摘 要
本文介紹了采用超聲波探傷方法對(duì)液壓沖床的液壓缸緊固螺栓原位檢測(cè)疲勞裂紋的實(shí)施方案。采用此方法可以大大減少設(shè)備停機(jī)檢修時(shí)間，能有效地保障生產(chǎn)安全與生產(chǎn)效率。
一. 前言
我集團(tuán)公司下屬的機(jī)械公司摩托車(chē)配件廠(chǎng)沖壓車(chē)間擁有多臺(tái)四柱萬(wàn)能液壓機(jī)用作沖床，噸位為100噸、200噸、315噸、500噸，其液壓缸上下密封蓋是通過(guò)缸體上的埋樁螺栓與缸體連接的。由于液壓缸在運(yùn)行中承受高達(dá)數(shù)十噸的交變應(yīng)力，因此曾因緊固螺栓疲勞斷裂造成上密封蓋爆飛的事故。自此事故發(fā)生后，設(shè)備管理部門(mén)提出要求定期檢查緊固螺栓有無(wú)疲勞裂紋以便及時(shí)更換。過(guò)去是采取停產(chǎn)拆卸檢查的方法，從停機(jī)、放油、拆卸檢查到重新組裝、試車(chē)，使得恢復(fù)生產(chǎn)的周期較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)效率影響很大。因此常常會(huì)因?yàn)樯a(chǎn)任務(wù)緊而迫使延長(zhǎng)檢查間隔，對(duì)安全生產(chǎn)極為不利。從1996年起，我們借鑒了飛機(jī)大梁緊固螺栓原位超聲波檢測(cè)的技術(shù)，利用設(shè)備停機(jī)的間歇對(duì)液壓缸緊固螺栓采取原位超聲波探傷，大大縮短了停產(chǎn)時(shí)間并有效地保障了生產(chǎn)的安全與效率。
二. 檢測(cè)方法
探頭與緊固螺栓耦合的位置及超聲束投射方向如附圖所示。螺栓的材料牌號(hào)為A3或者20#鋼，長(zhǎng)度規(guī)格包括：80、110、120、130、140、150、160mm等，直徑規(guī)格包括：20、22、24、28、30、36mm等（隨設(shè)備型號(hào)及噸位不同而有區(qū)別）。
[1] 探傷設(shè)備：
WT2007型超聲探傷儀，2.5P14直探頭。耦合劑為黃油（液壓缸下密封蓋的緊固螺栓暴露端朝下，需采取仰探方式）和機(jī)油（液壓缸上密封蓋的緊固螺栓暴露端是浸沒(méi)在缸外冷卻油中的，可以直接把探頭浸入油中與螺栓端面耦合，但是探頭與探頭電纜接連處要用膠帶紙嚴(yán)密包裹，防止機(jī)油滲入影響電接觸）。
[2] 探傷靈敏度的設(shè)定：
先在荷蘭試塊或CSK-ⅠA試塊100mm高的平面上進(jìn)行直射縱波1：2定標(biāo)，使熒光屏水平線(xiàn)的滿(mǎn)刻度為200mm。然后將探頭耦合在一支長(zhǎng)度為150mm、直徑20mm的同材料狀態(tài)的完好螺栓端面的中心位置上，并稍作移動(dòng)以找到最大底波，調(diào)整儀器靈敏度使該最大回波高度達(dá)到50%滿(mǎn)屏高，再增益20dB作為探傷起始靈敏度。（這種設(shè)定的指導(dǎo)思想主要有兩個(gè)方面考慮，其一是由于超聲波是在一個(gè)近似細(xì)長(zhǎng)圓柱形的物體中傳播，有波制導(dǎo)存在，因此只能是參照超聲波在無(wú)限大介質(zhì)中的傳播規(guī)律，調(diào)整到大體相當(dāng)于可發(fā)現(xiàn)75mm處的Φ2平底孔當(dāng)量作為起始靈敏度；其二，對(duì)于這種埋樁螺栓，最常出現(xiàn)疲勞裂紋的位置是在中間光桿部分兩端的螺紋接入處或者說(shuō)是接近密封件的結(jié)合界面處，如附圖所示。因此只要能確定螺栓的底波以確認(rèn)螺栓長(zhǎng)度，并有足夠的探測(cè)靈敏度即可，如果探測(cè)靈敏度太高的話(huà)則會(huì)因?yàn)槁菁y段的雜亂回波太多太高而影響對(duì)裂紋回波的判定。）
