張丹　高崇　張宇

摘要：無損檢測指通過利用相關(guān)技術(shù)手段，在不破壞被測物體情況下實(shí)現(xiàn)對其性質(zhì)、缺陷等內(nèi)容檢測的技術(shù)。采用無損檢測技術(shù)對礦山機(jī)械設(shè)備重要承載部件進(jìn)行檢測，可有效地遏制預(yù)防各類主軸開斷裂、懸掛裝置斷裂、葉片斷裂等機(jī)械事故帶來的惡性安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。文章對無損檢測技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)備安全檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：無損檢測技術(shù)；礦山機(jī)械設(shè)備；在線檢測；安全檢測；生產(chǎn)事故 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG115 文章編號(hào)：1009-2374（2017）02-0145-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.070

1 超聲波探傷（UT）研究及應(yīng)用

1.1 檢測要求

《煤礦安全規(guī)程》第412條規(guī)定立井提升容器與鋼絲繩的連接，應(yīng)采用楔形連接裝置。每次更換鋼絲繩時(shí)，必須對連接裝置的主要部件進(jìn)行探傷檢驗(yàn)?！睹旱V在用摩擦式提升機(jī)系統(tǒng)安全檢測檢驗(yàn)規(guī)范》（AQ1014）、《煤礦在用纏繞式提升機(jī)系統(tǒng)安全檢測檢驗(yàn)規(guī)范》（AQ1015）、《煤礦在用升絞車系統(tǒng)安全檢測檢驗(yàn)規(guī)范》（AQ1016）中第4.2.1條規(guī)定提升機(jī)主軸、滾筒不得有降低機(jī)械性能和使用性能的缺陷。《礦山在用斜井人車安全性能檢測規(guī)范》（AQ2028-2010）中第5.2.3要求主牽引桿應(yīng)能在導(dǎo)向箱內(nèi)靈活伸縮，無裂紋?！兜V用提升容器重要承載件無損探傷方法與驗(yàn)收規(guī)范》（MT 684-1997）要求礦用提升容器重要承載件和承載天輪軸需要進(jìn)行無損探傷。

1.2 概況

目前集團(tuán)內(nèi)的提升機(jī)主軸、楔形連接裝置、天輪軸、人車主拉桿、通風(fēng)機(jī)主軸等鍛件都需要進(jìn)行超聲波探傷檢測，要求被檢測工件完全拆卸后檢測以保證檢測覆蓋率達(dá)到100%，但在實(shí)際超聲探傷工作中存在許多問題。比如各礦更換提升機(jī)鋼絲繩時(shí)，通常要求在1～2個(gè)工作日內(nèi)完成，楔形連接裝置的完全拆卸會(huì)占用很長的時(shí)間并增加工人的工作量，影響礦井的正常生產(chǎn)，而提升機(jī)主軸、天輪軸、通風(fēng)機(jī)主軸完全拆卸更是無法完成。

1.3 超聲波探傷技術(shù)的研究

下面以軸類進(jìn)行闡述：

1.3.1 軸類缺陷產(chǎn)生機(jī)理。引發(fā)軸類缺陷的主要原因是，在軸類用鋼的冶煉和加工過程中，往往會(huì)在軸類的表面和內(nèi)部產(chǎn)生一些氣孔、砂眼、夾雜物和劃痕等缺陷。由于這些缺陷的存在，在運(yùn)行過程中造成了軸類應(yīng)力集中，在應(yīng)力集中區(qū)域金屬的承載能力較小，極易延展出小裂紋，而在裂紋端頭又會(huì)形成新的應(yīng)力集中。在連續(xù)承載情況下，裂紋不斷地?cái)U(kuò)展，使金屬能夠傳遞應(yīng)力的部分越來越少，直至剩余部分不足以傳遞載荷時(shí)，金屬構(gòu)件徹底崩潰，災(zāi)難性事故也就隨之發(fā)生了。因此可見，軸類事故是遵循“應(yīng)力集中→裂紋→新的應(yīng)力集中→裂紋擴(kuò)大→軸類破壞”的惡性循環(huán)過程發(fā)展而來，斷裂形式大多為疲勞斷裂。

