張威

（上海浦東三馮金屬制品有限公司，上海 201313）

質(zhì)量檢測就是對產(chǎn)品的一個或多個質(zhì)量特性，如力學(xué)性能、外觀缺陷度、尺寸誤差等進行觀察、測量、試驗，并將檢測結(jié)果與質(zhì)量標準要求進行比較，以確定每項質(zhì)量特性合格的技術(shù)性檢查工作。檢測的意義在于讓零件或產(chǎn)品質(zhì)量達標，從而達到使用需求。

1 項目概況

該項目位于燃氣輪機尾端熱氣輸出部件，其主體結(jié)構(gòu)設(shè)計采用板、鍛組合裝焊成型一體化錐桶狀結(jié)構(gòu)，即由一個錐形內(nèi)筒，一個錐形外筒和三根橢圓之撐管穿插在內(nèi)筒與外筒之間構(gòu)成一體的主體結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)包括9 根鍛件環(huán)形法蘭、6 節(jié)筒身圓柱環(huán)、3 根支撐管，主體結(jié)構(gòu)材料皆采用奧氏體耐高溫材料牌號347SS（對應(yīng)國標牌號06Cr18Ni11Nb）。

2 燃氣輪機部件質(zhì)量檢測

該燃氣輪機部件的檢測項目有許多，選取了幾項關(guān)鍵檢測內(nèi)容進行敘述，具體有力學(xué)性能檢測、液體滲透檢測、超聲波檢測、目視檢測等，具體內(nèi)容如下所示。

2.1 力學(xué)性能檢測

指標要求如表1 所示，檢測設(shè)備為微機控制電子萬能試驗機，經(jīng)檢測，該部件的抗拉強度為645Mpa；屈服強度為265Mpa；斷后延伸率為58%。均大于標準，故符合要求。

表1 力學(xué)性能檢測指標

2.2 液體滲透檢測

液體滲透檢測標準為：顯示長度≤1/2T 或1.6mm 孰小，且不是可見裂縫（T=焊縫厚度）；不允許線性顯示；不允許大于1/2T 或最大4.8mm 的圓型顯示；邊與邊之間不允許連續(xù)出現(xiàn)多于4 個距離小于1.6mm 的圓型顯示。

其中，線性顯示是指長度大于寬度3 倍的顯示。圓形顯示是指長度小于或等于3 倍寬度的圓形或橢圓形缺陷顯示。不連續(xù)性缺陷顯示很可能比實際的不連續(xù)性缺陷大，然而評定是以缺陷顯示的尺寸，而不連續(xù)性缺陷的實際尺寸不作為合格或判廢的依據(jù)。

選用的檢測設(shè)備為DP-T 新美達滲透劑。表面機械不連續(xù)性將由滲透劑滲出所顯示，然而，由機械劃痕或其它表面條件引起的局部表面不規(guī)則可能會產(chǎn)生與不合格缺陷檢測無關(guān)的相似顯示。凡認為可能是非相關(guān)的顯示，均應(yīng)被視為是缺陷并進行復(fù)驗，以確定是否是真正的缺陷，復(fù)驗前可進行表面修整，非相關(guān)顯示和大面積的著色將掩蓋不合格缺陷顯示。經(jīng)檢測，被檢測焊縫表面及熱影響區(qū)無超標缺陷。

2.3 超聲波檢測

2.3.1 判定標準

如果超聲波波幅超出了由校準試塊（用于按照ASME鍋爐和壓力容器規(guī)程第V 節(jié)第5 條或ASTME164-03 的規(guī)定執(zhí)行焊縫超聲波檢驗）建立的基準級，且長度超出以下限時，是不能通過驗收的：