[3] 缺陷判斷：
應(yīng)該說(shuō)，超聲波原位探傷時(shí)的一個(gè)有利條件是螺栓正處在拉伸應(yīng)力作用下（加載狀態(tài)），因此如果存在疲勞裂紋時(shí)，裂紋的開(kāi)隙度要比拆卸后（卸載）的狀態(tài)大得多，這對(duì)超聲波檢測(cè)來(lái)說(shuō)是非常有利的。
在實(shí)際探測(cè)中，有些螺栓的端面是不平整的，對(duì)于存在車(chē)削加工時(shí)留下的凸出物必須除掉（銼平或鏟除）以保障耦合質(zhì)量，而端面下凹時(shí)則可采用黃油填補(bǔ)耦合的方法（注意不要有空氣隙存在），此外應(yīng)該平穩(wěn)地扶持探頭以保持耦合穩(wěn)定。
將探頭平穩(wěn)地耦合在螺栓端面上，應(yīng)能正確地找到最大底波并根據(jù)該底波前沿在水平刻度線(xiàn)上的位置判定螺栓長(zhǎng)度是否正確（因?yàn)槿绻菟ㄒ呀?jīng)嚴(yán)重?cái)嗔褧r(shí)，斷裂處的回波將會(huì)幾乎完全遮蔽底波，則顯示出的螺栓長(zhǎng)度顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于規(guī)定尺寸的）。在始波與底波之間因?yàn)槁菁y部分的溝槽存在而必然有雜草狀回波出現(xiàn)，并且隨探頭在螺栓端面上做小范圍移動(dòng)時(shí)會(huì)顯示幅度變化（與螺紋溝槽的光潔度、螺栓直徑及側(cè)壁效應(yīng)有關(guān)）。在檢測(cè)中如果發(fā)現(xiàn)有明顯高出周?chē)s波（信噪比大于2或者明顯高出6dB）的單峰回波且其位置在密封件結(jié)合面附近處，則可認(rèn)為是裂紋波，此時(shí)應(yīng)記錄該螺栓在設(shè)備上的位置（或者編號(hào)）并做好標(biāo)記，通知設(shè)備維修人員將此螺栓更換。
三. 效果
采用原位超聲波探傷可以免除整臺(tái)設(shè)備大拆卸造成停產(chǎn)周期太長(zhǎng)之弊，一旦探傷發(fā)現(xiàn)有某個(gè)或某些螺栓存在疲勞裂紋時(shí)只需要局部拆卸進(jìn)行個(gè)別更換，不需要象以前那樣全部拆卸下來(lái)并全部替換，這對(duì)于降低設(shè)備維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短檢修周期以及節(jié)約材料費(fèi)用等都是非常有好處的。自1996年起每年進(jìn)行定期檢測(cè)，按照我們目前采用的檢測(cè)工藝與探傷靈敏度進(jìn)行過(guò)檢查的設(shè)備至今尚未出現(xiàn)因螺栓斷裂而造成的設(shè)備故障。
四. 結(jié)束語(yǔ)
為了保障安全生產(chǎn)，對(duì)于承受大載荷的機(jī)械設(shè)備定期檢查有無(wú)疲勞裂紋存在是非常必要的，這已經(jīng)是設(shè)備維護(hù)與管理人員都能明確認(rèn)識(shí)的問(wèn)題，但是如何采用先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)手段和檢測(cè)工藝更有效地保障設(shè)備的完好率以及提高經(jīng)濟(jì)效益則還有待進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和嘗試。我們?cè)谶@方面做了一些工作并已獲得較好的效果。