黄建明实战案例专栏 | 【案列12】火灾后塔式起重机案例分析

文章来源:微信公众号:航空无损检测
12 火灾后塔式起重机案例分析

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一个人的价值不要用金钱来衡量,要看到他是否能为别人带来多少价值,是否有被其他人利用价值才实在。



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本系列专栏案例均在夏紀真老师的网站发布过,经作者本人修改和补充后,由本公众号发布,以满足当下年轻人互联网浏览习惯。

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实战案例专栏 /   案例12

1987年某日,位于香港的一座正在兴建中的高楼大,发生四级大火,连续烧了六小时。


由于大火在楼高47层位置,消防车的云梯无法到达,只好动用当时香港皇家空军直升机协助在上空投水弹灌救,成香港一大新闻。


建筑用的塔式起重机(Tower Crane)正置身于大火之中,情非常严重…。


建筑公司的李先生打电话给我说,在顶楼上的一部天秤(塔式起重机)在大火中烧了六个小时,不知是否有损坏,现在正准备将它其中被烧过的框架柱梁(Mast)拆卸下来,更换新的框架柱梁(Mast)上去,但是又担心天秤的框架结构有严重的疲劳损坏问题,怕在拆卸时发生意外,问我有什方法可以证实材料的破坏程度,即最终目的:到底是否可以拆卸?


我说:“我本身不是做失效分析的,也不是材料力学专家,我不懂亦不会做。”


“哪你有没有相熟的人会做?”他说。


我突然想到城市理工学院,即现时香港城市大学有位教授,他是这方面的专家,故我马上打电话给他,可是电话只接驳到留言信箱,原来他出差英国不在香港,所以我告诉李先生我没有办法了。


他说:“时间相当紧迫,请尽快帮我解!因警方在楼下封路,停一天就罚款10万元啊!请帮我想想办法。”


(资料图,非案例现场图片)


我们知道通常最可靠的方法是做机械性能测试和化学分析,直接在被烧过的结构处取样做试验。


但是在这种情况直接取样是很危险的,万一所取位置出错,将随时会发生意外倒塌;


如果取样不准确,也难保全面证实材料结构问题,现场环境以及时间上也不可能这样做,故我们只有从最简单和比较有效的方法去解问题。


详细分析后,我提出了四个无损检测(NDT)方法:


1. 外观目视检测 Visual Inspection

2. 硬度测试 Hardness Test

3. 磁粉探伤 Magnetic Particle Inspection

4. 超声波检测 Ultrasonic Test


(图 1  现场被烧后塔式起重机)


外观检测:


由一位有经验的检验员,带备单镜反光相机和低倍数放大镜 (25倍/直径50mm),到现场详细地观察。


首先由整体结构来看,用眼睛看和再用手动对焦的相机远距离看天秤是否有明显的弯曲变形,因天秤本身负担着平衡块,也有十几吨重,如果大火的温度把天秤的支架烧得发红时,它肯定是会弯曲的。


在没有明显的结构变形后再靠近天秤做近距离检查,看被火烧过的位置外皮色, 特别是多焊缝的接头位置,因为焊接过的位置多数有残余应力,当再次受到破坏时也是容易 产生裂纹的位置。


再看天秤周围的环境及其他材料构件的损坏程度,例如电缆线等等,附近是否有大量可燃烧的材料,例如木材、发泡胶、橡胶、油渣等等。


我们在走上大楼时看见在47楼下有一层的混凝土地板给大火烧穿了一个大洞,钢筋就像被拉长了的橡皮筋一样,一条条地悬挂在穿洞位置,附近还有很多木板和发泡胶等可燃烧的建筑废料,工人把这些建筑废料集中堆积,正准备下楼运走,事后调查可能是有工人留下烟蒂造成火灾,可以肯定是这些材料把楼板给烧穿的。


硬度测试:


硬度测试可以给我们提供一个有用的参考数值。我们查到天秤所用的材料是BS4360–50C,它的正常硬度值是在 HV150-250范围。


然后到现场分别在被烧得最严重的位置与完全没有烧过的位置做测试,比较它们的硬度值后就可知道是否有问题。


因温度的变化会直接影响到硬度的变化,而硬度也能反映出材料的一些机械性能。


大火发生时天秤置身于熊熊大火中,温度是相当高的。但是谁也不知道准确的温度,我们知道钢的材料温度达到某一临界温度时(大约600 - 750℃),这时用水突然浇下其硬度肯定会高很多,而它的机械性能会变得硬和脆。


从报纸和电视上我们看到当大火燃烧时直升机在上空不断地投放水弹救火,大火如果将钢结构件烧红时(大约600-750℃)又突然遇水冷却,这就相当于成淬火状态,而且是有盐份的海水,其金属硬度一定会很高;


