1起重机械种类繁多，不同的起重机械应按其设计、制造、检验、试验、验收等技术条件进行检测，针对不动部件和特殊结构易产生的缺陷类型而采用不同的无损检测方法。目前，起重机械的无损检测暂无专用标准，常规的无损检测方法主要参照JB/T4730―2005《承压设备无损检测》、GB11345―1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》等进行，用在起重机械上的无损检测方法主要有：目视检测、磁粉检测、超声检测、应力测试及振动测试等。由于常规的无损检测存在对几何形状的敏感性较高、需要接近被检对象、只能进行局部扫描、需要停机测试等不足，而大型起重机械结构庞大、形状复杂，工作环境恶劣，因此，常规方法要么无法检测，要么容易造成漏检，不能对金属结构进行有效的完整性评价。
2声发射技术的概念
声发射（AcousticEmission，简称AE）是指材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象，有时也称应力波发射。声发射检测技术就是利用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术，将声发射仪器形象地称为材料的听诊器，其原理如1所示。
随着声发射技术的发展，声发射技术已广泛应用于许多领域，主要包括压力容器、管道(管道气体减压阀的适用范围)、常压贮罐、桥梁、大坝等的缺陷检测和结构完整性评价、水泥结构裂纹开裂和扩展的连续监视等。相比其他常规无损检测方法，其在大型结构缺陷检测、完整性评价方面优越性得到了充分的体现，主要表现在以下3个方面：
（1）声发射技术被动接收来自材料缺陷自身产生的信号，而不检测非扩展的无危害性缺陷，同时可以利用时差等进行定位，因而其价值更大；（2）声发射技术对结构的形状、尺寸不敏感，对大型结构能进行大面积、整体性检测，在一次试验中，能够整体探测和评价整个结构中活性缺陷的状态，对于结构复杂、体积庞大的大型起重机械，能够获得更多的结构信息，有利于完整性评价；（3）声发射技术能够在线检测、监测活性缺陷，对于受力情况复杂的起重机金属结构，相比超声、磁粉检测效果更好、更真实，同时可以减少检验中不必要的停机。
因此，声发射技术可以弥补常规无损检测方法的不足，实现结构状态的整体检测、监测，具有重要的工程应用价值和实际意义。本文在分析声发射检测技术在起重机械无损检测方面国内外研究现状的基础上，分析了研究的主要路线和需要解决的主要问题，并对进一步的研究进行了展望。
3起重机械声发射检测技术的研究现状
31标准
20世纪80年代，国外的标准化组织如美国材料试验协会（ASTM）和机械工程师协会（ASME）、日本无损检测协会（NDIS）、法国及欧洲声发射工作组（EWGAE）等，相继提出了有关声发射检测标准和规范，包括术语、检测仪性能测试和检测方法，其中美国ASTM标准数量最多，而且配套。在我国，已经制定了金属压力容器、复合材料等相关领域的国家标准或行业标准。
声发射检测在起重机行业的标准主要是美国ASTM的F914―2003《不带附加载荷调节装置的高空载人吊车声发射标准检测方法》、F1430―2003《带附加载荷调节装置的高空载人吊车声发射标准检测方法》等。ASTMF914―2003给出了载人升降吊车的标准试验方法：合理布置声发射传感器，通过给设备施加预定载荷―――2倍的额定载荷，利用AE传感器监测来自结构活性缺陷的声发射信号。载人升降吊车加载过程要平稳缓慢加载，直到达到预定载荷，并保持一定的时间；卸载后，重复进行2次加载。记录2次加载过程中声发射信号的特征参数，主要包括各通道的声发射事件、计数与时间或载荷、能量分布与时间或载荷、载荷与时间的数据。根据记录结果，由检验人员对AE源的性质进行正确判断。
在我国，尚无起重机声发射检测方面的标准。
