无损检测技术在矿山机械设备的应用

王四现

（长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012）

0 引言

开矿工作环境比较恶劣，矿山机械设备很容易磨损，出现疲劳裂纹及设备失效等问题。为了避免开矿事故的发生，对矿山设备的维护与检测是最重要的任务。矿山设备体积比较大，采用超声波、渗透无损检测技术，可以及时发现设备存在的问题与故障，做出及时的应对措施和解决方案，保证设备正常运行状态。

1 矿山规程、标准对设备无损检测的具体要求

《煤矿安全质量标准基本要求及评分方法》机电基础管理中要求：超声波、渗透无损检测应该对矿山设备的关键部件进行检测，如设备的主轴、天轮轴以及各个部件的连接装置，制动设备以及通风机的主轴、风叶等。《煤矿安全规程》第412条规定：矿山设备进行作业，立井中的提升容器应该采用锲形的连接装置，更换设备的钢丝绳时，必须对钢丝绳的主要受力部位进行超声波验伤检测，合格后方可投入使用。

2 超声波及渗透无损技术检测的原理

超声波检测技术是一种新型的技术，利用超声波的声音、光、磁性等特点，在不破坏机械设备物理结构和整体结构的基础上对矿山机械设备进行检测（图1）。该检测是利用超声波的波段，在没有损坏的介质中传播时是均匀、连续、弹性传播的。检测时如果出现发射、折射的现象，就说明设备出现损坏，应对设备进行维修。

渗透检测则是在缺口处渗透毛细管到设备的缺口位置进行检测。渗透检测的原理是经过毛细血管渗透一段时间，直接渗透到表面的开口缺陷中，清除掉零件表面的渗透液并进行干燥处理，然后在零件的表面涂上显像剂，渗透到缺口中的渗透液通过毛细管被显像剂吸附回渗到显像剂，在黑色和白色的光源照射下渗透到缺口处的渗透液被显像剂放大显示成黄绿色荧光或比较鲜艳的颜色，然后可以看到设备内部损伤的形状和位置。

3 无损检测的技术以及特点

图1 超声波工作原理

超声波及渗透无损检测技术是一项在科学领域应用比较广泛的技术，检测方式主要有磁粉检测、超声检测、射线检测、激光检测以及声发射检测、渗透等。其最大的特点是可以在不破坏设备部件的前提下，利用设备制作材料的物理性质（材料受到损伤时会发生变化）对设备进行检测，对设备的表面和构件的内部是否受到损伤进行判断。无损检测具有及时性、多元化、准确性的特点，能对设备的损伤位置、面积大小、形状以及损坏程度进行准确判断，还可以通过设备的过载量对煤矿设备进行检测，检测出设备的使用年限，对煤矿设备的运行情况作出全面、细致的分析。无损技术通过对矿山设备的维修与制造，对设备的冲压、铸造、锻切割、加工等功能是否符合相关规定的标准作出准确的判断，实现有效的监控。无损技术的最大特点是不破坏设备，可以降低设备生产成本，也可以通过检测出的反馈信息对技术进行改造，并进行一系列的反复试验，最终达到最优质的制造技术。

4 无损检测技术在矿山设备中应用的现状

超声波及渗透无损检测技术广泛应于矿山设备的制造与维修。因为超声无损检测技术不会破会机械设备的物理结构，通过对矿山设备的检测，大大保证了矿山设备的安全使用，提高了矿山设备的工作效率。在实际工作中，矿山机械检测应用无损检测技术主要通过以下4个方面来表现。

4.1 天轮轴超声波探伤

天轮轴是矿山设备中使用频率比较大的部件，超声波检测是检测天轮轴的重要方式。超声波检测可以对天轮轴的疲劳损伤情况进行具体检测，及时发现天轮轴出现的问题，做出正确的解决方案。在实际操作中，超声波检测需要确定探伤的敏感度，敏感度程度将直接影响探测的结果。在检测中，应以天轮轴内侧的损伤检测为主，将检测仪器调整到天轮轴内侧使用超声波纵波进行敏感度检测。在被检测的天轮轴的轴向施加耦合剂，使超声波探头以锯齿形式围绕天轮轴轴向进行反复检测，探头在检测中反复移动，探测范围可以达到整个轮座的镶入部位。

