煤礦機(jī)械軸類超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

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1超聲檢測(cè)（UT）

超聲檢測(cè)是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的一種，是通過(guò)超聲波進(jìn)入物體遇到缺陷時(shí)，一部分聲波會(huì)產(chǎn)生反射，接收器接收反射波，并對(duì)反射波進(jìn)行分析，精確地測(cè)出缺陷，并能確定缺陷位置和大小的一種檢測(cè)技術(shù)。超聲檢測(cè)適用于探測(cè)被檢物內(nèi)部的面積型缺陷。超聲檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是穿透力強(qiáng)、設(shè)備輕便、檢測(cè)成本低、檢測(cè)效率高，能即時(shí)得到檢測(cè)結(jié)果，又能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，在缺陷檢測(cè)中對(duì)危害性較大的裂紋類缺陷特別敏感等。

2煤礦機(jī)械運(yùn)行現(xiàn)況

煤礦采用的大部分機(jī)械設(shè)備都在粉塵、潮濕、有害氣體等惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，時(shí)常會(huì)受到巨大沖擊載荷，且長(zhǎng)期處于高強(qiáng)度運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。高速運(yùn)行、重載的工作環(huán)境所產(chǎn)生的交變載荷，非常容易使材料的內(nèi)部缺陷或主軸加工過(guò)程中因加工工藝產(chǎn)生的缺陷擴(kuò)大，形成危險(xiǎn)性裂紋。還有司機(jī)操作不當(dāng)、設(shè)計(jì)安裝、主軸鍛造等帶來(lái)的缺陷，主軸本身在運(yùn)行過(guò)程中材質(zhì)強(qiáng)度和剛度發(fā)生變化等產(chǎn)生疲勞裂紋，如果這些危險(xiǎn)性裂紋不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，就有可能導(dǎo)致機(jī)械主軸突然斷裂，引發(fā)重大安全事故，將給礦方帶來(lái)不必要的損失。

3煤礦需要檢測(cè)機(jī)械主軸

需要檢測(cè)的主要主軸有：主通風(fēng)機(jī)主軸、提升機(jī)滾筒主軸、天輪主軸、輸送帶機(jī)滾筒主軸、罐籠或箕斗提升主軸、架空乘人裝置驅(qū)動(dòng)輪與迂回輪主軸等。上述主軸由于受到組裝在軸上的結(jié)構(gòu)件約束或覆蓋，這些部件所在軸上的部位正是應(yīng)力集中、易產(chǎn)生表面或內(nèi)部裂紋的區(qū)域，如采用其他無(wú)損檢測(cè)方法檢測(cè)，需把這些組裝部件全部從主軸上分解拆卸下來(lái)，這樣做不但浪費(fèi)大量的人力物力財(cái)力，而且直接影響煤礦正常生產(chǎn)。為解決這一難題，更好地為煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行提供條件，采用超聲檢測(cè)對(duì)主軸進(jìn)行不解體檢測(cè)，效果會(huì)更好些。

4機(jī)械主軸超聲檢測(cè)技術(shù)

4.1準(zhǔn)備工作

4.1.1掌握被檢機(jī)械主軸現(xiàn)實(shí)狀況檢測(cè)人員到達(dá)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)后，首先與礦方溝通，索要有關(guān)機(jī)械主軸的基本資料，根據(jù)提供的資料掌握主軸采用的材質(zhì)、熱處理狀態(tài)、幾何形狀、尺寸、組裝件結(jié)構(gòu)及數(shù)量、受力狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件及環(huán)境等現(xiàn)實(shí)狀況，為超聲檢測(cè)提供條件。其次，根據(jù)掌握的資料情況，與礦方制定檢測(cè)計(jì)劃。

4.1.2超聲檢測(cè)部位的選擇根據(jù)主軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，受力狀況，應(yīng)力集中的程度選擇主軸的聯(lián)軸器變徑部位、滾筒與主軸連接部位，主軸與電機(jī)固定端的變徑部位、鍵槽的根部等作為重點(diǎn)超聲檢測(cè)部位。

4.1.3超聲檢測(cè)面清理在選定的檢測(cè)部位用棉紗清理污染物、用砂紙打磨銹蝕處等。

4.1.4探頭和標(biāo)準(zhǔn)試塊選擇超聲檢測(cè)時(shí)，根據(jù)被檢主軸的材質(zhì)晶粒度狀態(tài)選擇探頭，一般超聲波檢測(cè)選用2.5MHz的探頭即可。標(biāo)準(zhǔn)試塊根據(jù)被檢主軸的形狀、長(zhǎng)度選用CS-I、CS-2C、CSK-ⅢA、CSK-ⅡA、RB-2等型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)試塊作為超聲檢測(cè)靈敏度校驗(yàn)。

