CN101620204A - 一种起重机声发射检测及评价的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种起重机声发射检测及评价的方法，所述方法包括以下步骤：在起重机的检测部位设置声发射检测所需的传感器；对被检起重机进行两次加载循环，记录加载过程的声发射现象，并确定声发射源区，以及确定声发射源的活度和强度；根据声发射源的活度和强度，进行声发射源的综合等级评定，确定声发射源的危险程度。本发明通过声发射检测，可以对起重机金属结构进行整体的无损检测，进而获得起重机中声发射源的危险程度，对起重机结构完整性进行评价，避免危险的发生。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，特别是涉及一种通过声发射技术对起重机进行无损检测及评价的方法。
背景技术
材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(Acoustic Emission，简称AE)，有时也称为应力波发射。材料在应力作用下的变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源，被称为声发射源。近年来，流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源，被称为其它或二次声发射源。声发射是一种常见的物理现象，各种材料声发射信号的频率范围很宽，包括：从几赫兹的次声频、20Hz～20KHz的声频到数MHz的超声频；声发射信号幅度的变化范围也很大，从10-13m的微观位错运动到1m量级的地震波。声发射与材料中的局部不稳定状态有关，它是材料中局部能量快速释放的结果，这种能量的释放是材料损坏前的征兆，因此，可以利用声发射来研究固体材料，也可用来作为对材料进行无损检测与评价的一种方法。
近年来，声发射技术作为新兴的一种无损检测方法检测技术在压力容器、航空航天等行业得到广泛的应用，与超声、磁粉、射线、渗透等常规无损检测方法相比，它具有对活性缺陷敏感、一次试验中可对被检结构件或设备进行整体检测和结构完整性评价的特点。但该技术对起重机的检测应用在国内还是空白，在国外只有ASTM(American Society for Testing and Materials，美国材料与试验协会)制定了绝缘高耸载人设备的声发射检测标准，而对大量使用的桥式和门式起重机，国内外都很少有人开展研究，检测标准也为空白。现有的声发射检测方法主要是金属压力容器声发射检测及结果的评价方法，由于金属压力容器属于静载设备，而起重机是运动设备，其结构型式和检测信号受环境影响很大，现有的方法不适用。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过声发射技术对起重机进行准确的无损检测的方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种起重机声发射检测及评价的方法，所述方法包括以下步骤：
在起重机的检测部位设置声发射检测所需的传感器；
对所述起重机进行两次加载循环，记录加载过程的声发射现象，并在加载过程中，确定声发射源区，以及确定声发射源的活度和强度；
根据声发射源的活度和强度，确定声发射源的危险程度。
其中，在设置所述传感器之前还包括确定传感器间距的步骤。
其中，对所述起重机进行两次加载循环中，其中，第二次加载循环最高试验载荷PT0应不超过第一次加载循环的最高试验载荷PT。
其中，所述活度包括：强活性、活性、弱活性和非活性；其中，所述声发射源的活度通过以下方法确定：
当所述声发射源区的定位源数随着加载或保载连续出现时，如果所述声发射源区的定位源数的增长速率≥50个/分钟，则所述声发射源为强活性；如果所述声发射源区的定位源数的增长速率≥20个/分钟，且＜50个/分钟时，则所述声发射源为活性；
当所述声发射源区的定位源数随着加载或保载断续出现时，如果在整个加载和保载阶段出现的定位源数不超过5个，或在所有加载阶段定位源总数出现不超过10个，所有保载阶段未出现定位源，则所述声发射源为非活性；如果只在加载阶段出现定位源，且个数在5至15个之间，或在所有加载阶段未出现定位源，在所有保载阶段出现定位源5至10个定位源，或在所有加载和保载阶段均出现定位源，且定位源总数不超过20个，则所述声发射源为弱活性；如果超过上述范围的，则所述声发射源为活性。
