無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)備安全檢測(cè)中的應(yīng)用

1、    無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)備安全檢測(cè)中的應(yīng)用    張丹高崇張宇摘要：無(wú)損檢測(cè)指通過(guò)利用相關(guān)技術(shù)手段，在不破壞被測(cè)物體情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)其性質(zhì)、缺陷等內(nèi)容檢測(cè)的技術(shù)。采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備重要承載部件進(jìn)行檢測(cè)，可有效地遏制預(yù)防各類主軸開(kāi)斷裂、懸掛裝置斷裂、葉片斷裂等機(jī)械事故帶來(lái)的惡性安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。文章對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)備安全檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè)技術(shù)；礦山機(jī)械設(shè)備；在線檢測(cè)；安全檢測(cè)；生產(chǎn)事故 ：a：tg115 ：1009-2374（2017）02-0145-02 doi：10.13535/ki.11-4406/n

2、.2017.02.0701 超聲波探傷（ut）研究及應(yīng)用1.1 檢測(cè)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(duì)連接裝置的主要部件進(jìn)行探傷檢驗(yàn)。煤礦在用摩擦式提升機(jī)系統(tǒng)安全檢測(cè)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(cè)檢驗(yàn)規(guī)范（aq1015）、煤礦在用升絞車系統(tǒng)安全檢測(cè)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(cè)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(wú)裂紋。礦用提升容器重要承載件無(wú)損探傷方法與驗(yàn)收規(guī)范

3、（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(wú)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(cè)，要求被檢測(cè)工件完全拆卸后檢測(cè)以保證檢測(cè)覆蓋率達(dá)到100%，但在實(shí)際超聲探傷工作中存在許多問(wèn)題。比如各礦更換提升機(jī)鋼絲繩時(shí)，通常要求在12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(zhǎng)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(wú)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

4、加工過(guò)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(guò)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(lái)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(jiàn)，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(guò)程發(fā)展而來(lái)，斷裂形式大多為疲勞斷裂。1.3.2 軸類疲勞斷裂過(guò)程。主軸的疲勞斷裂由以下過(guò)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

5、以提升機(jī)主軸的超聲波探傷方法的研究來(lái)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(duì)探傷過(guò)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(cè)，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(duì)此，經(jīng)中心領(lǐng)導(dǎo)研究決定對(duì)提升機(jī)主軸進(jìn)行在線檢測(cè)，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(cè)過(guò)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(cè)到。例如：大明礦立井主井提

6、升機(jī)主軸長(zhǎng)度近9m，集團(tuán)內(nèi)其幾何尺寸最為復(fù)雜、長(zhǎng)度最長(zhǎng)（一般為25m）、裝配位置最為復(fù)雜，是在線檢測(cè)最難以檢測(cè)的主軸。為解決其幾何尺寸及裝配位置限制，在探傷過(guò)程中保證檢測(cè)覆蓋率這一難題，經(jīng)不斷摸索中，研究制定出解決這些問(wèn)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(duì)提升機(jī)主軸在線超聲波探傷檢測(cè)，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(cè)工作。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐證明提升機(jī)主軸的超聲波在線檢測(cè)是可行的，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(cè)。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

7、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2且間距超過(guò)50mm，其一般有主軸裂紋。針對(duì)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2且在50mm立方體中超過(guò)5個(gè)，其常見(jiàn)于分散性?shī)A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(zhǎng)度為2m的提升機(jī)主軸，在對(duì)其超聲波垂直探傷。用2.5mhz、20的直探頭軸向探傷，要求缺陷當(dāng)量<2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(duì)這個(gè)缺陷進(jìn)行定性與定量分析。用主軸底

8、面調(diào)節(jié)靈敏度，靈敏度調(diào)整為：db=20lg（xb2/2xf2）=57.5db缺陷的平底孔當(dāng)量為：f=10f/40xf/xb=3.16mm此缺陷平底孔當(dāng)量為3.16>2，對(duì)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(guò)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(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷實(shí)例在對(duì)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

9、各種方法在多個(gè)方向檢測(cè)后，確認(rèn)其為長(zhǎng)度9.7cm、深度2.3cm的裂紋。檢測(cè)后現(xiàn)場(chǎng)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(méi)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(guò)開(kāi)展?jié)B透探傷來(lái)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(kāi)口缺陷中去，然后去除零件表面上多余的滲透劑，再

10、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(cè)過(guò)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(guò)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(guò)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(duì)撞擊的耐性不好，輕

11、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(cè)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(guò)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(duì)整個(gè)葉片表面進(jìn)行檢測(cè)。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(cè)靈敏度）；（4）顯像；（5）觀察；（6）后清洗。檢測(cè)中的注意事項(xiàng)：（1）通風(fēng)機(jī)為長(zhǎng)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(duì)此我們可以采

12、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(guò)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(cè)過(guò)程中要保證現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)良好，避免檢測(cè)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(jiàn)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(guò)打孔處理也未能阻止裂紋發(fā)展。經(jīng)過(guò)對(duì)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(yǔ)通過(guò)研究和應(yīng)用此科學(xué)準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便有效的無(wú)損探傷技術(shù)，對(duì)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(cè)，有效地遏制預(yù)防了各類主軸開(kāi)斷裂、懸掛裝置斷裂、葉片斷裂等機(jī)械事故帶來(lái)的惡性安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，對(duì)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