置，从而判断其对结构强度和安全性的影响。其次，应力测试结合无损检测可用于检测起重机金属结构中的腐蚀情况。应力测试可揭示结构中的应力集中区域，而无损检测技术如超声波、电化学等能够发现和评估腐蚀程度和扩展范围，以确定结构的剩余强度和耐久性[4]。再次，应力测试结合无损检测可用于检测起重机金属结构中的疲劳裂纹。通过施加应力并利用应变测量设备或声发射技术，可以实时监测结构的应力变化和疲劳裂纹的扩展情况，从而预防疲劳失效。最后，应力测试结合无损检测还可用于评估起重机金属结构中接头和焊缝的质量与完整性。通过检测应力集中区域和使用无损检测方法，可以发现可能存在的焊接缺陷或连接问题，以确保结构的安全性和可靠性。

3.2 强度评估中的应用

应力测试结合无损检测在起重机金属结构强度评估中的应用能够准确测量材料厚度、评估材料强度及强度剩余值。评估结果对于保证起重机金属结构的安全性和可靠性至关重要，并能够为维修和加固工作提供指导和支持。

首先，通过应力测试和无损检测方法可以准确测量起重机金属结构的厚度，这对于评估结构的残余强度和耐久性至关重要。其次，应力测试结合无损检测技术可用于评估起重机金属结构的强度。例如，通过使用应变测量设备和应力分析方法，可以获取结构在工作负载下的应力分布情况，并进行强度计算和评估。最后，应力测试结合无损检测可用于评估起重机金属结构的强度剩余值。通过测量和分析结构中的应力分布和变形情况，可以确定结构在使用寿命内的剩余强度，并为维修和加固决策提供依据[5]。

3.3 疲劳监测中的应用

应力测试结合无损检测在起重机金属结构疲劳监测中的应用能够实时测量应力变化、分析振动特性、监测疲劳裂纹以及建立数据分析和预警系统，有助于提前发现潜在的疲劳问题，采取适当的维修和维护措施，确保起重机金属结构的安全运行，延长其使用寿命。

首先，通过应力测试技术可以实时测量起重机金属结构中的应力变化，用于监测结构受到的外部负载或内部变化所引起的应力变化情况。其次，利用无损检测技术可以监测和分析起重机金属结构的振动特性。通过分析结构的振动频率、幅值和模态形态等信息，可以评估结构的健康状态和可能存在的疲劳问题。再次，应力测试结合无损检测技术可用于监测起重机金属结构中疲劳裂纹的扩展情况。通过使用应变测量设备、声发射技术等，可以实时监测结构中疲劳裂纹的位置、长度和扩展速率，以预防潜在的疲劳失效。最后，应力测试和无损检测数据可以结合使用，并借助数据分析和预警系统，实现对起重机金属结构疲劳状况的监测和预测。通过建立模型和算法，可以分析结构的历史数据、趋势及可能的疲劳累积情况，提供预警信息和维护措施。

3.4 结构完整性评估中的应用

应力测试结合无损检测在起重机金属结构完整性评估中的应用，能够检测缺陷、评估强度、进行负荷测试，并与监测和预警系统结合使用，为确保起重机金属结构的完整性和安全性提供有效的评估和监控手段。应力测试结合无损检测只是评估起重机金属结构完整性的一种方法，综合考虑其他因素如结构设计、使用环境等非常重要，以确保评估结果的准确性和可靠性。

实践中，首先应进行应力测试，以获取起重机金属结构的应力分布情况。应力测试可以通过使用应变测量设备或其他适当的方法来实现，记录结构在负荷作用下的应力变化。其次，根据应力测试结果选择合适的无损检测方法进行缺陷检测。无损检测技术能够探测到结构中的裂纹、腐蚀、松动等缺陷，并提供关于缺陷大小、位置和影响程度的信息。最后，基于数据分析结果进行结构完整性和可靠性的评估，判断结构是否符合相关标准和规范要求，并确定是否需要采取维修或加固措施[6]。

3.5 结构改进和加固设计中的应用

应力测试结合无损检测在起重机金属结构改进和加固设计中的应用有助于确定结构的弱点并提出优化方案，以提高结构的强度、稳定性和耐久性，减少结构故障和事故风险。结合应力测试和无损检测技术，能够确定起重机金属结构中的潜在问题，包括缺陷、裂纹、腐蚀等。首先，根据应力测试和无损检测结果进行起重机金属结构的分析和优化，通过模拟和分析应力分布、变形情况及结构的承载能力，可以确定结构中需要改善的部位，并提出相应的优化措施。其次，优化起重机金属结构的材料选择和工艺，选择更高强度和耐久性的材料，改进焊接和连接工艺，以提高结构的抗拉强度、抗疲劳性能和耐腐蚀能力。再次，根据起重机金属结构的现状问题制定加固设计方案，采用增加支撑结构、增强关键连接、加装支持构件等措施，以提高结构的整体刚度和强度。最后，还需要应用无损检测技术测量结构的应力分布和变形等参数，验证改进和加固后的起重机金属结构是否达到预期效果。

4 结语

应力测试结合无损检测在起重机金属结构安全评估中的应用，能够全面评估起重机金属结构的应力状态和缺陷情况，及早发现潜在问题并制定相应的维修和加固方案，以提高结构的安全性和可靠性。随着技术的不断进步，应力测试和无损检测方法越来越精确和可靠，结合人工智能和大数据分析等技术为起重机金属结构安全评估提供更高水平的保障，并为未来的结构改进和设计提供有价值的参考和指导。