張凌，張愛武，孔祥權(quán)，方亮

（1.吉林省維爾特隧道裝備有限公司，吉林 吉林市132011；2.吉林省盾構(gòu)與掘進刀具技術(shù)重點實驗室，吉林 吉林市132011）

0 結(jié)語

滾刀刀圈是全斷面隧道掘進機刀具的關(guān)鍵零件，在隧道掘進機掘進過程中起著舉足輕重的作用，因此要求其具有高硬度、高耐磨性、高沖擊韌性等綜合力學(xué)性能，且滾刀刀圈內(nèi)部不允許有裂紋、夾雜、折疊、結(jié)疤、層狀斷口、非金屬夾雜、碳化物偏析、縮管殘余、龜裂、晶粒不均等缺陷。滾刀刀圈在極其惡劣工作環(huán)境下，其中任何一種缺陷的存在會使?jié)L刀刀圈出現(xiàn)非正常磨損、卷邊、崩刃和斷裂等失效形式。對盤形滾刀刀圈進行超聲波體積探傷的重點關(guān)注區(qū)域是外刃部，外刃部是承擔(dān)破巖功能的核心區(qū)域，是高磨損區(qū)域，如存在體積性內(nèi)部缺陷，則容易發(fā)生滾刀刀圈沿徑向自外向內(nèi)的脆性斷裂或崩塊等，導(dǎo)致整刀失效。內(nèi)徑基體部分因承受徑向載荷和過盈熱套裝預(yù)加應(yīng)力的高應(yīng)力區(qū)域，如存在體積性內(nèi)部缺陷則易發(fā)生滾刀刀圈沿徑向自內(nèi)向外的脆性斷裂，導(dǎo)致整刀失效。

1 刀圈無損檢測的方法

鍛壓成形后的刀圈出廠前做無損探傷至關(guān)重要，經(jīng)探傷檢測合格的刀圈發(fā)給客戶，以保證其在后續(xù)掘進機掘進過程中性能穩(wěn)定，從而降低掘進的成本，保證工程施工進度。滾刀刀圈的檢測技術(shù)難度比較高，國內(nèi)目前沒有此類試件的檢測規(guī)程及方法。

在公司檢測人員的不斷探索和共同努力下，研究出了隧道掘進機滾刀刀圈刃部的無損檢測方法，隧道掘進機滾刀刀圈刃部的無損檢測方法是分別對滾刀刀圈的刀圈刃部徑向、刃部外圓周周向、刀圈內(nèi)圓弧周向以及刀圈端部與刃部過渡處四個部位進行探傷檢測。

對刀圈刃部徑向的檢測范圍為滾刀刀圈從外圓周開始至刀寬20 mm范圍內(nèi)進行檢測，檢測方式采用超聲波探傷儀無損探傷；對刃部外圓周周向的檢測方式采用超聲波探傷儀無損探傷（見圖1）；對刀圈內(nèi)圓弧周向的檢測方式采用超聲波探傷儀無損探傷（見圖2）；對刀圈端部與刃部過渡處的檢測范圍為對刀寬在20-30 mm之間的部位進行檢測，檢測方式采用磁粉檢測（見圖3）。

2 對比試塊的制作

對比試塊由滾刀刀圈環(huán)形鍛件毛坯料制成，取弧長為200 mm、厚度為80 mm 的一段圓弧，隨滾刀刀圈一起進行熱處理，除去熱處理黑皮，加工成表面光潔度Ra≤6.3μm 的光滑表面；在左側(cè)距離內(nèi)圓弧面10 mm、30 mm、50 mm、70 mm 處設(shè)置Ф2 橫通孔，在右側(cè)距離內(nèi)圓弧面20 mm、40 mm、60 mm、80 mm 處設(shè)置Ф2 橫通孔。

圖1 刀圈主視圖

圖2 刀圈俯視圖

圖3 刀圈磁粉探傷示意圖

3 刀圈無損檢測的操作步驟

3.1 對滾刀刀圈的刃部徑向的檢測步驟

圖4 對比試塊示意圖

（1）采用對比試塊CS-2-4# 作標(biāo)準(zhǔn)AVG曲線，設(shè)置檢測時的儀器探測范圍，保存當(dāng)前儀器狀態(tài)設(shè)定到空白數(shù)據(jù)集內(nèi)，記錄好該存儲號；