其中，所述强度包括弱强度、中强度和高强度，其中，当所述声发射源的强度Q小于最小临界值时，所述声发射源为弱强度；当所述声发射源的强度Q大于最大临界值时，所述声发射源为高强度；当所述声发射源的强度Q介于最大临界值与最小临界值之间时，所述声发射源为中强度。
其中，当所述声发射源的强度为高强度，且活度为强活性或活性时，或强度为中强度，且活度为强活性时，所述声发射源的危险程度为高度危险；
当所述声发射源的强度为高强度，且活度为弱活性时，或强度为中强度，且活度为活性时，或强度为弱强度，且活度为强活性或活性时，所述声发射源的危险程度为中度危险；
当所述声发射源的强度为中强度或弱强度，且活度为弱活性时，或强度为高强度，且活度为非活性时，所述声发射源的危险程度为低危险；
当所述声发射源的强度为中强度或弱强度，且活度为非活性时，所述声发射源的危险程度为无危险。
其中，当所述声发射源的危险程度为低危险或无危险时，所述声发射源不需要复检；当所述声发射源的危险程度为高度危险或中度危险时，所述声发射源需要复检。
上述技术方案具有如下优点：通过声发射检测，可以对起重机的进行准确的无损检测，进而获得起重机的危险程度，对起重机结构完整性进行评价，避免危险的发生。
附图说明
图1是本发明实施例的一种桥式起重机模拟声发射信号幅度衰减曲线图；
图2是本发明实施例的一种箱形主梁传感器布置图；
图3是本发明实施例的一种加载程序简图；
图4a是本发明实施例的一种24t载荷第一次加载过程定位图；
图4b是本发明实施例的一种24t载荷第一次保载过程定位图；
图4c是本发明实施例的一种24t载荷第一次卸载过程定位图；
图5a是本发明实施例的一种24t载荷第二次加载过程定位图；
图5b是本发明实施例的一种24t载荷第二次保载过程定位图；
图5c是本发明实施例的一种24t载荷第二次卸载过程定位图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例以桥式起重机为例，通过声发射技术对起重机进行检测与评价的方法，包括声发射定位源区活度和强度的划分、声发射源的危险程度评价，包括以下步骤：
1.根据起重机检测的要求，规定了声发射检测系统的基本要求，包括探头(即传感器)的谐振响应频率范围推荐在100kHz～400kHz，前置放大器、声发射检测仪器的基本要求。
2.根据起重机结构件的特点，提出基于时差线定位方法的桥式与门式起重机声发射检测方法，在测试前需要对被检测构件进行衰减测量，以确定合适的传感器间距。声发射检测所需传感器数量，取决于构件大小和所选传感器间距。传感器间距取决于波的传播衰减，而传播衰减值又来自用铅笔芯模拟源实际测得的距离一衰减曲线。
时差定位中，最大传感器间距所对应的传播衰减，不宜大于预定最小检测信号幅度与检测门槛值之差，例如，门榄值为40dB，预定最小检测信号幅度为70dB，则其衰减不宜大于30dB。说明：传感器间距的确定是根据声发射信号在结构件中能量的衰减大小来确定的，用信号的幅度(dB)值来表示。
3.规定了起重机声发射检测的加载程序和试验载荷。
(1)加载程序：小车位于跨中，缓慢吊起载荷，离地100～200mm，悬空保持时间不低于10min；进行两次加载循环，第二次加载循环最高试验载荷PT0应不超过第一次加载循环的最高试验载荷PT，优选PT0为97％PT。
(2)试验载荷：新制造起重机检测，一般不小于额定载荷的1.25倍；在役起重机检测，一般不小于额定载荷或最大工作载荷的1.1倍；当工艺条件限制声发射检测所要求的试验载荷时，其试验载荷也应不低于额定载荷或最大工作载荷。
4.声发射检测结果的评定。
(1)声发射源区的确定：采用时差线定位时，根据时差、波速、传感器间距等参数的测量及算法运算，确定波源的位置，本发明提出以声发射源定位最密集部位为中心进行划定声发射源区，间距在探头间距10％以内的定位源可被划在同一个源区；采用区域定位时，按传感器各监视各区域的方式或按声发射波到达各传感器的次序，粗略确定声发射源所处的区域，本发明提出声发射定位源区为相邻传感器间距的一半。
(2)本发明提出了声发射源的活度划分：
如果源区的事件数(即定位源数)随着加载或保载呈快速增加(即增长速率≥50个/分钟)时，则认为该部位的声发射源为强活性。
