煤礦機械軸類超聲檢測技術應用
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1超聲檢測（UT）
超聲檢測是無損檢測技術的一種，是通過超聲波進入物體遇到缺陷時，一部分聲波會產生反射，接收器接收反射波，并對反射波進行分析，精確地測出缺陷，并能確定缺陷位置和大小的一種檢測技術。超聲檢測適用于探測被檢物內部的面積型缺陷。超聲檢測的優點是穿透力強、設備輕便、檢測成本低、檢測效率高，能即時得到檢測結果，又能實現自動化檢測，在缺陷檢測中對危害性較大的裂紋類缺陷特別敏感等。
煤礦采用的大部分機械設備都在粉塵、潮濕、有害氣體等惡劣的環境中運行，時常會受到巨大沖擊載荷，且長期處于高強度運轉狀態。高速運行、重載的工作環境所產生的交變載荷，非常容易使材料的內部缺陷或主軸加工過程中因加工工藝產生的缺陷擴大，形成危險性裂紋。還有司機操作不當、設計安裝、主軸鍛造等帶來的缺陷，主軸本身在運行過程中材質強度和剛度發生變化等產生疲勞裂紋，如果這些危險性裂紋不能及時被發現，就有可能導致機械主軸突然斷裂，引發重大安全事故，將給礦方帶來不必要的損失。
3煤礦需要檢測機械主軸
需要檢測的主要主軸有：主通風機主軸、提升機滾筒主軸、天輪主軸、輸送帶機滾筒主軸、罐籠或箕斗提升主軸、架空乘人裝置驅動輪與迂回輪主軸等。上述主軸由于受到組裝在軸上的結構件約束或覆蓋，這些部件所在軸上的部位正是應力集中、易產生表面或內部裂紋的區域，如采用其他無損檢測方法檢測，需把這些組裝部件全部從主軸上分解拆卸下來，這樣做不但浪費大量的人力物力財力，而且直接影響煤礦正常生產。為解決這一難題，更好地為煤礦機械設備運行提供條件，采用超聲檢測對主軸進行不解體檢測，效果會更好些。
4機械主軸超聲檢測技術
4.1準備工作
4.1.1掌握被檢機械主軸現實狀況檢測人員到達檢測現場后，首先與礦方溝通，索要有關機械主軸的基本資料，根據提供的資料掌握主軸采用的材質、熱處理狀態、幾何形狀、尺寸、組裝件結構及數量、受力狀態，現場檢測條件及環境等現實狀況，為超聲檢測提供條件。其次，根據掌握的資料情況，與礦方制定檢測計劃。
4.1.2超聲檢測部位的選擇根據主軸的傳動結構，受力狀況，應力集中的程度選擇主軸的聯軸器變徑部位、滾筒與主軸連接部位，主軸與電機固定端的變徑部位、鍵槽的根部等作為重點超聲檢測部位。
4.1.3超聲檢測面清理在選定的檢測部位用棉紗清理污染物、用砂紙打磨銹蝕處等。
4.1.4探頭和標準試塊選擇超聲檢測時，根據被檢主軸的材質晶粒度狀態選擇探頭，一般超聲波檢測選用2.5MHz的探頭即可。標準試塊根據被檢主軸的形狀、長度選用CS-I、CS-2C、CSK-ⅢA、CSK-ⅡA、RB-2等型號標準試塊作為超聲檢測靈敏度校驗。
4.1.5儀器靈敏度調節檢測儀器靈敏度通過調節超聲波探傷儀上的[增益]、[衰減器]、[發射強度]等旋鈕來實現。徑向檢測時采用直探頭檢測方法，直探頭靈敏度調節有工件底波調節法和對比試塊法。當徑向主軸長度S≤3N(近場區)時采用試塊對比法，S＞3N(近場區)的主軸采用大平底底波調整法調整檢測靈敏度。斜探頭檢測靈敏度調整是利用CSK-IIA或者RB-2試塊將檢測系統靈敏度調整為Φ2或Φ3水平。
4.1.6耦合劑的選擇超聲波檢測中常采用機油、變壓器油、甘油、水、水玻璃作為耦合劑。
4.2主軸超聲檢測方法
主軸超聲檢測采用直探頭和斜探頭兩種探頭，直探頭主要檢測主軸的裸露部位，斜探頭主要檢測主軸的聯軸器變徑部位、滾筒與主軸連接部位，主軸與電機固定端的變徑部位、主軸與風機扇葉連接部位、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，掃查過程中要用探頭呈“W”型重疊掃查。探頭掃查的同時，應隨時觀察儀器屏幕的波形變化并對有關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，并隨時觀察儀器屏幕的波形變化，對有關顯示的信息逐一判斷。
4.2.2斜探頭掃查主軸的聯軸器變徑部位、滾筒與主軸連接部位，主軸與電機固定端的變徑部位、鍵槽的根部等未裸露部位采用橫波斜探頭檢測技術，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、評定
5.1缺陷定位
缺陷定位就是根據探傷儀器示波屏上缺陷回波的水平刻度值與掃描速度來對缺陷進行定位。直探頭縱波檢測時，儀器時基線掃描線按照1︰n的比例調整好以后，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面的距離。例如：時基線按聲程的1︰2比例調節，主軸底波應在10格出現，當在6格處出現缺陷波時，那么該缺陷離開探測面距離為：2×60=120mm。橫波斜探頭檢測主軸時，缺陷位置可由折射角(β)和聲程x來確定（極坐標系），也可由缺陷的水平距離L和深度來確定（直角坐標系）。
5.2缺陷的定量
缺陷的定量是指在檢測中測定的缺陷大小、數量、長短、面積等。缺陷定量的準確與否，直接關系到測試成敗。只有準確確定缺陷大小才能讓礦方及時采取更換或維修等措施，避免出現重大事故及時消除潛在隱患。目前主軸缺陷的定量法當量法和測長法。主軸橫向疲勞裂紋深度的測定采用當量法，對裂紋長度的測定采用測長法。當量法在主軸探傷中常用當量試塊比較法和底波高度(dB)相對對比法。
5.3缺陷的評定
檢測完成后，根據缺陷波長短、數量、波形特征，按照GB/T6402-2008《鋼鍛件超聲檢測方法》、JB/T1581-2014《汽輪機、汽輪發電機轉子和主軸鍛件超聲波探傷方法》等標準要求給出缺陷準確的評定，礦方才能依據缺陷性質，決定是否需要采取措施來解決存在的缺陷，也可以決定在使用過程中密切關注的缺陷發展程度?？傊?，超聲檢測技術可以在不破壞構件的條件下，檢測機械主軸結構件的內部缺陷，不但可以進行定性評價，還可以對缺陷的大小和位置等進行定量，并給出評價結果，為煤礦機械設備的正常運行提供可靠的保證，也為煤礦企業的安全生產提供了可靠的保障。
作者：林兵武 單位：河北煤礦安全監察局安全技術中心