现行的标准主要有GB/T1260414―2005《声发射检测术语》、GB/T18182―2000《金属压力容器检测方法》、JB/T8283―1995《检测仪性能测试方法》、QJ2914―1996《复合材料构件检测方法》等，尚无起重机声发射检测方法相关标准。在金属压力容器检测方法中，主要是利用AE源区的事件数进行源活性等级的划分，利用能量、幅度或计数参数来进行源的强度等级划分，根据源的活性和强度，进行综合等级的划分。这些标准，为在起重机行业的研究和标准制定提供了重要参考依据。
32应用研究
全球工业的发展，各国产品、贸易的往来大都利用起重机械进行装卸，对这些设备（新设备或在役设备）的缺陷评价是很有必要的，因为它决定了设备的质量。目前，声发射技术在运动设备上，主要应用于轴承、变速箱、钢丝绳等的状态监控，同时在起重机金属结构方面也有一定的研究。
Balerstont早在1969年就利用声发射技术进行了旋转轴承人工自制缺陷的识别，这可能是在轴承状态监控方面最早的应用。Catlin在众多的瞬态和随机声发射信号中，探测到不平衡、未对准、松动、轴弯曲等4种影响轴承状态的声发射频率分布，同时指出，高频声发射信号衰减速度很快，因此，应将传感器尽可能放置在接近轴承的位置。
Yoshioka和Fujiwara也证实了利用声发射参数在轴承允许的振动加速度范围内能有效地识别出缺陷，同时，在止推滚珠轴承的失效测试中，能识别出声发射源的产生。
Miyachika对3个模数、压力角、齿数相同的正齿轮轮齿弯曲失效进行了声发射研究，其中2个齿轮进行了表面硬化，但深度不同，分别为10mm和8mm.在失效测试中，观察到在形成裂纹前，2个表面硬化的齿轮其声发射累积事件数和事件计数率有明显的变化。Miyachika指出，利用声发射技术进行裂纹形成预测对表面硬化齿轮是有效的，对于普通齿轮比较困难。李琳从弹性力学的能量理论角度，推导出了齿轮齿表疲劳裂纹在扩展时的能量关系，构造了齿表疲劳裂纹在扩展时产生的声发射信号的理论模型，说明了影响声发射信号能量强度的主要因素为裂纹扩展时间、形变体积及载荷和弹性模量的变化率，从理论上证明了声发射技术用于检测疲劳磨损的可行性。
尹万全等将声发射技术用于钢丝绳的断丝检测，通过定量检测研究，利用AE撞击信号等参数实现了断丝的定量化表示，邵永波等利于波形分析方法，表征了断丝是事件的AE定量化表示，利用类内类间距离和二维图示法，分析了断丝AE特征，建立了基于Fisher准则的分段线性分类器，以实现断丝事件的自动检测。
声发射技术在起重机金属结构缺陷检测和结构完整性方面的研究还很少，国内外这方面发表的文章很少，国内仅有几家单位和学者在做这方面的尝试，还没有一种成熟的研究和应用方法。骆红云等对港口装卸设备翻车机的C型环和装船机的主梁关键部位进行了声发射技术测试，翻车机和装船机现场工作环境恶劣，作者通过对C型环和主梁关键部位进行区域、线性和平面等多个定位阵列，同时进行监视，在翻车机C型环试验中，通过及时调整传感器布置，尽量避免噪声的影响，并对声发射源进行了级别划分，文中提到根据声发射集中度和数量进行了严重次序划分，没有给出具体的划分依据及相关的参数信息。研究表明，通过适当的调整传感器布置、设置一定的滤波条件，可以在一定程度上屏蔽掉设备运转引起的噪声和振动。
在加载中，声发射技术能整体探测和评价整个结构中活性缺陷的状态，对于大型起重机械的结构完整性评价有重要意义。Gordon等将声发射技术用于吊杆起重机吊杆的缺陷定位和结构完整性评价。Gordon通过在吊杆中间部位施加压力，按照一定的循环顺序加载，获取结构的声发射信号，据费利西蒂比、β值等参数，对声发射源进行强度等级评价。其研究结果表明，声发射技术适用于起重机吊杆的完整性评价，相对于仅仅利用载荷进行测试，利用AE定期测试能提高对起重机吊杆的信息收集能力。另外，Gordon提到，要实现完整性评价，需要进一步对可能出现的故障进行区分。