4.1.5儀器靈敏度調(diào)節(jié)檢測(cè)儀器靈敏度通過(guò)調(diào)節(jié)超聲波探傷儀上的[增益]、[衰減器]、[發(fā)射強(qiáng)度]等旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。徑向檢測(cè)時(shí)采用直探頭檢測(cè)方法，直探頭靈敏度調(diào)節(jié)有工件底波調(diào)節(jié)法和對(duì)比試塊法。當(dāng)徑向主軸長(zhǎng)度S≤3N(近場(chǎng)區(qū))時(shí)采用試塊對(duì)比法，S＞3N(近場(chǎng)區(qū))的主軸采用大平底底波調(diào)整法調(diào)整檢測(cè)靈敏度。斜探頭檢測(cè)靈敏度調(diào)整是利用CSK-IIA或者RB-2試塊將檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度調(diào)整為Φ2或Φ3水平。

4.1.6耦合劑的選擇超聲波檢測(cè)中常采用機(jī)油、變壓器油、甘油、水、水玻璃作為耦合劑。

4.2主軸超聲檢測(cè)方法

主軸超聲檢測(cè)采用直探頭和斜探頭兩種探頭，直探頭主要檢測(cè)主軸的裸露部位，斜探頭主要檢測(cè)主軸的聯(lián)軸器變徑部位、滾筒與主軸連接部位，主軸與電機(jī)固定端的變徑部位、主軸與風(fēng)機(jī)扇葉連接部位、鍵槽的根部等。

4.2.1直探頭掃查

1）徑向掃查：讓礦方用扳手打開主軸端蓋，在主軸端部涂上耦合劑，將縱波直探頭放置主軸端面以壓力為0.5～1kg、20～50mm/s速度做100%掃查，掃查過(guò)程中要用探頭呈“W”型重疊掃查。探頭掃查的同時(shí)，應(yīng)隨時(shí)觀察儀器屏幕的波形變化并對(duì)有關(guān)顯示的信息逐一判斷。

2）周向掃查：在主軸裸露部位涂上耦合劑，用直探頭以同樣的壓力和速度做100%掃查周向的全方位掃查。直探頭掃查的同時(shí)，并隨時(shí)觀察儀器屏幕的波形變化，對(duì)有關(guān)顯示的信息逐一判斷。

4.2.2斜探頭掃查主軸的聯(lián)軸器變徑部位、滾筒與主軸連接部位，主軸與電機(jī)固定端的變徑部位、鍵槽的根部等未裸露部位采用橫波斜探頭檢測(cè)技術(shù)，以0.5～1kg的壓力、20～50mm/s的速度沿主軸徑向100%掃查。

5缺陷定位、定量、評(píng)定

5.1缺陷定位

缺陷定位就是根據(jù)探傷儀器示波屏上缺陷回波的水平刻度值與掃描速度來(lái)對(duì)缺陷進(jìn)行定位。直探頭縱波檢測(cè)時(shí)，儀器時(shí)基線掃描線按照1︰n的比例調(diào)整好以后，從儀器水平刻度上缺陷波的位置，可以直接得到缺陷離探測(cè)面的距離。例如：時(shí)基線按聲程的1︰2比例調(diào)節(jié)，主軸底波應(yīng)在10格出現(xiàn)，當(dāng)在6格處出現(xiàn)缺陷波時(shí)，那么該缺陷離開探測(cè)面距離為：2×60=120mm。橫波斜探頭檢測(cè)主軸時(shí)，缺陷位置可由折射角(β)和聲程x來(lái)確定（極坐標(biāo)系），也可由缺陷的水平距離L和深度來(lái)確定（直角坐標(biāo)系）。

5.2缺陷的定量

缺陷的定量是指在檢測(cè)中測(cè)定的缺陷大小、數(shù)量、長(zhǎng)短、面積等。缺陷定量的準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到測(cè)試成敗。只有準(zhǔn)確確定缺陷大小才能讓礦方及時(shí)采取更換或維修等措施，避免出現(xiàn)重大事故及時(shí)消除潛在隱患。目前主軸缺陷的定量法當(dāng)量法和測(cè)長(zhǎng)法。主軸橫向疲勞裂紋深度的測(cè)定采用當(dāng)量法，對(duì)裂紋長(zhǎng)度的測(cè)定采用測(cè)長(zhǎng)法。當(dāng)量法在主軸探傷中常用當(dāng)量試塊比較法和底波高度(dB)相對(duì)對(duì)比法。

5.3缺陷的評(píng)定

檢測(cè)完成后，根據(jù)缺陷波長(zhǎng)短、數(shù)量、波形特征，按照GB/T6402-2008《鋼鍛件超聲檢測(cè)方法》、JB/T1581-2014《汽輪機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸鍛件超聲波探傷方法》等標(biāo)準(zhǔn)要求給出缺陷準(zhǔn)確的評(píng)定，礦方才能依據(jù)缺陷性質(zhì)，決定是否需要采取措施來(lái)解決存在的缺陷，也可以決定在使用過(guò)程中密切關(guān)注的缺陷發(fā)展程度?？傊?，超聲檢測(cè)技術(shù)可以在不破壞構(gòu)件的條件下，檢測(cè)機(jī)械主軸結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部缺陷，不但可以進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，還可以對(duì)缺陷的大小和位置等進(jìn)行定量，并給出評(píng)價(jià)結(jié)果，為煤礦機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行提供可靠的保證，也為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。

作者：林兵武 單位：河北煤礦安全監(jiān)察局安全技術(shù)中心