超聲無損檢測技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

超聲無損檢測技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用崔偉方;王衡【摘要】近年來,超聲檢測技術(shù)發(fā)展迅速,逐漸被應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域.而將其應(yīng)用于煤礦行業(yè),能對煤礦的安全生產(chǎn)起到巨大的輔助作用.本文首先分析超聲檢測技術(shù)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀,然后闡述其基本原理,最后探討超聲無損檢測技術(shù)在軸類鍛件探傷和提升機滾筒主軸探傷中的應(yīng)用.【期刊名稱】《河南科技》【年(卷),期】2019(000)008【總頁數(shù)】3頁(P75-77)【關(guān)鍵詞】超聲無損檢測技術(shù);原理;軸類鍛件;提升機滾筒主軸【作者】崔偉方;王衡【作者單位】河南省煤炭科學(xué)研究院有限公司,河南鄭州450002;河南省煤炭科學(xué)研究院有限公司,河南鄭州450002【正文語種】中文【中圖分類】TG115.28;TD401超聲檢測發(fā)展歷史及現(xiàn)狀超聲檢測是五大常規(guī)無損檢測技術(shù)之一，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高且發(fā)展最快的一種無損檢測技術(shù)。利用超聲波來對固體內(nèi)部進行無損檢測，始于20世紀20年代末期。1929年，蘇聯(lián)Sokolov首先提出了利用超聲波探查金屬物體內(nèi)部缺陷的建議。根據(jù)Sokolov提出的原理制成的第一種穿透法檢測儀器，于第二次世界大戰(zhàn)后研制成功并出現(xiàn)在市場上。但是，由于這種儀器的應(yīng)用范圍受到限制，且對缺陷檢測靈敏度較低，所以，未能得到廣泛應(yīng)用，不久便被淘汰了［1］。脈沖反射法和脈沖發(fā)射法超聲檢測儀的出現(xiàn)，為超聲檢測注入了新的生命力。1940年，美國首次提出了脈沖發(fā)射法和以脈沖發(fā)射法原理為基礎(chǔ)的超聲檢測儀，并在之后的幾年內(nèi)逐步完善。1946年，英國制成功第一臺A型脈沖反射式超聲探傷儀，利用該儀器進行檢測較為便捷，且靈敏度較高。2060應(yīng)用方面也擴大到焊縫檢測。20世紀70年代，英國原子能管理局國家無損檢測研究中心哈威爾實驗室的M.G.Silk.提出衍射時差法超聲檢測技術(shù)（TOFD）。TOFD是一種利用超聲波的衍射現(xiàn)象、根據(jù)缺陷端點的衍射波信號來檢測和測定缺陷尺寸的超聲檢測技術(shù)，因其能較為準確地測定缺陷自身高度，不受缺陷自身的影響，具有檢測靈敏度高等優(yōu)點，因此在歐洲和美洲等西方發(fā)達國家被廣泛應(yīng)用，我國也在推廣［2］。我國系統(tǒng)地進行超聲檢測的應(yīng)用與研究始于20世紀50年代初。近幾十年來，我國的超聲檢測技術(shù)取得了巨大進步，但總體水平與發(fā)達國家相比仍存在一定差距。目前，超聲檢測技術(shù)對缺陷的定位、定量、定性還存在一定的局限性。2超聲檢測的基本原理目前，主流的脈沖反射式超聲波檢測設(shè)備的工作原理如下：①設(shè)備發(fā)射電信號至探頭，探頭將電信號轉(zhuǎn)變成超聲波信號，并采用一定的方式進入工件；②超聲波在工件中傳播，遇到界面時發(fā)生反射、折射；③反射的超聲波被探頭接收并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柋粰z測設(shè)備接收，并對電信號加以處理和分析，從而對工件質(zhì)量進行評價。根據(jù)介質(zhì)質(zhì)點的振動方向和波動傳播方向的關(guān)系，可將超聲波分為縱波、橫波、表面波和板波。其中，煤礦超聲波探傷中常使用縱波，其由縱波直探頭產(chǎn)生，其缺陷尺寸評定常采用當量計算法。當量法是指在同樣的檢測條件下，當自然缺陷的回波波高與某一尺寸的平底孔回波等高時，則該尺寸為自然缺陷的當量，即缺陷相當于這一尺寸的平底孔［3］。超聲波通常用分貝（dB）來作單位，對其的定義是某一超聲波聲壓與標準聲壓之比的對數(shù)的20倍，即P1P0PΔ，而計算缺陷的當量，公式為：式中，D；Δ接讀取；h；x式中，cf3超聲無損檢測技術(shù)在軸類鍛件探傷中的應(yīng)用煤礦在用設(shè)備的超聲波探傷主要以軸類鍛件為主，如滾筒主軸、天輪軸等。