本文(wén)介绍了采用(yòng)超声波探伤方法对液压冲床的液压缸紧固螺栓原位检测疲劳裂纹的实施方案。采用(yòng)此方法可(kě)以大大减少设备停机检修时间，能(néng)有(yǒu)效地保障生产**与生产效率。 |
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一. 前言 |
我集团公司下属的机械公司摩托車(chē)配件厂冲压車(chē)间拥有(yǒu)多(duō)台四柱万能(néng)液压机用(yòng)作冲床，吨位為(wèi)100吨、200吨、315吨、500吨，其液压缸上下密封盖是通过缸體(tǐ)上的埋桩螺栓与缸體(tǐ)连接的。由于液压缸在运行中承受高达数十吨的交变应力，因此曾因紧固螺栓疲劳断裂造成上密封盖爆飞的事故。自此事故发生后，设备管理(lǐ)部门提出要求定期检查紧固螺栓有(yǒu)无疲劳裂纹以便及时更换。过去是采取停产拆卸检查的方法，从停机、放油、拆卸检查到重新(xīn)组装、试車(chē)，使得恢复生产的周期较長(cháng)，对生产效率影响很(hěn)大。因此常常会因為(wèi)生产任務(wù)紧而迫使延長(cháng)检查间隔，对**生产极為(wèi)不利。从1996年起，我们借鉴了飞机大梁紧固螺栓原位超声波检测的技术，利用(yòng)设备停机的间歇对液压缸紧固螺栓采取原位超声波探伤，大大缩短了停产时间并有(yǒu)效地保障了生产的**与效率。 |
二. 检测方法 |
探头与紧固螺栓耦合的位置及超声束投射方向如附图所示。螺栓的材料牌号為(wèi)A3或者20#钢，長(cháng)度规格包括：80、110、120、130、140、150、160mm等，直径规格包括：20、22、24、28、30、36mm等（随设备型号及吨位不同而有(yǒu)區(qū)别）。 |
[1] 探伤设备： |
WT2007型超声 探伤仪，2.5P14直探头。耦合剂為(wèi)黄油（液压缸下密封盖的紧固螺栓暴露端朝下，需采取仰探方式）和机油（液压缸上密封盖的紧固螺栓暴露端是浸没在缸外冷却油中的，可(kě)以直接把探头浸入油中与螺栓端面耦合，但是探头与探头電(diàn)缆接连处要用(yòng)胶带纸严密包裹，防止机油渗入影响電(diàn)接触）。 |
[2] 探伤灵敏度的设定： |
先在荷兰试块或CSK-ⅠA试块100mm高的平面上进行直射纵波1：2定标，使荧光屏水平線(xiàn)的满刻度為(wèi)200mm。然后将探头耦合在一支長(cháng)度為(wèi)150mm、直径20mm的同材料状态的完好螺栓端面的中心位置上，并稍作移动以找到*大底波，调整仪器灵敏度使该*大回波高度达到50%满屏高，再增益20dB作為(wèi)探伤起始灵敏度。（这种设定的指导思想主要有(yǒu)两个方面考虑，其一是由于超声波是在一个近似细長(cháng)圆柱形的物(wù)體(tǐ)中传播，有(yǒu)波制导存在，因此只能(néng)是参照超声波在无限大介质中的传播规律，调整到大體(tǐ)相当于可(kě)发现75mm处的Φ2平底孔当量作為(wèi)起始灵敏度；其二，对于这种埋桩螺栓，*常出现疲劳裂纹的位置是在中间光杆部分(fēn)两端的螺纹接入处或者说是接近密封件的结合界面处，如附图所示。因此只要能(néng)确定螺栓的底波以确认螺栓長(cháng)度，并有(yǒu)足够的探测灵敏度即可(kě)，如果探测灵敏度太高的话则会因為(wèi)螺纹段的杂乱回波太多(duō)太高而影响对裂纹回波的判定。） |
[3] 缺陷判断： |
应该说，超声波原位探伤时的一个有(yǒu)利条件是螺栓正处在拉伸应力作用(yòng)下（加载状态），因此如果存在疲劳裂纹时，裂纹的开隙度要比拆卸后（卸载）的状态大得多(duō)，这对超声波检测来说是非常有(yǒu)利的。 |
在实际探测中，有(yǒu)些螺栓的端面是不平整的，对于存在車(chē)削加工时留下的凸出物(wù)必须除掉（锉平或铲除）以保障耦合质量，而端面下凹时则可(kě)采用(yòng)黄油填补耦合的方法（注意不要有(yǒu)空气隙存在），此外应该平稳地扶持探头以保持耦合稳定。 |
将探头平稳地耦合在 螺栓端面上，应能(néng)正确地找到*大底波并根据该底波前沿在水平刻度線(xiàn)上的位置判定螺栓長(cháng)度是否正确（因為(wèi)如果螺栓已经严重断裂时，断裂处的回波将会几乎完全遮蔽底波，则显示出的螺栓長(cháng)度显然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于规定尺寸的）。在始波与底波之间因為(wèi)螺纹部分(fēn)的沟槽存在而必然有(yǒu)杂草(cǎo)状回波出现，并且随探头在螺栓端面上做小(xiǎo)范围移动时会显示幅度变化（与螺纹沟槽的光洁度、螺栓直径及侧壁效应有(yǒu)关）。在检测中如果发现有(yǒu)明显高出周围杂波（信噪比大于2或者明显高出6dB）的单峰回波且其位置在密封件结合面附近处，则可(kě)认為(wèi)是裂纹波，此时应记录该螺栓在设备上的位置（或者编号）并做好标记，通知设备维修人员将此螺栓更换。 |
三. 效果 |
采用(yòng)原位 超声波探伤可(kě)以免除整台设备大拆卸造成停产周期太長(cháng)之弊，一旦探伤发现有(yǒu)某个或某些螺栓存在疲劳裂纹时只需要局部拆卸进行个别更换，不需要象以前那样全部拆卸下来并全部替换，这对于降低设备维修人员的劳动强度、缩短检修周期以及节约材料费用(yòng)等都是非常有(yǒu)好处的。自1996年起每年进行定期检测，按照我们目前采用(yòng)的检测工艺与探伤灵敏度进行过检查的设备至今尚未出现因螺栓断裂而造成的设备故障。 |
四. 结束语 |
為(wèi)了保障**生产，对于承受大载荷的机械设备定期检查有(yǒu)无疲劳裂纹存在是非常必要的，这已经是设备维护与管理(lǐ)人员都能(néng)明确认识的问题，但是如何采用(yòng)先进的无损检测手段和检测工艺更有(yǒu)效地保障设备的完好率以及提高经济效益则还有(yǒu)待进一步认识和尝试。我们在这方面做了一些工作并已获得较好的效果。 |