壓縮機螺栓的相控陣超聲檢測

螺栓廣泛應用于大型壓縮機機組重要機械部件的連接，其質量關系到整個壓縮機組的運行安全。螺栓承受的載荷與所處的工況非常復雜，受復雜應力、腐蝕、溫度等作用，其螺紋的連接部位易產生疲勞裂紋使螺栓斷裂或失效。在壓縮機設備使用過程中，螺栓一旦發(fā)生斷裂會造成生產中斷導致停工，因此車間需要根據生產計劃任務，按照計劃定期對螺栓實施檢測。以往對在役螺栓進行檢測時，通常將螺栓先拆卸下來再進行熒光磁粉檢測。這種方式工作量大，檢測時間較長，檢測效率較低，并且影響生產運行。為解決這一難題，在不拆卸螺栓的前提下，檢測人員采用相控陣超聲檢測技術對螺栓螺紋部位產生的疲勞裂紋進行檢測，取得了較好的效果。常規(guī)超聲檢測螺栓是細長的圓柱體形狀的零部件，常規(guī)超聲檢測法主要采用縱波直探頭對其進行檢測，優(yōu)點是可有效發(fā)現1mm以上槽深當量的裂紋缺陷，缺點如下：(1)A掃描波形形狀復雜，判別比較困難，尤其是干擾波形主要來自于螺栓本體結構或螺紋齒面，無法對其進行有效區(qū)分和識別，給檢測工作帶來一定的困難。(2)螺栓兩頭的螺紋部位容易產生疲勞裂紋，但縱波直探頭掃查的角度單一，容易造成漏檢，大大降低了檢測的可靠性。(3)檢測數據無法記錄或缺陷無可追溯性。(4)檢測靈敏度與信噪比較低。相控陣超聲檢測與常規(guī)超聲檢測技術相比，相控陣超聲檢測技術具有以下優(yōu)勢：(1)可以多種視圖展現缺陷的檢測結果，能較好地區(qū)分缺陷波和結構波，解決了螺栓檢測難以識別缺陷波的問題。(2)能應用于復雜幾何結構件的檢測。(3)相控陣超聲技術具有多角度可調聚焦聲束的功能，可覆蓋檢測缺陷部位，提高檢測靈敏度和圖像的信噪比，缺陷識別能力更強。螺栓的相控陣超聲檢測試驗01螺栓試樣加工選擇一根在用的螺栓作為試樣，參照圖1在螺栓A端外表面的螺紋部位加工不同深度的刻槽，要求刻槽部位在一條線上，刻槽方向垂直于螺栓軸線方向，用以模擬裂紋?？滩凵疃染鶠?.0mm，長度均為10.0mm，刻槽開口寬度均為0.25mm，螺栓材料為35CrMoA，人工刻槽的位置參數如表1所示。圖1螺栓刻槽尺寸示意表1螺栓試樣人工刻槽的位置參數（mm）02扇形掃查采用OmniScanMX2型相控陣超聲檢測儀，選用32晶片5MHz的探頭，晶片間距為0.5mm，晶片高度為10mm，角度步進為0.5°，扇掃角度設置為-30°~+30°。將探頭放置在A，B端面上即可進行螺栓的內部檢測。通過扇形掃查，在近A側端面螺紋部位的影像中發(fā)現4處人工缺陷，如圖2(a)所示。檢測A端面時采用沿徑向前后移動和旋轉掃查的方式，圖像均能清晰地顯示缺陷。由此可見，探頭的檢測范圍可覆蓋整個螺紋部位。當聲束入射到無缺陷的螺栓中時，螺紋信號清晰穩(wěn)定，并且間隔均勻，如圖2(b)所示，隨著檢測距離的增加，螺紋信號的能量逐漸減弱。裂紋信號存在于螺紋信號間，其顏色與相鄰兩個螺紋信號的顏色存在較大差異，顏色差異程度與裂紋的波幅有關。圖2螺栓的相控陣超聲扇掃圖像03深度方向對檢測圖像的影響將距螺栓A側端面110mm處人工刻槽的反射回波調整到滿屏的80%，并以此作為基礎靈敏度，增益6dB作為掃查靈敏度。該參數可實現對螺紋部位裂紋的垂直入射，提高了缺陷波的反射率，大大提高了信噪比。不同檢測深度(聚焦深度)下螺栓的扇掃圖像如圖3所示，可見檢測深度越大，刻槽反射的能量就越弱，信噪比隨著檢測深度的增加逐漸增加。分析原因為螺栓上螺紋的反射回波隨著深度增加而降低，且裂紋圖像與螺紋的圖像對比鮮明，便于檢測人員進行判別。圖3不同檢測深度下螺栓的扇掃圖像04檢測位置對圖像的影響探頭位置示意及螺栓的扇掃圖像如圖4所示。當探頭放在位置1的時候，50mm深處的人工刻槽不在探頭的聲束掃查范圍內，因此檢測圖像只顯示了部分缺陷。當探頭放在位置2的時候，50mm和70mm深處的人工刻槽均在探頭的聲束掃查范圍內。由以上分析可知，檢測位置很重要，只有當探頭放置在合適的位置才能覆蓋所有需要檢測的部位。圖4探頭位置示意及螺栓的扇掃圖像05應用對現場拆卸下來的20根螺栓依次進行相控陣超聲檢測。將探頭放置在螺栓的A，B端面上實施檢測，首先進行初始掃查，探頭沿徑向前后移動的同時，也進行旋轉掃查。初始掃查后可將聚焦深度設置在易出現裂紋的區(qū)域，當某個部位出現缺陷反射波時，再將聚焦深度調整于缺陷所在位置。在某螺栓距A側85mm深處發(fā)現裂紋，如圖5所示，缺陷圖譜清晰可辨，檢測效果明顯。圖5某螺栓現場相控陣超聲檢測圖譜結語(1)相控陣超聲檢測技術采用大角度的掃查方式，檢測圖像直觀，便于清晰地識別缺陷。(2)調整好檢測參數，