鍛件常見的缺陷有縮孔、縮松、夾雜物、裂紋、折疊、白點。常用的檢測方法有縱波直入射檢測、縱波斜入射檢測、橫波檢測，其中縱波直入射檢測是最基本的檢測方式。軸類鍛件的鍛造工藝主要以拔長為主，因而大部分缺陷的取向與軸線平行。此類缺陷的檢測以縱波直探頭從徑向檢測效果最佳?？紤]到缺陷會有其他的分布及取向，因此，軸類鍛件檢測還應(yīng)輔以直探頭在端面的軸向檢測，必要時還應(yīng)輔以斜探頭的徑向檢測及軸向檢測［4］。①直探頭徑向和軸向檢測如圖1所示。用直探頭作徑向檢測時，要將探頭置于軸的外圓作全面掃查，以發(fā)現(xiàn)軸類鍛件中常見的縱向缺陷；用直探頭作軸向檢測時，當軸的長度太長或軸有多個直徑不等的軸段時，會有聲束掃查不到的死區(qū)，可見，此方法有一定的局限性。圖1直探頭徑向和軸向檢測示意圖②斜探頭周向及軸向檢測。當缺陷呈徑向且為單片狀時，或軸上有幾個不同直徑的軸段，直探頭徑向或軸向檢測方式都很難發(fā)現(xiàn)，此時需要使用適當折射角的斜探頭作周向及軸向檢測?？紤]到缺陷的取向，檢測時探頭應(yīng)作正、反兩個方向的全面掃查，如圖2和圖3所示。圖2斜探頭周向檢測示意圖圖3斜探頭軸向檢測示意圖鍛件常見缺陷回波有以下幾種：單個缺陷回波、分散缺陷回波、密集缺陷回波和游動回波。在圓柱形軸類鍛件檢測過程中，當探頭沿著軸的外圓移動時，示波屏上的缺陷波會隨著該缺陷檢測聲程的變化而游動，這種游動的動態(tài)波形稱為游動回波。鍛件常見非缺陷回波有以下幾種：①周向檢測圓柱形鍛件時產(chǎn)生的三角反射波；②軸向檢測細長軸類鍛件時，由于波形轉(zhuǎn)換，在示波屏上出現(xiàn)的遲到波；③當鍛件中存在與檢測面成61°傾角的缺陷時，示波屏上會出現(xiàn)61°反射波，以及鍛件的臺階、凹槽等外形輪廓也會出現(xiàn)一些輪廓回波。超聲無損檢測技術(shù)在提升機滾筒主軸探傷中的應(yīng)用在煤礦中，超聲無損檢測技術(shù)也常被應(yīng)用于提升機滾筒主軸探傷。接下來筆者對提升機滾筒主軸的受力進行簡要分析，以期為超聲檢測工作提供指導(dǎo)。滾筒主軸（見圖4）是提升機的主要承力部件，提升機在提升過程中所受的各種動載荷和靜載荷都由滾筒主軸承擔。正常提升時，作用在滾筒主軸上的載荷主要有鋼絲繩的拉力、主軸自重及其附件重量、軸承座的固定力。礦井提升系統(tǒng)如圖5所示，滾筒主軸受力分析簡圖如圖6所示。鋼絲繩的拉力方向固定，大小變化。對雙碼提升來說，滾筒主軸及其附件重力大小和方向不變，實際應(yīng)用中多為雙碼提升，特例暫不做討論。軸承座的固定力大小和方向隨鋼絲繩拉力的變化而變化。圖4滾筒主軸示意圖圖5礦井提升系統(tǒng)示意圖圖6滾筒主軸受力分析簡圖456、DB、C；G；FMeCDMeBC12MeABAB12F1，CD12F2，BCABABF1LAB，CDDCF2LAB；BCF1LABF2LCDBCABA、B、C、D上所述，CD除上述由于外力造成的應(yīng)力集中外，還有主軸自身結(jié)構(gòu)和材質(zhì)造成的應(yīng)力集中，如切向槽根部、臺階部位、過盈配合部位，還有組織不均勻引起的應(yīng)力集中。結(jié)語隨著技術(shù)的進步，超聲檢測技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用將會越來越廣泛，且已經(jīng)顯現(xiàn)出巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。超聲檢測技術(shù)同時可以檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工藝中的優(yōu)缺點，大大降低了企業(yè)的安全風(fēng)險和生產(chǎn)成本。超聲檢測技術(shù)對人體無害，儀器小巧，操作簡便，可適用于各種工作場合，為各種檢測需求提供支持。但是，超聲檢測技術(shù)還有各種各樣的局限性，但隨著技術(shù)的進步，相信超聲檢測技術(shù)會逐漸完善，為安全生產(chǎn)提供更加科學(xué)可靠的決策依據(jù)。參考文獻：【相關(guān)文獻】［1］王建明.超聲檢測技術(shù)在煤礦機電設(shè)備安全檢測中的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2018（