（2）采用超聲波探傷儀對滾刀刀圈的刃部徑向進行檢測；當(dāng)檢測到始波和底波之間出現(xiàn)反射回波，判定該刀圈刃部存在徑向缺陷。當(dāng)缺陷回波達到步驟（1）中AVG曲線第一條線時，說明其中有相當(dāng)于Ф2平底孔大小的缺陷，回波達到步驟（1）中AVG曲線第二條線時，說明其中有相當(dāng)于Ф3平底孔大小的缺陷，當(dāng)回波達到步驟（1）中AVG曲線第三條線時，說明其中有相當(dāng)于Ф4平底孔大小的缺陷；當(dāng)始波與底波之間無反射回波出現(xiàn)，則說明該刀圈刃部無徑向缺陷。

3.2 對滾刀刀圈的刃部外圓周周向的檢測步驟

（1）采用對比試塊CS-2-7# 作標(biāo)準(zhǔn)AVG曲線，設(shè)置檢測時的儀器探測范圍，保存當(dāng)前儀器狀態(tài)設(shè)定到空白數(shù)據(jù)集內(nèi)，記錄好該存儲號；

（2）采用超聲波探傷儀對滾刀刀圈的刃部外圓周周向進行檢測；當(dāng)檢測到始波和底波之間出現(xiàn)反射回波，認(rèn)為該刀圈刃部存在周向缺陷，當(dāng)缺陷回波達到步驟（1）中AVG曲線第一條線時，說明其中有相當(dāng)于Ф2平底孔大小的缺陷，回波達到步驟（1）中AVG曲線第二條線時，說明其中有相當(dāng)于Ф3平底孔大小的缺陷，當(dāng)回波達到步驟（1）中AVG曲線第三條線時，說明其中有相當(dāng)于Ф4平底孔大小的缺陷；當(dāng)始波與底波之間無反射回波出現(xiàn)，則說明該刀圈刃部無周向缺陷。

3.3 對滾刀刀圈的刀圈內(nèi)圓弧周向的檢測步驟

（1）制作與滾刀刀圈的內(nèi)圓弧直徑相同、外徑大于待測刀圈外徑的滾刀對比試塊，并在滾刀對比試塊上人工設(shè)置缺陷；

（2）采用超聲波探傷儀使用步驟（1）中的滾刀對比試塊制作DAC曲線并設(shè)置DAC曲線三線間的dB 距離及工件表面補償；

（3）采用超聲波探傷儀對待檢測的滾刀刀圈的刀圈內(nèi)圓弧周向進行探傷檢測，根據(jù)檢測過程中所出現(xiàn)回波位置、幅度及與DAC曲線dB 差判別是否缺陷回波并計算其當(dāng)量、長度及區(qū)域。

3.4 對滾刀刀圈的刀圈端部與刃部過渡處的檢測

（1）使用標(biāo)準(zhǔn)試片檢查D型電磁軛的靈敏度，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)試片顯示出磁痕后，證明其靈敏度達到要求，可以進行磁粉探傷；

（2）去除被檢刀圈表面的油污、毛刺和氧化皮物質(zhì)，在待檢區(qū)域施加反差增強劑；

（3）將D型電磁軛觸角一只與被檢刀圈端部面接觸，另一只與被檢刀圈刃部面接觸，45°垂直于檢測面，磁化，施加磁懸液，時間為1～3 s；

（4）停施磁懸液至少1 s 后停止磁化，然后將D型電磁軛旋轉(zhuǎn)90°垂直于檢測面再次磁化；

（5）重復(fù)步驟（3）~步驟（4）至少一次，觀察磁粉聚集情況，如果磁粉向D型電磁軛觸角兩頭聚集，表示刀圈檢測區(qū)域沒有缺陷；如果磁粉在檢測面的任何一處聚集，表示刀圈檢測區(qū)域內(nèi)存在缺陷。

4 結(jié)語

隧道掘進機滾刀刀圈刃部的無損檢測方法，采用超聲波和磁粉探傷兩項技術(shù)并用，超聲波探傷僅適用于規(guī)則形狀的物體，在刀圈刃部周向和徑向20 mm 內(nèi)的區(qū)域探傷時，采用超聲波探傷技術(shù)，過渡圓弧部分因不是主要工作面，這一區(qū)域結(jié)構(gòu)形狀比較特殊，晶粒細小，厚度變化大，但其最大深度不超過6 mm，因此采用磁粉探傷技術(shù)探傷，能夠檢測出刀圈表面和近表面的微小裂紋等缺陷。通過兩項技術(shù)并用，解決了本領(lǐng)域不規(guī)則形狀刀圈的刃部無損探傷技術(shù)難題，為客戶提供了性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的產(chǎn)品，同時填補了該項技術(shù)的空白。本方法操作簡單，成本低廉，達到了理想的檢測效果。