1.3.2 軸類疲勞斷裂過程。主軸的疲勞斷裂由以下過程組成：裂紋源形成→疲勞核形成→快速發(fā)展期→脆斷。

1.4 超聲波探傷方法的研究

下面以提升機(jī)主軸的超聲波探傷方法的研究來闡述：提升機(jī)主軸的超聲波探傷方法的研究。軸類的超聲波探傷通常在工件熱處理后機(jī)械加工之前進(jìn)行，以減小工件幾何尺寸對探傷過程中的影響。而提升機(jī)主軸的超聲波探傷主軸要求完全拆卸后檢測，把各種因素的影響減少到最小。但提升機(jī)主軸的拆卸在實(shí)際的工作中需要幾個(gè)工作日和大量工作量，這極大地影響礦井生產(chǎn)秩序。對此，經(jīng)中心領(lǐng)導(dǎo)研究決定對提升機(jī)主軸進(jìn)行在線檢測，研究出在不拆卸提升機(jī)主軸的前提下，能夠保證有效準(zhǔn)確率的超聲波探傷方法。實(shí)際在線檢測過程中，提升機(jī)主軸幾何尺寸復(fù)雜、裝配位置的限制都極大地影響了超聲覆蓋率，容易出現(xiàn)應(yīng)力裂紋的軸肩和鍵槽等部位不能檢測到。例如：大明礦立井主井提升機(jī)主軸長度近9m，集團(tuán)內(nèi)其幾何尺寸最為復(fù)雜、長度最長（一般為2～5m）、裝配位置最為復(fù)雜，是在線檢測最難以檢測的主軸。為解決其幾何尺寸及裝配位置限制，在探傷過程中保證檢測覆蓋率這一難題，經(jīng)不斷摸索中，研究制定出解決這些問題的垂直、斜角以及小角度縱波探傷這三種方法，隨后再將它們結(jié)合在一起對提升機(jī)主軸在線超聲波探傷檢測，探傷覆蓋率達(dá)到100%，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，達(dá)到快捷準(zhǔn)確地完成檢測工作。經(jīng)過大量的實(shí)踐證明提升機(jī)主軸的超聲波在線檢測是可行的，從而實(shí)現(xiàn)了對鐵煤集團(tuán)內(nèi)外的提升機(jī)主軸超聲波探傷的在線檢測。

1.5 缺陷回波的定量與非缺陷回波分析

1.5.1 缺陷回波定量。缺陷回波定量中主要有單個(gè)、分散以及密集三類：第一，單個(gè)缺陷回波。單個(gè)缺陷回波性質(zhì)為高大于Φ2且間距超過50mm，其一般有主軸裂紋。針對單個(gè)缺陷回波探傷中，我們需根據(jù)其大小選擇相應(yīng)方法，例如所探缺陷小，那么應(yīng)使用當(dāng)量法即可；第二，分散缺陷回波。該回波性質(zhì)中高大于Φ2且在50mm立方體中超過5個(gè)，其常見于分散性夾層。目前在其探傷上，我們通常采取當(dāng)量法即可；第三，密集缺陷回波。該回波主要

表現(xiàn)是數(shù)量多、間距小，甚至是有可能出現(xiàn)成片現(xiàn)象。

例：在一長度為2m的提升機(jī)主軸，在對其超聲波垂直探傷。用2.5MHz、Φ20的直探頭軸向探傷，要求缺陷當(dāng)量<Φ2為合格。發(fā)現(xiàn)在深度1m處有一缺陷，缺陷回波波高為20dB。對這個(gè)缺陷進(jìn)行定性與定量分析。

用主軸底面調(diào)節(jié)靈敏度，靈敏度調(diào)整為：

△dB=20lg（πXBΦ2/2λXf2）=57.5dB

缺陷的平底孔當(dāng)量為：

ΦF=10△F/40ΦXF/XB=3.16mm

此缺陷平底孔當(dāng)量為Φ3.16>Φ2，對其波形進(jìn)行定性分析為裂紋，因此提升機(jī)主軸超聲波探傷不合格。

1.5.2 非缺陷回波分析。第一，三角反射波。三角反射波主要指示波屏中出現(xiàn)2個(gè)聲程大小是1.3d與1.67d的反射波，并且其波束擴(kuò)散性較強(qiáng)。另外，判斷某個(gè)波是不是三角反射波中我們可以通過看其是否在底波B1后面；第二，

遲到波。遲到波聲程通常為0.76d，并且其也在B1后面。

1.6 超聲波探傷檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷實(shí)例

在對大平礦斜向人車主拉桿的超聲波探傷中發(fā)現(xiàn)一處缺陷，應(yīng)用各種方法在多個(gè)方向檢測后，確認(rèn)其為長度9.7cm、深度2.3cm的裂紋。檢測后現(xiàn)場告知礦方，礦里立即停止了人車的運(yùn)行，及時(shí)有效地避免了因主拉桿裂紋斷裂造成跑車的安全事故，保證了車上人員的人身安全。

2 通風(fēng)機(jī)葉片的滲透探傷（PT）

通風(fēng)機(jī)葉片作為通風(fēng)機(jī)的重要部件，受工作特性、環(huán)境等因素所影響會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)裂縫，如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理這一缺陷，那么極易導(dǎo)致葉片因此而斷裂，進(jìn)而造成礦井通風(fēng)故障，因而通過開展?jié)B透探傷來確保通風(fēng)機(jī)葉片處于良好工況就顯得十分必要。