(1)t＜19mm；

(2)t 在19～57.2mm 之間；

(3)t＞57.2mm；

(4)顯示為裂紋、未焊透、未熔合等缺陷。無論長度，均不能通過驗收。

注明：t 為焊縫厚度，或部分厚度不等的部件對接時較薄部件的厚度。

2.3.2 檢測過程

設(shè)備采用US-33&US-36 超聲波探傷儀器。檢測焊縫寬度與兩側(cè)熱影響區(qū)。通常情況下應(yīng)將焊縫余高掉，去除余高后焊縫表面應(yīng)于母材保持平整，其表面粗糙度不應(yīng)超過6.3μm。對保留余高的其焊縫和熱影響區(qū)應(yīng)無咬邊、氣孔、夾渣等影響檢測的缺陷，并均須經(jīng)目視檢驗合格才可申請檢測。探頭移動區(qū)根據(jù)被檢工件的厚度及采用的探頭角度確定，范圍應(yīng)≥1.25P/0.75P（P＝2TK ，T:工件厚度、K：tanβ，β 為探頭折射角），整個探頭移動范圍內(nèi)表面粗糙度不應(yīng)超過6.3μm。在檢測焊縫前須用1～5MHZ 的雙/單晶直探頭，在焊縫兩側(cè)斜探頭移動區(qū)域進行檢測。方法和要求參照ASMESA-435《鋼板超聲直射波檢驗的標準規(guī)范》。檢測時將工件完好部位底面回波的75%屏高，當母材內(nèi)部出現(xiàn)缺陷信號時，應(yīng)劃出缺陷區(qū)域，以便在檢測焊縫時考慮它的影響，但是這些檢查不作為對母材判廢的依據(jù)。縱向缺陷檢測探頭放置方向與焊縫垂直，在焊縫左右兩側(cè)作鋸齒型掃查，探頭前后移動的距離應(yīng)保證聲束掃查到整個焊接接頭截面及熱影響區(qū)。掃查時，探頭還應(yīng)作10°～15°的轉(zhuǎn)動。為確定缺陷位置、方向、形狀，觀察動態(tài)波形或區(qū)分缺陷波與偽信號，可采用前后、左右、轉(zhuǎn)角、環(huán)繞等四種探頭掃查方式。經(jīng)檢測，被檢測焊縫內(nèi)部無超標缺陷，合格。

2.4 焊縫表面目視檢測

2.4.1 判定標準

每條焊縫需要對其進行焊前、焊中和焊后三道檢，具體要求如下：（1）外觀：焊縫應(yīng)由良好的外型，符合規(guī)定的焊縫尺寸，在表面和根部余高處應(yīng)無尖銳的缺陷，焊接對飛濺和殘余點焊應(yīng)清除干凈，焊渣應(yīng)清理干凈。（2）角焊縫尺寸公差，根據(jù)角焊縫的尺寸，其公差與附加允許值如表2 所示。

表2 角焊縫尺寸公差要求

（3）偏移公差，根據(jù)截面厚度的不同，其最大偏移量如表3 所示。

表3 偏移公差最大偏移量

（4）機加工后暴露的焊接缺陷_主要為氣孔與夾渣尺寸，詳見表4。

表4 最大允許氣孔或夾渣尺寸

2.4.2 檢測過程

檢測設(shè)備選用白光照度計、手電筒、內(nèi)窺鏡和焊縫規(guī)，操作中眼睛離被檢表面不超過610mm，視角不小于30℃。在特殊的位置采用反光鏡來改善觀察視角角度。具體的被檢零件表面如果自然光源達不到要求可采用輔助光照，至少要1000Lux 以上的強度。遠距離目視檢驗，在某些特殊情況，只能使用遠距離目視檢驗來替代直接目視檢驗?？梢允褂梅垂忡R，內(nèi)窺鏡，相機等來進行檢驗，這些設(shè)備必須有足夠的清晰度來用直接觀察。經(jīng)檢測，產(chǎn)品焊縫外觀、焊角尺寸和熱影響區(qū)經(jīng)目視檢測，合格。

3 檢測難點描述

本項目中的零部件尺寸較大，高4726.4mm，最大直徑4789.9mm，壁厚較薄、剛性較差。對于圖紙內(nèi)一些形位公差尺寸數(shù)據(jù)的測量無法采用常規(guī)量具和CMM 三坐標機床對其檢測。形位公差即形狀和位置公差，是對機械零件在加工或裝配過程中幾何要素的形狀與位置誤差的限制，是除尺寸公差以外評定機械零件質(zhì)量的另一項重要技術(shù)指標。在機械零件的設(shè)計過程中，正確選擇形位公差項目以及合理地確定形位公差數(shù)值，不僅直接影響到機器使用性能和質(zhì)量，而且關(guān)系到零件加工的難易程度和成本高低。結(jié)合表5 列出關(guān)鍵形位公差要素CTQ 1-7 的測量要求。因零件尺寸過大，受CMM 三坐標儀測量設(shè)備測量量程限制無法檢測，將影響到產(chǎn)品的最終交付，因此需要制訂新的測量方案。

表5 形位公差要素

4 形位公差測量新方案與方案驗證

針對該零部件的測量難題，制定了新測量方案，即通過加工機床代替CMM 三坐標測試儀器，并用位置度計算公式來分項測量結(jié)果，然后套入計算公式來實現(xiàn)滿足客戶圖紙數(shù)據(jù)指標。同時，選擇較小的工件來驗證方案的有效性，和準確性。具體選取了CTQ1-7 中的CTQ2 與CTQ7 與兩個測量項目進行方案闡述，詳細內(nèi)容如下。