如果源区的事件数随着加载或保载呈连续增加(即增长速率≥20个/分钟，且＜50个/分钟)时，则认为该部位的声发射源为活性。
如果源区的事件数随着加载或保载断续出现，则声发射源的活度等级评定按表1进行。
表1断续出现声发射源的活度等级划分方法
| 序号 | 声发射源区的描述 | 活度等级 |
| 1 | 在整个加载和保载阶段出现的定位源数不超过5个 | 非活性 |
| 2 | 在所有加载阶段出现总数不超过10个的定位源，所有保载阶段未出现定位源 | 非活性 |
| 3 | 只在所有加载阶段出现5至15个定位源，所有保载阶段未出现定位源 | 弱活性 |
| 4 | 在所有加载阶段未出现定位源，只在所有保载阶段出现定位源5至10个定位源 | 弱活性 |
| 5 | 在所有加载和保载阶段均出现定位源，总数不超过20个 | 弱活性 |
| 6 | 超过上述范围的 | 活性 |
注：桥式与门式起重机检测过程中，应注意起制动平稳，车轮与轨道接触面附近定位源区的定位源事件，应进行识别。
(3)声发射源的强度划分：
源的强度Q可用能量、幅度或计数参数来表示，可以用能量、幅度或计数参数其中的任意一个来表示。源的强度Q计算取源区前5个最大的能量、幅度或计数参数的平均值(幅度参数应根据衰减测量加以修正)。本发明提出源的强度Q划分参考表2进行，表2中的a、b值由材料和结构件的破坏性试验来确定，通过材料的破坏性试验确定材料的两个临界值，其中一个为最小临界值，即，小于最小临界值，源的强度对材料性能没有任何影响；另外一个最大临界值，即，大于该临界值，源的强度会破坏对材料性能，材料报废。表3是Q235钢采用幅度参数划分源的强度的推荐值。
表2源的强度划分
| 源的强度级别 | 源强度 |
| 弱强度 | Q＜a |
| 中强度 | a≤Q≤b |
| 高强度 | Q＞b |
表3Q235钢采用幅度参数划分源的强度
| 源的强度级别 | 幅度 |
| 弱强度 | Q＜55dB |
| 中强度 | 55dB≤Q≤75dB |
| 高强度 | Q＞75dB |
注：表3中的数据是经衰减修正后的数据。探头输出1μV为0dB。
(4)本发明提出了声发射源的综合等级评定，根据声发射源的活性和强度等级划分基础上得到，按表4进行，其中IV级源等级最高。
表4声发射源的综合等级评定
| 强活性 | 活性 | 弱活性 | 非活性 | |
| 高强度 | IV | IV | III | II |
| 中强度 | IV | III | II | I |
| 弱强度 | III | III | II | I |
(5)本发明提出了声发射源的危险程度评价及复检，按表5进行。
表5声发射源的危险程度评价及复检
| 声发射源等级 | 危险程度 | 复检建议 |
| I | 无危险 | 不复检 |
| II | 低危险 | 不复检 |
| III | 中度危险 | 复检 |
| IV | 高度危险 | 复检 |
需要复检的声发射源应采用常规无损检测方法进行复检，检测标准分别按JB/T 4730.2～JB/T4730.5执行。
下面以吊钩桥式起重机为例，进行详细说明。
1、被检设备基本情况
设备名称：QD20/10t-22.5m A6吊钩桥式起重机；型式：通用桥式起重机；材质：Q235B。起重机性能参数表见表6。
表6起重机性能参数表
加载史：该吊钩桥式起重机日常工作载荷为8-9t，每月约10次吊重20t，使用半年。
2、检测设备
本次试验采用的声发射系统，可以实现6个通道同时进行声发射特征参数和波形的实时采集。该系统附件主要包括传感器、计算机、电缆等。传感器选用VS150-RIC型声发射传感器，主要频带范围为100-450kHz，前置放大器内置，增益为34dB。
3、试验设置及仪器调试
(1)衰减测量
以日本生产HBΦ0.5mm铅芯折断为声发射信号模拟源进行衰减测量。在起重机箱形梁上盖板(板厚14mm)上布置一个声发射传感器，对距离传感器12m范围内的20个测点依次进行断铅，每个部位进行四次测量，取其平均值；同理，在腹板(板厚6mm)上进行了衰减测量。声发射信号幅度测量结果见表7，幅度衰减曲线如图1所示。
表7声发射信号衰减测量结果
(2)试验仪器设置
在开始检测之前进行背景噪声的测定，然后在背景噪声的水平上再加5到10dB作为仪器的门槛电平值。试验前测量环境噪音，低于35dB，在该噪声的水平上再增加5～10dB作为仪器的门槛电平值，本试验过程中门槛设置为：45dB。
