礦山在役球磨機(jī)焊縫質(zhì)量控制探討

張博 黃海 徐可濤

（云南恒峰工程質(zhì)量檢測有限公司）

1 引言

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，雖然工業(yè)制造取得長足進(jìn)步，但人們追求安全、可靠的產(chǎn)品的腳步卻從未停止過。在這過程中無損檢測技術(shù)作為保證其品質(zhì)的重要手段，也獲得了巨大的成就。如今雖然各種先進(jìn)、高端的檢測技術(shù)和設(shè)備層出不窮，但常規(guī)的無損檢測方法仍然是我們今天無損檢測的基礎(chǔ)和主流，被廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造、工程建設(shè)等領(lǐng)域。由于其具有在不損壞被檢工件的條件下，采用一定的方法和設(shè)備，按照相應(yīng)的技術(shù)要求，就能較為直觀和準(zhǔn)確的分析被檢工件的表面和內(nèi)部缺陷，從而幫助我們對結(jié)果進(jìn)行分析和評價(jià)的優(yōu)勢和特點(diǎn)[1]。所以在在役設(shè)備的質(zhì)量控制中，為防止事故、保障安全，確保設(shè)備整體性能穩(wěn)定可靠，發(fā)揮著不可替代的作用。然而在役設(shè)備的檢測往往受現(xiàn)場環(huán)境諸多因素的影響與限制，對我們的實(shí)際操作造成很大影響。而我們無損檢測人員被稱作是“工業(yè)醫(yī)生”，我們必須考慮清楚，選用何種無損檢測方法，才能夠可行、高效、準(zhǔn)確的診斷出在役設(shè)備中的“病癥”，并對其整體性能進(jìn)行評價(jià)。本文以在役MQY6095溢流型球磨機(jī)為例，主要分析和闡述如何利用常規(guī)滲透和超聲檢測技術(shù)對筒體焊縫質(zhì)量進(jìn)行控制，以此來保證設(shè)備的整體性能穩(wěn)定。

2 球磨機(jī)簡介

在役MQY6095溢流型球磨機(jī)筒體，直徑為Φ6 150 mm，長8 955 mm，壁厚75 mm，整個(gè)筒體由三段通過法蘭和高強(qiáng)螺栓連接裝配而成，筒體和法蘭之間采用角接的方式焊接而成。并且每段筒體也由上下兩半經(jīng)相同的工藝焊接裝配而成，故整個(gè)磨機(jī)筒體共有環(huán)焊縫6條，縱焊縫12條，實(shí)物圖如圖1、圖2所示。

圖1 MQY6095溢流型球磨機(jī)筒體正面實(shí)圖

圖2 MQY6095溢流型球磨機(jī)筒體局部焊縫實(shí)圖

其主要工作方式是通過在筒體內(nèi)部加裝耐磨寸板和耐磨鋼球，按照一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，使礦石在磨機(jī)內(nèi)部相互作用，從而將礦石磨碎。由此可以看出，筒體是整個(gè)設(shè)備的關(guān)鍵核心部件之一，由于其承受變動(dòng)載荷并長時(shí)間旋轉(zhuǎn)工作，筒體焊縫也是其易產(chǎn)生裂紋的地方，如果在使用過程中出現(xiàn)裂紋，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理往往會(huì)給我們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失、甚至是設(shè)備事故。所以筒體焊接質(zhì)量是影響整個(gè)設(shè)備性能的關(guān)鍵因素，在使用過程中對這些焊縫質(zhì)量如何進(jìn)行控制，是我們無損檢測需要解決的關(guān)鍵問題。

3 球磨機(jī)焊縫常見缺陷

在該筒體焊縫的探傷過程中，發(fā)現(xiàn)的內(nèi)部缺陷主要有氣孔、未熔合、夾渣和裂紋。其中少量未熔合、氣孔、夾渣產(chǎn)生于筒體制作、安裝過程中。但在使用過程中，受工況、環(huán)境、載荷等因素的影響，筒體焊縫將會(huì)產(chǎn)生裂紋缺陷，其將嚴(yán)重影響筒體整體質(zhì)量和設(shè)備使用性能和服役周期，所以裂紋缺陷是我們檢測控制的重點(diǎn)對象。為了讓我們在使用過程中能夠更加準(zhǔn)確、有效的發(fā)現(xiàn)和修復(fù)裂紋缺陷，確保使用過程中筒體焊縫的整體質(zhì)量良好，我們對磨機(jī)使用過程中筒體焊縫中裂紋缺陷的產(chǎn)生和防止等做如下分析和介紹，如下表1所示。