4.1 形位公差測量方案

4.1.1 位置度CTQ2

利用加工機床代替CMM 三坐標測量形位公差，其中位置度CTQ2 直徑Φ1665.7mm，位置度要求為3.0mm。位置度公式如公式（1）所示：

式中，fx=x實測值- x理論值，fy=y實測值- y理論值而x、y 的理論值就是被測尺寸在a,b,c 三個基準方向的距離或者角度。測量設(shè)備采用百分表、塞尺、加工機床HBMSF-063，檢驗操作步驟如下：第1 步：產(chǎn)品掉到機床回轉(zhuǎn)平臺中，后端C 基準與平臺接觸，被測法蘭面在上；第2 步：百分表校調(diào)第1 基準B（外圓基準）到0～0.25mm 以內(nèi)；（注明：校調(diào)范圍取圖紙中最小的位置度1/2 作為最大值）。第3 步：百分表校調(diào)第2 基準A（平面基準）到0～0.25mm 以內(nèi)，此時機床數(shù)控程序已經(jīng)建立好產(chǎn)品實際坐標系；第4 步：機床測出第1 基準中心到被測外圓半徑平均值x=832.36mm，則偏差Fx=x實測值-x理論值=832.36-832.85=-0.49mm；第5步：機床測出第2 基準面距被測法蘭面高度平均值Z=0.23mm，則偏差Fz=z實測值-z理論值=0.23-0=0.23mm；第6 步：根據(jù)位置度計算公式得到圓位置度結(jié)果為TP=1.36mm。結(jié)論判定：符合圖紙要求的3.0mm 要求，合格。

4.1.2 位置度CTQ7

位置度7 的直徑Φ1595.63mm，孔22.22 位置度要求為0.76mm。位置度計算公式（即公式（1））與測量設(shè)備同位置度CTQ2，檢驗操作步驟如下：第1 步：產(chǎn)品掉到機床回轉(zhuǎn)平臺中，后端與平臺接觸，被測法蘭面在上；第2 步：百分表校調(diào)第1 基準A（外圓基準）到0～0.25mm 以內(nèi)；（注明：校

4.2 方案驗證

在一件結(jié)構(gòu)相似體型較?。ㄖ睆?50mm，高度940mm）的工件上做對比驗證，驗證位置度計算公式的有效性和機床與CMM 之間系統(tǒng)性誤差結(jié)果。位置度計算公式如公式（2）所示：

如圖1 所示，將完工產(chǎn)品A 送到CMM 三坐標檢測中心，測出所有形位公差結(jié)果。其中序號23 為經(jīng)過CMM測繪軟件得出的計算結(jié)果：形位公差位置度TP=0.068mm。

圖1 CMM 位置度測繪軟件序號23 計算結(jié)果

為驗證位置的計算公式的有效性，把序號23 中X 軸向尺寸偏差結(jié)果0.008 代入公式fx中，Z 軸向尺寸偏差結(jié)果0.033mm 結(jié)果代入fy中，通過公式算出結(jié)果為TP=0.06791（保留3 位小數(shù)即0.068mm），公式計算結(jié)果與CMM 軟件測量儀器結(jié)果一致。對尺寸而言，序號23 中X、Z 軸向尺寸偏差值分別是指被測孔角度尺寸偏差和高度尺寸偏差，該兩處尺寸可以通過常規(guī)量尺或加工機床測得結(jié)果實值。如圖2 所示，將完工產(chǎn)品B 送到CMM 三坐標檢測中心，測出所有形位公差結(jié)果。其中序號15 為經(jīng)過CMM 測繪軟件得出的計算結(jié)果：形位公差位置度TP=0.27mm。為驗證位置的計算公式的有效性，把序號15中X 軸向尺寸偏差結(jié)果0.107 代入公式fx中，Z 軸向尺寸偏差結(jié)果0.083mm 結(jié)果代入fy中，通過公式算出結(jié)果為TP=0.27083（保留2 位小數(shù)即0.27mm），公式計算結(jié)果與CMM 軟件測量儀器結(jié)果一致。

圖2 CMM 位置度測繪軟件序號15 計算結(jié)果

通過上述兩例驗證表明，位置度計算公式成立有效，可以代替CMM 測量軟件計算功能。對于大件采用機加工機床硬件測量，加上計算公式輔助計算，能有效的完成大件形位公差檢測工作。

結(jié)束語

針對大尺寸零部件形位公差的檢測，本文制定的機床代替CMM 三坐標測量形位公差方案大幅度降低了大件產(chǎn)品檢測成本、產(chǎn)品制造工時，并補償了檢測設(shè)備的短缺之處。項目竣工后，順利通過客戶的驗收?？蛻魧χ圃爝^程工序的把控和質(zhì)量驗收方案非常認同。后續(xù)，在開發(fā)類似項目都按照相同形位公差測量方案執(zhí)行，皆順利驗收交付。希望該測量方案能為有關(guān)單位帶來參考。