看见裂纹了吗

看见裂纹了吗 Is your crack showing? （今日起重机）
检验专家Richard Seals在文章中介绍了无损检查技术以及寻找疲劳裂纹的方法。

起重机在作业时所有的结构件都要经历加载和卸载过程。这一过程产生的循环应力最终将导致结构件出现疲劳裂纹。虽然裂纹一开始非常小，但随着时间的推移，裂纹逐渐变大．从而削弱了结构件的强度，使其再也不能承受原设计的载荷。如果结构件上某一部位承受不了这一载荷，起重机就会因结构件失效而翻到。现代起重机的结构件重量轻、柔性好，具有相当的抗疲劳能力。
如果仔细观察一辆昂贵的比赛用或旅行用自行车的车架，人们会发现它的焊缝十分完美，过渡非常平滑，看不见打磨的痕迹，没有任何会造成应力集中的焊瘤、碰伤或褶皱。
与一台赛车相比，起重机就显得粗糙得多。建筑工程可能很艰苦，对起重机的使用可能非常粗暴。有时最糟的情况是，在没有多少工程技术的支持下进行快速焊接修补。这种粗糙的修补会产生应力集中点，每一点都是疲劳裂纹产生和延伸的导火索。
裂纹的形成需要花很长时问。疲劳裂纹寿命周期中有大约80～90％是微观裂纹，这就意味着裂纹只能在其寿命周期最后的10-20％时才可以探测到，并在结构件发生灾难性失效时结束其寿命。如果在一个检查周期内漏掉了一些细微的裂纹，它们就可能在较短的时间内发展成断裂。

