矿山绞车车轴超声波检测方法的探讨

沈劲松

（黑龙江鹤岗鹤矿集团质量监督站，黑龙江 鹤岗 154100）

1 矿山的绞车车轴损坏分析

矿山的绞车车轴因其绞车的型号不同而大相径庭，但其均为大型锻件轴且长度在2-4米之间，其轴径为100-600毫米不等。此类矿山的大型锻件内部存在着各种类型的缺陷，而其形成的机理较为复杂，其中超声波探伤不但能发现矿山的绞车车轴缺陷，而且无损与矿山的绞车车轴。现在就让我们尝试一下分析矿山的绞车车轴发生裂纹的原因。

1.1 按其形成工艺大致可分为二种：一种是在冶练和铸造过程中所形成的疏松、偏析、缩孔与夹杂物；一种则是在其锻造或热处理的过程中所形成的裂纹、白点或晶粒粗大等。

1.2 矿山的绞车轴在长期的生产运转过程中有可能产生的其它一些缺陷。根据实际的情况。西山矿物局机电总厂对绞车的受力情况进行了分析，选定为安放轴瓦的轴段内沿的圆周表面进行径向探测。这是因为圆周表面是绞车车轴的主锻面。而经锻打后，某些纤维组织、碳化物将疏松、缩孔成条带状分布，且缺陷通常会与主锻面平行，易于被检测出来。矿山绞车车轴在生产运转的过程当中，往往的承受着扭转和弯曲的组合变形，且在轴瓦部位受力最大，而弯矩却也最大。又因为有车轴轴肩的存在，更易在此产生应力的集中，所以说此处也是最容易产生裂纹的危险部位。由于轴瓦的保护，此段车轴的表面粗糙度参数平均较低，探伤灵敏度高，产生误差小。在实际的探伤中，探伤灵敏度的高低将直接关系到对检测结果进而影响对缺陷的定量及判定。又因为矿山的绞车轴的轴径不同，且轴与试块在声程、材质、组织、形状和表面粗糙度等方面均存在着差异，所以在诸多因素的影响下，在选择探伤灵敏度时，这些差异的影响均应考虑。

2 车轴无损探伤检测探测条件2.1

在无损探伤检测过程中，探头的选择应根据矿山的绞车轴的轴径不同。而选择不同的超声波检测设备。可分别选用覬14、覬20探测频率为2.5MHz的直探头。

2.2 在探测矿山绞车车轴表面粗糙时，探测面主要是轴的外圆表面。为保证良好的声耦台，探测面表面粗糙度应为Ra≥1.6m，至少不低于Ra=3.2μm。

2.3 灵敏度的校正。轴类锻件探测时常用的探测灵敏度为2mm平底孔。首先用直探头在IIW试块上进行声程定位，然后将探头置于cs-l系列的平底孔试块上，找到平底孔2(或4)所对应的最高回波，调至基准高度80%并记录此时衰减器的读数dB1。而由于要考虑到各因素对dB值的影响，即△=△g+△G+△β+△ɑ+△b+△c+△d式中△g-声程不同引起的dB差。

△G-反射体大小、形状不同引起的dB差

△β-表面耦合引起的dB差。

△ɑ-材质对声波衰减的不同引起的dB差

△b-表面形状不同引起的dB差

△c-底面凹凸引起的dB差

△d-底面倾斜引起的dB差

大多需要考虑此七种因素，而具体到绞车轴则只须考虑前五种因素。对于矿山绞车车轴来讲，则须参考锻件的要求，而覬2平底孔缺陷不漏检。故

△ɑ=a1*s1/s2或△ɑ=a2*覬2/覬1

式中s1-试块的声程

s2-工件的声程(即轴径).

覬2-试块的平底孔

覬1-为检测要求

△ɑ由 a1=001(dB/mm)而 a2=002(dB/mm)决定

式中a1-试块双程材质衰减系数

a2-工件双程材质衰减系数

上述数据由轴径的具体尺寸计算而得，其中△c和△b可测得。故探伤灵敏度为dB2=dB1+△c，在以此进行的探伤过程中，找到缺陷波后，调至基准高度80%，记录此时的分贝数dBs。

2.4 车轴缺陷的定位；从车轴的内部斜角探伤与从实心轴表面的斜角探伤原理相同，但如若从探头到缺陷的距离为其实轴的1/3时，可以提高探伤的灵敏度。我们所谓的斜角探伤方式是使超声波从探伤面倾斜入射，从而接收从缺陷嗄射来的回波.从而检测出缺陷的一种无损探伤检测方法。如果没有缺陷.就没有回波返回，从有无回波即可判定有无缺陷。

2.5 车轴缺陷的定量。车轴缺陷可根据其渡形的变化而进行概略的定性。对缺陷的意陛分析，依赖于对波形形状的观察和波形变化的观察，当结合绞车轴在整个制造工艺过程中的情况时，轴内可能出现的几种缺陷，而在实际探伤中缺陷波在荧光屏上的反映是不同的。如游动波形的出现说明有一个相对于检测点的深度在不断变化的缺陷，可能存在着危险性缺陷(如中心孔的径向裂纹)。如疏松可能出现很小的丛生缺陷反射信号，则底渡明显降低；当缩孔存在时，反射信号很强，且轴衙连续存在；缩孔较大时，底波严重衰减，甚至消失。对于中心夹杂物，缺陷反射信号在荧光屏上相对于锻件的中心位置呈丛状波形、晶粒粗大的波形a裂纹缺陷反射渡呈游离不定状态、撤陷的定性分析，更加依赖于对波形变化的观察。判定时，需认真分析波形的变化规律、游动的距离与底波的关系以及最大缺陷渡显示的位置等应综合考虑。根据实际情况，必要时辅助于斜探头，有助于发现一些径向的片状缺陷，增加探伤的可靠性。

例：因为要求是覬2平底孔的不漏检，所以缺陷当量是可以根据以下公式计算出：

△dB=dB3-dB2

△dB=40kg*覬1/S1*S2*覬2

可解得：覬1=()当量

式中S1-被测轴的轴径覬2=2

S2-缺陷的声程

2.6 超声波校正灵敏度。将探头置于csl系列平底孔，试块上衰减器恢复到dB1，观察回波高是否达到基准波高80%，如无差异的话，此次探伤有效，否则存在误差，需重新测定。

3 结论

经过对各矿绞车轴的检测，此测试方法应用在绞车轴探伤中是可行的，能较好地发现轴内所在的平行于主教面的缺陷，并可大致地确定缺陷的当量、位置、深度及其性质。在现场测试中，对发现有缺陷的轴段，应辅助于斜探头，可在端面进行探测，必要时配合无损检测其它手段，力求更确切地确定典巨质和形状。

周期地对在役绞车轴进行检测、资料存挡，有助于随时发现一些危险性缺陷及缺陷的发展情况，保证安全运行。在设备上，应尽一步完善现场的随机记录，尽量地排除一些人为因素给探伤结果带来的不良影响。完善、制定行业标准，以便在工作中有据可查，增强其可比性。

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