液壓缸緊固螺栓的超聲波探傷

摘 要 
本文介紹了采用超聲波探傷方法對液壓沖床的液壓缸緊固螺栓原位檢測疲勞裂紋的實施方案。采用此方法可以大大減少設備停機檢修時間，能有效地保障生產**與生產效率。 
[關鍵詞] 無損檢測 在役檢測 超聲檢測 
一. 前言 
我集團公司下屬的機械公司摩托車配件廠沖壓車間擁有多臺四柱萬能液壓機用作沖床，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。由于液壓缸在運行中承受高達數十噸的交變應力，因此曾因緊固螺栓疲勞斷裂造成上密封蓋爆飛的事故。自此事故發生后，設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更換。過去是采取停產拆卸檢查的方法，從停機、放油、拆卸檢查到重新組裝、試車，使得恢復生產的周期較長，對生產效率影響很大。因此常常會因為生產任務緊而迫使延長檢查間隔，對**生產極為不利。從1996年起，我們借鑒了飛機大梁緊固螺栓原位超聲波檢測的技術，利用設備停機的間歇對液壓缸緊固螺栓采取原位超聲波探傷，大大縮短了停產時間并有效地保障了生產的**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。螺栓的材料牌號為A3或者20#鋼，長度規格包括：80、110、120、130、140、150、160mm等，直徑規格包括：20、22、24、28、30、36mm等（隨設備型號及噸位不同而有區別）。 
[1] 探傷設備：
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密包裹，防止機油滲入影響電接觸）。 
[2] 探傷靈敏度的設定： 
先在荷蘭試塊或CSK-ⅠA試塊100mm高的平面上進行直射縱波1：2定標，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的同材料狀態的完好螺栓端面的中心位置上，并稍作移動以找到最大底波，調整儀器靈敏度使該最大回波高度達到50%滿屏高，再增益20dB作為探傷起始靈敏度。（這種設定的指導思想主要有兩個方面考慮，其一是由于超聲波是在一個近似細長圓柱形的物體中傳播，有波制導存在，因此只能是參照超聲波在無限大介質中的傳播規律，調整到大體相當于可發現75mm處的Φ2平底孔當量作為起始靈敏度；其二，對于這種埋樁螺栓，最常出現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合界面處，如附圖所示。因此只要能確定螺栓的底波以確認螺栓長度，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因為螺紋段的雜亂回波太多太高而影響對裂紋回波的判定。） 
[3] 缺陷判斷： 
應該說，超聲波原位探傷時的一個有利條件是螺栓正處在拉伸應力作用下（加載狀態），因此如果存在疲勞裂紋時，裂紋的開隙度要比拆卸后（卸載）的狀態大得多，這對超聲波檢測來說是非常有利的。 
在實際探測中，有些螺栓的端面是不平整的，對于存在車削加工時留下的凸出物必須除掉（銼平或鏟除）以保障耦合質量，而端面下凹時則可采用黃油填補耦合的方法（注意不要有空氣隙存在），此外應該平穩地扶持探頭以保持耦合穩定。 
將探頭平穩地耦合在螺栓端面上，應能正確地找到最大底波并根據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（因為如果螺栓已經嚴重斷裂時，斷裂處的回波將會幾乎完全遮蔽底波，則顯示出的螺栓長度顯然是遠遠短于規定尺寸的）。在始波與底波之間因為螺紋部分的溝槽存在而必然有雜草狀回波出現，并且隨探頭在螺栓端面上做小范圍移動時會顯示幅度變化（與螺紋溝槽的光潔度、螺栓直徑及側壁效應有關）。在檢測中如果發現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合面附近處，則可認為是裂紋波，此時應記錄該螺栓在設備上的位置（或者編號）并做好標記，通知設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設備大拆卸造成停產周期太長之弊，一旦探傷發現有某個或某些螺栓存在疲勞裂紋時只需要局部拆卸進行個別更換，不需要象以前那樣全部拆卸下來并全部替換，這對于降低設備維修人員的勞動強度、縮短檢修周期以及節約材料費用等都是非常有好處的。自1996年起每年進行定期檢測，按照我們目前采用的檢測工藝與探傷靈敏度進行過檢查的設備至今尚未出現因螺栓斷裂而造成的設備故障。 
四. 結束語 
為了保障**生產，對于承受大載荷的機械設備定期檢查有無疲勞裂紋存在是非常必要的，這已經是設備維護與管理人員都能明確認識的問題，但是如何采用先進的無損檢測手段和檢測工藝更有效地保障設備的完好率以及提高經濟效益則還有待進一步認識和嘗試。我們在這方面做了一些工作并已獲得較好的效果。