表1 MQY6095溢流型球磨機(jī)筒體焊縫裂紋缺陷分析

4 球磨機(jī)焊縫質(zhì)量控制方法

應(yīng)用無損檢測技術(shù)，主要是為了保證質(zhì)量、保障安全、優(yōu)化工藝和減少成本。常規(guī)的無損檢測方法有超聲檢測（UT)、磁粉檢測（MT)、射線檢測（RT)和滲透檢測（PT)四種。在實(shí)際工作中為了制定出合理的、具有可操作性的檢測工藝，來提高我們的缺陷檢出率和可靠性，我們必須熟知各種檢測方法的原理及工藝，認(rèn)識(shí)到他們本身的優(yōu)缺點(diǎn)，靈活地選用無損檢測方法，并且盡可能的幾種方法同時(shí)使用，取長補(bǔ)短，幫助我們采集到更多被檢對象的信息，從而相互驗(yàn)證，支撐我們對檢測結(jié)果和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)。在在役MQY6095溢流型球磨機(jī)筒體焊縫的探傷中，裂紋缺陷是我們發(fā)現(xiàn)和控制的重點(diǎn)，下面主要闡述如何利用滲透和超聲兩種無損檢測方法來發(fā)現(xiàn)筒體焊縫中的裂紋缺陷。

4.1 滲透檢測

在對在役球磨機(jī)筒體焊縫的探傷過程中，滲透檢測的主要目的是檢測出筒體焊縫表面開口裂紋等危害性缺陷，更加直觀、準(zhǔn)確的反應(yīng)出焊縫表面裂紋分布和走向，以便于后期的修復(fù)處理。所以在滿足檢測缺陷類型和靈敏度的前提下，考慮焊縫表面粗糙度、大設(shè)備的局部檢測和檢測現(xiàn)場易攜帶和使用方便等條件，參照標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.5-2015的相關(guān)要求，宜采用溶劑去除型著色滲透溶劑懸浮顯像檢測方法（ⅡCd)、B型標(biāo)準(zhǔn)試塊、B級靈敏度、DPT-5系列著色探傷劑等器材及工藝參數(shù)進(jìn)行探傷[3]，其具體檢測工藝要點(diǎn)及操作要求如表2所示。

表2 球磨機(jī)筒體焊縫滲透檢測工藝要點(diǎn)及操作要求[4]

4.2 超聲檢測

在對在役球磨機(jī)筒體焊縫探傷時(shí)，超聲檢測的主要目的是檢測出筒體焊縫內(nèi)部裂紋等危害性缺陷，并對其準(zhǔn)確定位、定性和定量，以便于修復(fù)處理。參照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，筒體焊縫超聲檢測控制要點(diǎn)如下所述。

4.2.1 檢測等級

焊接接頭的質(zhì)量要求，主要與材料、焊接工藝和服役狀況等有關(guān)。通常檢測等級與焊縫質(zhì)量等級有關(guān)，不同的檢測技術(shù)等級對質(zhì)量的保證是不一樣的。依據(jù)GB/T25708-2010《球磨機(jī)和棒磨機(jī)》中的規(guī)定[5]，在役MQY6095溢流型球磨機(jī)筒體焊縫質(zhì)量評定級別應(yīng)達(dá)到或高于JB/T5000.3-2007《重型機(jī)械通用技術(shù)條件第3部分：焊接件》中的規(guī)定，即對接焊縫達(dá)到BS級、角焊縫和其他焊縫達(dá)到BK級，磨機(jī)筒體為法蘭連接的角焊縫，故其焊縫質(zhì)量評定級別達(dá)到BK級，其焊接接頭缺陷分級達(dá)到Ⅱ級合格[6]。焊縫超聲波檢測應(yīng)按照GB/T11345-2013《焊縫無損檢測 超聲檢測技術(shù)、檢測等級和評定》規(guī)定執(zhí)行，故采用B級檢測，2級驗(yàn)收合格[7]。

4.2.2 探頭選擇

（1）探頭型式

在役球磨機(jī)筒體焊縫檢測中，考慮到實(shí)際操作時(shí)受檢測面和位置等限制因素，為了最大限度的保證缺陷不漏檢，應(yīng)采取橫波斜探頭檢測。

（2）探頭頻率

頻率選擇一般遵循小缺陷、厚度不大的工件，選用較高頻率，大厚度、高衰減材料，選擇較低頻率[8]。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢測頻率范圍為2-5 MHz，同時(shí)為了滿足驗(yàn)收等級要求，故選用2.5 MHz。