33原因分析
虽然声发射技术在起重机检测中优于常规的无损检测方法，却在起重机中应用的很少，据调查得出以下几点原因：
（1）在法规标准方面，国内虽有起重机械检验方面的要求，但尚无无损检测的专用标准；（2）前些年声发射仪器都是进口的，价格昂贵，限制了该技术在起重机械检测中的推广；（3）声发射技术对人员的要求较高，比如信号处理、源模式识别，而目前在起重机械检验中还缺乏会利用该手段的人员，缺少相关方面的知识和培训；（4）起重机械尤其是港口起重机械设备，体积庞大，结构复杂，对声发射的定位功能缺乏信心；（5）服役10年左右的起重机金属结构中，裂纹是常见缺陷，对活性裂纹的危害性缺乏足够的重视。
随着声发射技术的进步，国内外相关标准的制定，为其应用提供了技术基础和政策保证；国产仪器的开发，使声发射仪器的价格大幅度降低，定位精度也大幅提高。为声发射技术在起重机无损检测、结构完整性评价方面的应用研究提供了可能，也对起重机械声发射检测方法的标准制定提供基础。
4声发射检测方法的研究思路和重点
结合起重机械自身结构及工作特点和声发射检测方面的经验，应该按照如下思路开展声发射技术的研究：①通过实验室研究，获取起重机械常用钢材裂纹等缺陷的声发射源典型信号；②通过现场获取起重机械中常见的声发射源典型信号，如氧化皮剥落、电子噪声、机械摩擦、撞击等；③利用小波分析对典型声发射信号进行处理，提取特征参量；④建立人工神经网络模式识别模型，实现典型声发射信号的模式识别；⑤通过现场试验测试模式识别模型的有效性，并对声发射源进行复验；⑥提出起重机械声发射检测方法。
起重机械声发射检测方法研究的重点在于：
（1）典型声发射源的获取。由于声发射现象的普遍存在，对材料甚为敏感，易受外界机械、电子噪声的干扰，而起重机械工作环境恶劣，现场噪声干扰较多，只有获取了典型声发射源的信号，才能进一步分析和判别，因此典型AE源的获取很重要，同时也比较困难。
（2）声发射信号处理技术。按处理信号数据类型的不同，声发射信号处理技术分为2种：一是AE信号特征参数分析法，利用信号分析处理技术，处理声发射仪采集的AE信号特征参量，主要有幅度、能量、计数、事件、上升时间、持续时间和门槛等，这些统计参量为工程实际应用带来极大的方便，如美国的ASTM和ASME标准，以及我国的标准GB/T18182―2000等都是以声发射的参数来进行监测对象的无损评价和安全性评价；二是波形分析法，直接以声发射信号波形为处理对象，根据所记录信号的时域波形及与此相关联的频谱、相关函数等来获取声发射信号所含信息的方法，常用的波形分析技术有频谱分析、小波分析等，理论上讲，波形分析应当能给出任何所需的信息，因而也是表达AE源特征的最精确的方法，并可获得信号的定量信息。采用小波分析方法进行AE信号处理，进行信号时域和频域特征分析，对于正确认识AE源特性、提取特征参量具有重要的作用。
（3）声发射源的模式识别问题。为了进行更有效的AE源识别，可以采用人工神经网络方法进行模式识别。人工神经网络方法可以克服AE信号处理中存在的AE源模式不易区分、不易识别，以及在信号处理过程中的人为干预、效率低等问题。因此，模式识别方法的研究，将为工程应用提供很大的帮助，更利于其应用和推广。
5结语
（1）分析与研究表明，声发射技术可以在起重机无损检测、结构完整性评价中得到应用，但还需要通过开展进一步的实验和现场研究获取起重机典型声发射源信号，建立数据库，才能为下一步工作开展提供基础；（2）需要制定该方面的标准，来规范检测方法和结果的评价，为其应用提供制度支撑；（3）根据起重机械的特点，开发专用的声发射仪器和分析软件，为其推广提供技术支撑。
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