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)械公司摩托車配件廠沖壓車間擁有多臺(tái)四柱萬能液壓機(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)備管理部門提出要求定期檢查緊固螺栓有無疲勞裂紋以便及時(shí)更換。過去是采取停產(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，使得恢復(fù)生產(chǎn)的周期較長，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)，使熒光屏水平線的滿刻度為200mm。然后將探頭耦合在一支長度為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)螺栓長度，并有足夠的探測靈敏度即可，如果探測靈敏度太高的話則會(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，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)，裂紋的開隙度要比拆卸后（卸載）的狀態(tài)大得多，這對(duì)超聲波檢測來說是非常有利的。
在實(shí)際探測中，有些螺栓的端面是不平整的，對(duì)于存在車削加工時(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上的位置判定螺栓長度是否正確（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)）。在檢測中如果發(fā)現(xiàn)有明顯高出周圍雜波（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，按照我們目前采用的檢測工藝與探傷靈敏度進(jìn)行過檢查的設(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
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)的問題，但是如何采用先進(jìn)的無損檢測手段和檢測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。