2.1 滲透探傷概述

滲透探傷是將一種含有染料的滲透劑涂覆在零件表面上，在毛細(xì)作用下、將滲透劑滲入表面開口缺陷中去，然后去除零件表面上多余的滲透劑，再往零件表面上涂上一薄層顯像劑，缺陷中的滲透劑在毛細(xì)作用下被顯像劑吸附到零件表面上形成缺陷顯示。在檢測過程中選擇了DPT-5系列溶劑去除型著色滲透探傷劑，這種探傷劑是罐裝噴劑，具有便于攜帶、顯像快速、靈敏度高、操作方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 探傷部位的確定

在仔細(xì)分析了葉片的結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)，葉片的受力部位和缺陷易產(chǎn)生的部位位于葉片的根部。在這一部位葉片的尺寸較厚，有明顯的圓弧過渡區(qū)，是最容易產(chǎn)生鑄造缺陷的地方：因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的葉片和葉輪是用螺絲連接，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中葉片根部所受的扭矩最大，圓弧部位應(yīng)力較集中。在安裝葉片時(shí)，工人們使用的工具經(jīng)常會(huì)撞擊葉片根部的表面，葉片的脆性使得葉片的表面對撞擊的耐性不好，輕微的撞擊都會(huì)使葉片表面被劃傷和碰傷。這些人為的傷痕就是新的應(yīng)力源，有產(chǎn)生應(yīng)力裂紋的可能。鑒于以上等原因，規(guī)定了葉片根部周圍150mm范圍內(nèi)為檢測的必檢區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域包含了尺寸變化最大區(qū)、圓弧過渡區(qū)、人為應(yīng)力集中區(qū)，其他區(qū)域可視具體情況而定，必要時(shí)對整個(gè)葉片表面進(jìn)行檢測。

2.3 滲透探傷步驟及注意事項(xiàng)

葉片滲透探傷的步驟一般為：（1）表面處理；（2）清洗劑預(yù)清洗；（3）滲透劑滲透（同時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)試塊檢測靈敏度）；（4）顯像；（5）觀察；（6）后清洗。

檢測中的注意事項(xiàng)：（1）通風(fēng)機(jī)為長時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，由于受到抽出的氣體中煤塵、水分的影響，葉片表面通常有煤泥層附著，只用水和清洗劑難以符合要求，對此我們可以采取機(jī)械方法小心清理其表面；（2）如需把葉片拆卸進(jìn)行滲透探傷，在拆卸過程中必須輕拿輕放，以此避免風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)因葉片碰撞變形而出現(xiàn)大幅度振動(dòng)現(xiàn)象；（3）因?yàn)闈B透劑含有微毒，在檢測過程中要保證現(xiàn)場通風(fēng)良好，避免檢測人員中毒。

2.4 滲透探傷其他應(yīng)用實(shí)例

大隆礦主井提升機(jī)滾筒內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有兩處裂紋，礦方采用在裂紋可見頂端處打孔以防止裂紋繼續(xù)發(fā)展。在提升機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)裂紋繼續(xù)擴(kuò)大，后經(jīng)過打孔處理也未能阻止裂紋發(fā)展。經(jīng)過對其進(jìn)行滲透探傷，確定了這兩處裂紋的最前端及其發(fā)展方向，后經(jīng)處理未再發(fā)展。

3 結(jié)語

通過研究和應(yīng)用此科學(xué)準(zhǔn)確、簡便有效的無損探傷技術(shù)，對集團(tuán)內(nèi)各個(gè)礦井及其他煤礦和省內(nèi)金屬非金屬礦山設(shè)備的重要承載零部件進(jìn)行安全探傷檢測，有效地遏制預(yù)防了各類主軸開斷裂、懸掛裝置斷裂、葉片斷裂等機(jī)械事故帶來的惡性安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，對保證礦山安全生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

例如：大平礦人車主拉桿一處缺陷，三臺(tái)子煤礦天輪軸一處缺陷，大隆礦主井提升機(jī)滾筒內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有兩處裂紋等設(shè)備零部件安全檢測中探測到的缺陷，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)后果不堪設(shè)想，正是由此研究的應(yīng)用，以科學(xué)可靠的技術(shù)手段來保障礦山機(jī)械安全運(yùn)行，從而為礦山全面安全生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)，取得了很好的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。近年來創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)100余萬元，并填補(bǔ)了無損檢測技術(shù)在鐵煤集團(tuán)礦井機(jī)械設(shè)備在役無損檢測技術(shù)上的空白，提高了鐵煤集團(tuán)監(jiān)督檢測中心安全檢測公司的檢測水平。

作者簡介：張丹（1983-），男，遼寧鐵嶺人，鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司監(jiān)督檢測中心工程師，研究方向：礦山機(jī)電設(shè)備檢測。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）