当高出某一数值时,材料将发生疲劳,也就是说容易发生脆性断裂,若在这个时候贸然拆卸天秤将是很容易发生意外的。


故我认为测试硬度是一个有效的方法,有资料作参考再作简单比较就能解问题。


(1).首先查出原材料 BS4360- 50C的角钢焊接成的框架柱梁,材质硬度值在 HV150- 250范围;

(2).在被火烧得最严重的位置测试硬度;

(3).在完全没有被火烧过的位置测试硬度。


将三者进行比较后就知道是否有变化。


我采用便携式的超声波硬度测试仪,分别在被火烧得最严重的位置以及上下完全没有被火烧的位置测试硬度,最后测出的结果显示HV195-230正常范围没有明显的差异。


再看四周的环境,天秤本身结构没有什么可以燃烧的材料,而且四周只有几块1/2”厚的木板燃烧,可以清清楚楚地看到天秤只是在靠近木板附近的位置,表面油漆被烧掉,其他位置完整无损。几块板的燃烧能量是不足以将钢烧至 600℃以上的。


我们还清楚地看见直径大约20mm的铜质电缆只是表面的胶皮层被烧掉,而裸露的铜线则完全没有受损和变形现象,说明当时的温度是远远低于600℃以下,也就是说即使用海水也不可能淬硬钢材了。


磁粉探伤和超声波检测:


及后,将主要受力位置和焊缝接头的位置做磁粉检测和超声波检测。


因为焊缝通常有残余应力,再加上受大火烧过,温度变化加速应力变化而产生疲劳裂纹。


由于天秤是钢结构的导磁性材料,磁粉探伤方法对钢结构材料是非常适合的,很容易将表面和近表面的裂纹检测出来;


超声波检测方法主要针对内部缺陷或者裂纹,将两者配合起来进行检测,可以把内外缺陷都检测出来。


这样地组合几项NDT方法是有效和可靠的,最后在检测后没有发现任何缺陷


综合以上几种无损检测方法,我们认为这部被火烧过的天秤其钢结构是没有任何疲劳问题,情况是良好的,可以拆卸更换框架柱梁。


我在现场向来自香港政府机电工程署、警方、保险行业、业主以及建筑公司的代表解释了上面的检测结果。


最后我说:“这部被火烧过的天秤其钢结构没有任何疲劳问题,情况是良好的,可以拆卸更换框架柱梁。”


大家都同意我的看法。


建筑公司的李先生很高兴这个检验结果,他又指着另一个被火烧过的石屎泵(混凝土泵),问我:“阿黄,你再帮忙看看那台石屎泵(混凝土泵)有没有问题,可以吗?”


我顺着他手指的方向看过去,一个被烧得黑黑的、已经严重变形的圆柱体。


我说:“Total Loss (全部报废),因石屎泵(混凝土泵)的圆柱体的油缸中装有大量的油压系统机油,大火烧着后可以烧到很高很高的温度,这就难怪我们从电视中可以看到喷火的情景,就是这个石屎泵(混凝土泵)喷出来的火了,你们看它已经严重变形了,全部报废我看都也不过10万元吧,不用检测了!”


在场的人都认同连保险公司人员也同意我的看法。


我就是这样轻轻松松地用最普通的常识(Common Sense) 解这个火灾后的失效分析案例。


(图 2  火灾后塔吊现场检测)

后记


后来香港城市大学那位教授,他从英国回香港后打电话给我,问之前打电话找他有什么事。


我告诉他,客户想找失效分析专家,评估火灾后天秤的钢结构问题。


他说,他在英国也看到这场大火的报导,便又问我后来是怎样解决的呢? 


我就把我以上做法告诉他。


(图 3  火灾后,现场检测时留念)


他听我说完后说:“你的做法完全正确,如果是我接下这个项目我还要找你帮忙做NDT检测的。唯一做错的一件事收费太少了!人家都告诉你一天罚10万!你却只收几千元…。”


这方面我的确不会做生意也不会赚大钱。但是,在我后来的几十年NDT检测生涯中得到更多,因为客户的信任和口碑用金钱是买不到的。


我认为一个人的价值不要用金钱来衡量,要看到他是否能为别人带来多少价值,是否有被其他人利用价值才实在,总之在香港能让我从事NDT事业我就感恩知足了。



关于作者



黄建明 长期从事在役无损检测技术工作近40年。任职于香港安捷材料试验有限公司,北京理工大学珠海学院“应用物理(无损检测方向)”本科专业兼职教授。美国焊接学会会员,美国无损检测学会会员,中国机械工程学会会员暨无损检测分会理事。英国焊接和无损检测人员考试发证章程(CSWIP)焊接检验督察,英国无损检测人员考试发证章程(PCN)II级焊缝射线照相评片员,美国焊接学会(AWS)高级焊接检验督察,AWS焊接导师,美国无损检测学会(ASNT)NDT检验师-UT、RT、MT、ET III级(高级)技术资格,中国机械工程学会无损检测分会RT、UT 3级(高级)技术资格。


联系方式:

邮箱:kmwong@aes.hk

公司:香港安捷材料试验有限公司 


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