4.2 主通风机叶片渗透探伤

开矿工作多在矿井中进行，矿井中的环境恶劣，空气流通不畅，所以设备中的风扇叶片能否安全运行，是保障井下空气流通的重要条件。井下的有毒气体也是通过风扇叶片来排除的，如果风扇叶片不能正常运行，就会产生安全事故，严重时还会对工作人员的人身安全造成影响。所以对叶片进行无损渗透检测非常重要，检测的重点部位应该在叶片根部向上200 m的位置。这个区域对通风机的运行起着关键的作用，也是叶片故障出现比较频繁的区域，所以在进行检测时，应对这一区域进行严格重点排查。矿山设备中通风机的制作材料通常使用的材质是铝合金和钢材，铝合金几乎没有导磁性，所以检测时不能使用磁粉检测。对叶片的检测通常是利用喷灌溶剂对叶片着色的方式进行，检测完叶片之后，还要清理叶片上残留的试剂，避免试剂腐蚀叶片的现象发生。

4.3 对矿井提升设备的检测

煤矿提升机的主轴是矿山设备的重要零件，运行时间比较长后对设备会造成一定损伤，如果没有按时检测设备、损伤部位没有及时处理，就容易产生严重的安全事故，造成人伤亡，所以对设备的检测一定要定期进行。设备表面的无损检测，一般选择磁粉检测或渗透检测，设备中轴类的表面检测可以采用超声波的方式。

4.4 连接部件进行耦合安装

在实际作业中，矿山设备的连接件应用的也比较广泛。连接部件的检测也要定期进行，通过定期的检测，发现部件的损伤部位、隐患问题，并对部件做出及时更换，确保设备能进行安全生产，提高设备的安全性。矿山设备的部件检测主要用到渗透技术或磁粉检测技术，通过对部件表面的检测，发现部件的断面并进行处理。无损技术检测主要对设备的连杆、马镫、销轴、吊钩等部件进行检测。

5 无损检测技术在矿山机械维修中的应用范围

在作业实际操作中，当设备的传动轴内部出现损伤时，可以使用超声波进行检测。在超声波检测中，最常用的是A型脉冲反射超声仪探伤仪。设备的支架和顶梁、采煤机箱体以及钢板出现的损伤，需要采用渗透检测技术和磁粉探伤技术实验进行检测，而那些焊缝难度比较大的则需要采用射线的检测方式。检测时，应对被检测设备的变速箱、齿轮轴、液压支架的顶梁制造视所采用的材料进行分析，然后观察材料的加工方式、成型流程以及损伤处面积的大小、损伤位置、形状，选择相应的检测方式。

检测方式一般根据部件的壁厚进行选择，多用渗透检测的方式：壁厚约50 mm的部件采用射线检测，壁厚约15 mm的采用磁粉检测以及涡流检测，壁厚约20 mm的采用微波检测以及声发射检测，壁厚约100 mm的采用中子检测，设备中最厚的部件采用超声波检测。另外，检测技术的选择不仅仅是根据部件的外表、体积，还要对矿山设备采矿中的工作流程、使用情况以及设备的制造材料、各个部件的材料进行分析，以达到检测方式符合检测技术的要求。

6 结语

随着我国科学技术的发展，很多行业都将超声波以及渗透应用到设备的检测，超声波无损以及渗透检测技术被广泛应用在机械操作以及大型的土木工程中，成为未来检测方向的主导。矿山维修过程中主要使用的无损检测技术对矿山机械设备的提升设备连接件进行检测，以及对矿山设备传动轴的检测和对井下作业时通风机叶片的无损检测，通过对设备的无损检测，提高了设备生产时的工作效率，减少了生产事故的发生，延长了设备的使用寿命。