無損檢測技術在礦山機械設備的應用

王四現

（長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙 410012）

0 引言

開礦工作環境比較惡劣，礦山機械設備很容易磨損，出現疲勞裂紋及設備失效等問題。為了避免開礦事故的發生，對礦山設備的維護與檢測是最重要的任務。礦山設備體積比較大，采用超聲波、滲透無損檢測技術，可以及時發現設備存在的問題與故障，做出及時的應對措施和解決方案，保證設備正常運行狀態。

1 礦山規程、標準對設備無損檢測的具體要求

《煤礦安全質量標準基本要求及評分方法》機電基礎管理中要求：超聲波、滲透無損檢測應該對礦山設備的關鍵部件進行檢測，如設備的主軸、天輪軸以及各個部件的連接裝置，制動設備以及通風機的主軸、風葉等。《煤礦安全規程》第412條規定：礦山設備進行作業，立井中的提升容器應該采用鍥形的連接裝置，更換設備的鋼絲繩時，必須對鋼絲繩的主要受力部位進行超聲波驗傷檢測，合格后方可投入使用。

2 超聲波及滲透無損技術檢測的原理

超聲波檢測技術是一種新型的技術，利用超聲波的聲音、光、磁性等特點，在不破壞機械設備物理結構和整體結構的基礎上對礦山機械設備進行檢測（圖1）。該檢測是利用超聲波的波段，在沒有損壞的介質中傳播時是均勻、連續、彈性傳播的。檢測時如果出現發射、折射的現象，就說明設備出現損壞，應對設備進行維修。

滲透檢測則是在缺口處滲透毛細管到設備的缺口位置進行檢測。滲透檢測的原理是經過毛細血管滲透一段時間，直接滲透到表面的開口缺陷中，清除掉零件表面的滲透液并進行干燥處理，然后在零件的表面涂上顯像劑，滲透到缺口中的滲透液通過毛細管被顯像劑吸附回滲到顯像劑，在黑色和白色的光源照射下滲透到缺口處的滲透液被顯像劑放大顯示成黃綠色熒光或比較鮮艷的顏色，然后可以看到設備內部損傷的形狀和位置。

3 無損檢測的技術以及特點

圖1 超聲波工作原理

超聲波及滲透無損檢測技術是一項在科學領域應用比較廣泛的技術，檢測方式主要有磁粉檢測、超聲檢測、射線檢測、激光檢測以及聲發射檢測、滲透等。其最大的特點是可以在不破壞設備部件的前提下，利用設備制作材料的物理性質（材料受到損傷時會發生變化）對設備進行檢測，對設備的表面和構件的內部是否受到損傷進行判斷。無損檢測具有及時性、多元化、準確性的特點，能對設備的損傷位置、面積大小、形狀以及損壞程度進行準確判斷，還可以通過設備的過載量對煤礦設備進行檢測，檢測出設備的使用年限，對煤礦設備的運行情況作出全面、細致的分析。無損技術通過對礦山設備的維修與制造，對設備的沖壓、鑄造、鍛切割、加工等功能是否符合相關規定的標準作出準確的判斷，實現有效的監控。無損技術的最大特點是不破壞設備，可以降低設備生產成本，也可以通過檢測出的反饋信息對技術進行改造，并進行一系列的反復試驗，最終達到最優質的制造技術。

4 無損檢測技術在礦山設備中應用的現狀

超聲波及滲透無損檢測技術廣泛應于礦山設備的制造與維修。因為超聲無損檢測技術不會破會機械設備的物理結構，通過對礦山設備的檢測，大大保證了礦山設備的安全使用，提高了礦山設備的工作效率。在實際工作中，礦山機械檢測應用無損檢測技術主要通過以下4個方面來表現。

4.1 天輪軸超聲波探傷

天輪軸是礦山設備中使用頻率比較大的部件，超聲波檢測是檢測天輪軸的重要方式。超聲波檢測可以對天輪軸的疲勞損傷情況進行具體檢測，及時發現天輪軸出現的問題，做出正確的解決方案。在實際操作中，超聲波檢測需要確定探傷的敏感度，敏感度程度將直接影響探測的結果。在檢測中，應以天輪軸內側的損傷檢測為主，將檢測儀器調整到天輪軸內側使用超聲波縱波進行敏感度檢測。在被檢測的天輪軸的軸向施加耦合劑，使超聲波探頭以鋸齒形式圍繞天輪軸軸向進行反復檢測，探頭在檢測中反復移動，探測范圍可以達到整個輪座的鑲入部位。