检查那些部位 疲劳裂纹总是从一些缺陷开始的。比如焊接有瑕疵、偶然或粗心的热切割、不同心以及其它结构件设计不合理等等，这些都是产生疲劳裂纹的缺陷。
裂纹的发生并非只在有缺陷的地方，在刚度较大的地方也会发生!当起重机装卸载荷时，结构件必然要挠曲和伸展，结构刚度过高的部位会迫使挠曲和伸展转移到其他地方。应力一般集中在刚度突然由弱变强的过渡处，这种刚度的突然变化是为了防止较弱部分屈服于应力而对其局部进行了加强的结果，而实际上如果没有局部加强的状况，过载工况也许不会发生。因此检验员必须把截面的每一突然变化处都包括在检查计划中。截面的变化到处都有。
在桁架臂支撑杆与弦杆的焊接处，弦杆的强度比支撑杆的强度要高。两个部件的连接处较厚，而未连接处则较薄，这就意味在支撑杆的焊缝边缘处容易产生裂纹。
当将加强板焊接到主板侧面时，两块板在远离连接处挠性较大(强点)，在焊接处刚性较大(弱点)。所以．加强板两面的焊缝都有开裂的可能。这与其中一块板是否承受载荷没有什么关系。如果走台板、通道板或操纵室与臂架弦杆焊接在一起，它们则要承受弦杆的载荷。因此，对这些部件的焊接端面都需要进行检查。
三块板焊接在一起具有巨大的刚性。如果焊缝牢固且没有缺陷，是不会产生导致裂纹出现的明显应力。但是，刚性过高会使最小的缺陷都能成为裂纹的开端。另外，假如三条焊缝的相交点被切掉，应力就会大大减少，然而这却不是一个完美的解决方案，因为热切割和焊接端潜在的缺陷，仍然留存在这个非常难焊接的地方。
不同国家在板的相交点设计细节上有所不同。重要相交点本身就是应力最高处．同时也是最难焊接的地方，并且检查也较为棘手。所以相交点是仔细检查疲劳裂纹的重点．更需要仔细。
每位检验员一般都把较大和较重要的部位列在日常检查表上，这些项目包括臂架弦杆接合处、支撑杆与弦杆连接处、以及吊钩、各处支架和悬挂的连接处。不仅对这些部位要经常不断地、仔细地进行检查，对具有上述现象的次要部位也必须进行检查。
有些结构件强度的减弱也许是由于用户白行更改造成的，任何对连续应力流的干扰都会造成这种强度的消弱。人们经常忽略的一个例子是，为防止销轴窜动出孔或防止螺帽松动．会在结构件上加焊一个20×20 mm见方、l00 mm长的挡块。通常这个挡块的焊缝很小．就这样一个小焊件可能制造了疲劳裂纹，因为它的作用相当于承载部件的一部分，它被焊接在这个部件上，分担了这个部件应承受的载荷，而原设计中载荷是由这一部件承受的，焊件消弱了这一部件的强度。
这不是百里挑一的例子，我曾经多次发现这样的情况。即便是这样，我断言还会有漏检的时候。
疲劳开裂几乎总是起始于结构件表面，所以开始时应采用目视方法检查外部裂纹。目视检查迅速、简便而且有效。在不易靠近的情况下，可采用望远镜来检查．必要时攀爬的检查方法也是不可少的。
部件出现整体断裂的情况非常稀少。检验员一般认为，如果涂漆下面的材料移动便会牵连漆层开裂，就像地震一样．所以先要寻找涂漆表面的裂纹。起重机大多都是停放在室外，这使寻找裂纹的过程比较容易．因为漆面开裂后．钢材会因与雨水或含盐空气接触而生锈．这些生锈的红褐色斑点暴露了裂纹生成的地方。但也难免会存在一些假象，并非每一锈蚀点都是由裂纹造成的。
检查裂纹的技术方法，一种是利用自然光或使用便携式灯光装置进行检查．也可附带一个小的放大镜。用这种方式检查起重机的裂纹，在白色或黄色部件上比较容易，在黑色部件上较为困难，当然在红褐色部件上也不成问题。有油腻的地方是不会生锈的，铝材和不锈钢都不会生锈，但我从未见过起重机采用不锈钢的。而对铝材结构的检查则是另外一个话题。
当起重机上生成了大片锈斑，再通过寻找锈蚀点去发现裂纹就比较困难了。许多锈斑是由结构件上的缝隙引起的，例如不易涂上油漆的夹缝处，这些地方看上去总像一条类似裂纹的线，应注意对其做进一步的检查，因为缝隙是疲劳裂纹的始作俑者。锈斑如果不靠近节点或连接处可能与裂缝无关。采用涡流检查是发现裂纹的另一种手段。
涡流检查是用一根很小的电子探头沿焊缝边缘移动，利用探头发出的电磁场与线性缺陷(裂纹)部位相互产生作用．来进行缝隙探测。采用这种涡流检查的优点是，检查时一般不受漆层(无论完整或开裂)、润滑脂、油、湿潮气、轻度灰尘、污垢、锈迹锈斑的影响。尽管这种用探头沿焊缝边缘(疲劳裂纹处)进行精确操纵的检查方法看似有些过分，但检查进展得却十分迅速。开裂的金属会显示读数，而开裂的漆面则不会显示，所以能从目视检查出来的锈蚀中立刻探测出是否有裂纹，探测l00 mm长(平均锈度指示)的焊件大约需要一分钟。当然．涡流检查可以探测经目视检查并无裂纹痕迹的焊缝．所以涡流检查是对重要焊缝的补充检查手段。
磁粉检查是一种确定铁磁金属(钢)中裂纹的最权威手段。检查时，具有吸力的磁粉直接在试件的缺陷部位形成一条肉眼可见、与缺陷同形状的线条。如果检验员熟知焊接工艺过程和焊接缺陷特征，就可区分出线条上细微差别的含义，判断是否有不完全熔焊、咬边、重皮或者是裂纹。通常检验员能够据此得出裂纹是出现在焊接时还是发生于维护保养时。
射线检查(RT)一般被称为X射线检查。射线检查对于发现疲劳裂纹并非十分有效，而对于发现具有体积特征的焊件瑕疵却很有效。焊渣室和焊接气孔具有这种特征，射线检查能够很准确地找到它们。由于疲劳裂纹几乎总是十分细小(约0．O2mm宽)，所以，裂纹实际上没有体积。因此射线检查几乎从未被推荐用于对钢结构的疲劳裂纹探伤。还有其它几个令人信服的理由表明射线检查不利于检查疲劳裂纹。
确定缺陷类型，是检查计划中一个重要步骤，尤其在初期。一旦发现缺陷及其特征，应适当调整检查手段以确保检查方法是针对这一类型缺陷的。如果发现了疲劳裂纹，检查工作则锁定目标．并就此进行专项检查。另一方面．如果找出的是焊接时形成的开焊或者不完全熔焊．或许就没有疲劳裂纹的问题了。
有效的检测方法应按下列步骤进行：l)、目视检查寻找锈蚀点；2)、对所有可疑斑块采用涡流检查；3)、对不能进行涡流检查的斑点采用磁粉检查。我们不要争论不除去高应力处漆层而发现裂纹的方法是否有效这一话题，还是应该尽量采用目视检查、涡流检查和磁粉检查这些传统的检查方法，因为少数被检点需要反复地检查，然而一旦除去焊接连接处的漆层，就没有任何东西可引导检验员的检查了。再者．预先清洁和重新涂漆与检查阶段相比，可能耗费的时间和资金更多。