(3)传感器布置及传感器灵敏度测量
试验中，相邻两个传感器应能接收到两者之间的声发射源发出的声发射信号，并能进行正确定位。根据幅度衰减曲线和箱形梁的实际尺寸，本试验中取传感器最大间距为5.5m，传感器布置在箱形梁一侧腹板中间，如图2所示。
传感器布置后，在各传感器旁10mm附近断铅模拟声发射源，每个传感器断铅3次，得到各传感器灵敏度，测量结果见表8。
表8传感器灵敏度测量表
4、加载程序
试验过程中，试验载荷为24t，两次重复加载，分别记录了加载、保载、卸载三个阶段的声发射测试结果。加载程序见图3。
5、测试结果
图4a、图4b、图4c和图5a、图5b、图5c分别为24t两次测试过程的声发射定位图，加载过程两小车轮在定位图中坐标分别为10.5m和13.5m。
6、声发射源的结果分析及评价
声发射源区的划分：本次试验中传感器最大间距为5.5m，根据本发明提出的声发射源区的确定，定义每个源区最大间距为0.5m。
24t载荷下，进行了两次重复加载试验，对于坐标小于4m部分的活度为非活性的源区，这里不进行详细描述和评价。分别定义声发射源区A(5.2～5.7m)、B(10～10.5m)、C(10.5～11m)、D(11～11.5m)、E(11.5～12m)、F(12～12.5m)、G(12.5～13m)、H(13～13.5m)、I(13.5～14m)，各个声发射源区的定位特征如表9、表10所示，表11给出了各源区的结果评价。
表9声发射源区定位事件数(个)
| 定位事件数 | A | B | C | D | E | F | G | H | I |
| 第1次加载 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 | 7 | 13 |
| 第1次保载 | 1 | 3 | 5 | 6 | 2 | 3 | 2 | 4 | 8 |
| 第1次卸载 | 2 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 6 |
| 第2次加载 | 1 | 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 4 | 7 |
| 第2次保载 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 3 | 0 |
| 第2次卸载 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 3 | 2 | 4 |
| 合计 | 5 | 5 | 8 | 10 | 5 | 4 | 8 | 20 | 38 |
表10声发射源区定位事件最大幅度(dB)
| 定位事件数 | A | B | C | D | E | F | G | H | I |
| 第1次加载 | 58.7 | 54.2 | 64.7 | 57.9 | 62.2 | 56 | 64.5 | 71.8 | 66.4 |
| 第1次保载 | 51 | 50.1 | 52 | 51 | 53 | 53 | 57.7 | 55 | 58.2 |
| 第1次卸载 | 56.4 | / | 66.5 | / | / | / | / | / | 62 |
| 第2次加载 | 57.1 | 54.3 | / | / | 58.4 | / | / | 62.6 | 58.6 |
| 第2次保载 | / | / | / | / | / | / | 53 | 52 | / |
| 第2次卸载 | / | / | / | 56.1 | 53 | / | 55 | 64.1 | 60 |
| 最大值 | 58.7 | 54.3 | 66.5 | 57.9 | 62.2 | 56 | 64.5 | 71.8 | 66.4 |
表11声发射源区的结果评价
| 声发射源区 | 位置(m) | 活度 | 强度 | 综合等级 |
| A | 5.2～5.7 | 非活性 | 中强度 | I |
| B | 10～10.5 | 非活性 | 弱强度 | I |
| C | 10.5～11 | 弱活性 | 中强度 | II |
| D | 11～11.5 | 弱活性 | 中强度 | II |