4.2 主通風機葉片滲透探傷

開礦工作多在礦井中進行，礦井中的環境惡劣，空氣流通不暢，所以設備中的風扇葉片能否安全運行，是保障井下空氣流通的重要條件。井下的有毒氣體也是通過風扇葉片來排除的，如果風扇葉片不能正常運行，就會產生安全事故，嚴重時還會對工作人員的人身安全造成影響。所以對葉片進行無損滲透檢測非常重要，檢測的重點部位應該在葉片根部向上200 m的位置。這個區域對通風機的運行起著關鍵的作用，也是葉片故障出現比較頻繁的區域，所以在進行檢測時，應對這一區域進行嚴格重點排查。礦山設備中通風機的制作材料通常使用的材質是鋁合金和鋼材，鋁合金幾乎沒有導磁性，所以檢測時不能使用磁粉檢測。對葉片的檢測通常是利用噴灌溶劑對葉片著色的方式進行，檢測完葉片之后，還要清理葉片上殘留的試劑，避免試劑腐蝕葉片的現象發生。

4.3 對礦井提升設備的檢測

煤礦提升機的主軸是礦山設備的重要零件，運行時間比較長后對設備會造成一定損傷，如果沒有按時檢測設備、損傷部位沒有及時處理，就容易產生嚴重的安全事故，造成人傷亡，所以對設備的檢測一定要定期進行。設備表面的無損檢測，一般選擇磁粉檢測或滲透檢測，設備中軸類的表面檢測可以采用超聲波的方式。

4.4 連接部件進行耦合安裝

在實際作業中，礦山設備的連接件應用的也比較廣泛。連接部件的檢測也要定期進行，通過定期的檢測，發現部件的損傷部位、隱患問題，并對部件做出及時更換，確保設備能進行安全生產，提高設備的安全性。礦山設備的部件檢測主要用到滲透技術或磁粉檢測技術，通過對部件表面的檢測，發現部件的斷面并進行處理。無損技術檢測主要對設備的連桿、馬鐙、銷軸、吊鉤等部件進行檢測。

5 無損檢測技術在礦山機械維修中的應用范圍

在作業實際操作中，當設備的傳動軸內部出現損傷時，可以使用超聲波進行檢測。在超聲波檢測中，最常用的是A型脈沖反射超聲儀探傷儀。設備的支架和頂梁、采煤機箱體以及鋼板出現的損傷，需要采用滲透檢測技術和磁粉探傷技術實驗進行檢測，而那些焊縫難度比較大的則需要采用射線的檢測方式。檢測時，應對被檢測設備的變速箱、齒輪軸、液壓支架的頂梁制造視所采用的材料進行分析，然后觀察材料的加工方式、成型流程以及損傷處面積的大小、損傷位置、形狀，選擇相應的檢測方式。

檢測方式一般根據部件的壁厚進行選擇，多用滲透檢測的方式：壁厚約50 mm的部件采用射線檢測，壁厚約15 mm的采用磁粉檢測以及渦流檢測，壁厚約20 mm的采用微波檢測以及聲發射檢測，壁厚約100 mm的采用中子檢測，設備中最厚的部件采用超聲波檢測。另外，檢測技術的選擇不僅僅是根據部件的外表、體積，還要對礦山設備采礦中的工作流程、使用情況以及設備的制造材料、各個部件的材料進行分析，以達到檢測方式符合檢測技術的要求。

6 結語

隨著我國科學技術的發展，很多行業都將超聲波以及滲透應用到設備的檢測，超聲波無損以及滲透檢測技術被廣泛應用在機械操作以及大型的土木工程中，成為未來檢測方向的主導。礦山維修過程中主要使用的無損檢測技術對礦山機械設備的提升設備連接件進行檢測，以及對礦山設備傳動軸的檢測和對井下作業時通風機葉片的無損檢測，通過對設備的無損檢測，提高了設備生產時的工作效率，減少了生產事故的發生，延長了設備的使用壽命。