| E | 11.5～12 | 非活性 | 中强度 | I |
| F | 12～12.5 | 非活性 | 中强度 | I |
| G | 12.5～13 | 弱活性 | 中强度 | II |
| H | 13～13.5 | 弱活性 | 中强度 | II |
| I | 13.5～14 | 活性 | 中强度 | III |
由评价结果可知，24t载荷测试过程中，出现了4个I级源，4个II级源和1个III级源。
根据本发明中对声发射源的危险程度评价及复检，只有1个III级源为中度危险源。
在综合等级评定后，需要对声发射源进行复检后才能得出结构中的声发射定位源是否为危险缺陷。声发射源的复检按照前述声发射检测结果评定中(5)执行。如果复检找到试验过程中的定位源位置存在缺陷，则可以判断该定位源为活性缺陷源，如果没有，则可以认为未见活性缺陷源。
根据复检中的规定，本试验后需要对III级源采用其他常规无损检测方法进行复检。通过采用断铅模拟声发射源寻找III级源位置，并采用磁粉、超声进行无损检测，未见危险缺陷存在。由此可得出结论：在本次试验过程中，该箱形梁结构中未见活性缺陷源。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1、一种起重机声发射检测及评价的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在起重机的检测部位设置声发射检测所需的传感器；
对所述起重机进行两次加载循环，记录加载过程的声发射现象，并确定声发射源区，以及确定声发射源的活度和强度；
根据声发射源的活度和强度，确定声发射源的危险程度。
2、如权利要求1所述的起重机声发射检测及评价的方法，其特征在于，在设置所述传感器之前还包括确定传感器间距的步骤。
3、如权利要求1所述的起重机声发射检测及评价的方法，其特征在于，对所述起重机进行两次加载循环中，其中，第二次加载循环最高试验载荷PT0应不超过第一次加载循环的最高试验载荷PT。
4、如权利要求1所述的起重机声发射检测及评价的方法，其特征在于，所述活度包括：强活性、活性、弱活性和非活性；其中，所述声发射源的活度通过以下方法确定：
当所述声发射源区的定位源数随着加载或保载连续出现时，如果所述声发射源区的定位源数的增长速率≥50个/分钟，则所述声发射源为强活性；如果所述声发射源区的定位源数的增长速率≥20个/分钟，且＜50个/分钟时，则所述声发射源为活性；
当所述声发射源区的定位源数随着加载或保载断续出现时，如果在整个加载和保载阶段出现的定位源数不超过5个，或在所有加载阶段定位源总数出现不超过10个，所有保载阶段未出现定位源，则所述声发射源为非活性；如果只在加载阶段出现定位源，且个数在5至15个之间，或在所有加载阶段未出现定位源，在所有保载阶段出现定位源5至10个定位源，或在所有加载和保载阶段均出现定位源，且定位源总数不超过20个，则所述声发射源为弱活性；如果超过上述范围的，则所述声发射源为活性。
5、如权利要求4所述的起重机声发射检测及评价的方法，其特征在于，所述强度包括弱强度、中强度和高强度，其中，当所述声发射源的强度Q小于最小临界值时，所述声发射源为弱强度；当所述声发射源的强度Q大于最大临界值时，所述声发射源为高强度；当所述声发射源的强度Q介于最大临界值与最小临界值之间时，所述声发射源为中强度。
6、如权利要求5所述的起重机声发射检测及评价的方法，其特征在于，
当所述声发射源的强度为高强度，且活度为强活性或活性时，或强度为中强度，且活度为强活性时，所述声发射源的危险程度为高度危险；
当所述声发射源的强度为高强度，且活度为弱活性时，或强度为中强度，且活度为活性时，或强度为弱强度，且活度为强活性或活性时，所述声发射源的危险程度为中度危险；
当所述声发射源的强度为中强度或弱强度，且活度为弱活性时，或强度为高强度，且活度为非活性时，所述声发射源的危险程度为低危险；
当所述声发射源的强度为中强度或弱强度，且活度为非活性时，所述声发射源的危险程度为无危险。
7、如权利要求6所述的起重机声发射检测及评价的方法，其特征在于，当所述声发射源的危险程度为低危险或无危险时，所述声发射源不需要复检；
当所述声发射源的危险程度为高度危险或中度危险时，所述声发射源需要复检。
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