（3）晶片尺寸

晶片尺寸和形狀對聲束指向性，近場區(qū)長度、缺陷檢出能力和近距離掃查范圍等都有影響。其尺寸選擇一般遵循大范圍、大厚度工件選用大晶片，來提升檢測效率和發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離缺陷。小工件和表面不太平整或曲率較大的工件，選用小晶片。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，短聲程可采用直徑為6-12 mm（或等效面積的矩形晶片）晶片的探頭。長聲程采取直徑為12-24 mm（或等效面積的矩形晶片）晶片的探頭。所以綜合考慮探頭晶片尺寸選擇13×13 mm。

（4）折射角

斜探頭折射角選擇應(yīng)遵循整個(gè)檢測區(qū)截面能被聲束完全覆蓋，并且聲束應(yīng)應(yīng)盡量與缺陷垂直，同時(shí)在檢測過程中保證足夠的靈敏度時(shí)，盡量使用直射法檢測和判別缺陷。還應(yīng)考慮采用橫波且需要一次反射法檢測時(shí)，要保證主聲束與檢測面相對的底面法線有35°-70°夾角。使用兩個(gè)及以上K值探頭檢測時(shí)，應(yīng)保證滿足這一要求的探頭至少有一個(gè)，且保證一個(gè)探頭的聲束盡可能與焊縫融合面垂直，以便發(fā)現(xiàn)層間熔合不良的情況，同時(shí)探頭間的折射角度差應(yīng)大于或等于10°。

在在役MQY6095溢流型球磨機(jī)筒體焊縫探傷中，同時(shí)考慮到焊縫的型式為法蘭連接角焊縫以及焊縫坡口型式、焊縫厚度等原因。所以綜合考慮，選擇K1（45°）、K2（63°），磨機(jī)筒體焊縫坡口示意圖如圖3所示。其實(shí)際選擇探頭參數(shù)如表3所示。

表3 球磨機(jī)筒體焊縫超聲檢測探頭參數(shù)選擇

圖3 焊縫坡口示意圖

4.2.3 探頭匹配

檢測面與探頭靴底面應(yīng)保持小于等于0.5 mm的間隙g。當(dāng)工件為圓柱面或球面時(shí)，采用公式來進(jìn)行檢查。式中表示探頭與工件接觸時(shí)接觸面寬度，檢測環(huán)縫時(shí)為探頭寬度，檢測縱縫時(shí)為探頭長度。D為工件直徑，單位均為（mm）。

故不需要進(jìn)行探頭靴底面修磨、靈敏度和時(shí)基線調(diào)整。

4.2.4 檢測面的選擇和準(zhǔn)備

由于在役MQY6095溢流型球磨機(jī)筒體焊縫為法蘭連接的角焊縫，考慮到法蘭上有高強(qiáng)度螺栓，筒體內(nèi)部有耐磨寸板遮擋等客觀條件限制，故現(xiàn)場檢測時(shí)其檢測面應(yīng)選擇焊縫筒體側(cè)外側(cè)，即單面單側(cè)檢測。其中焊縫加熔合線兩側(cè)各10 mm范圍為被檢測區(qū)，由于只能采用單面單側(cè)進(jìn)行斜探頭探傷，需同時(shí)采用直射法和一次反射法，才能使聲波能盡可能的覆蓋所有區(qū)域，保證缺陷不漏檢。其探頭移動(dòng)區(qū)則應(yīng)滿足使聲波覆蓋到整個(gè)檢測區(qū)，可采用公式P=2 Kt進(jìn)行計(jì)算，P為跨距，t為工件厚度，K為探頭折射角正切值，單位均為mm。探頭移動(dòng)區(qū)寬度采用直射法檢測大于或等于0.75 P，一次反射法檢測大于或等于1.25 P，探頭移動(dòng)區(qū)寬度數(shù)據(jù)如表4所示，檢測區(qū)域和探頭位置如圖4所示。

表4 探頭移動(dòng)區(qū)寬度數(shù)據(jù)

圖4 球磨機(jī)筒體焊縫檢測區(qū)域及K1探頭移動(dòng)位置示意圖

4.2.5 儀器調(diào)整和靈敏度設(shè)定

儀器調(diào)教利用GB/T19799.1或GB/T19799.2標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的1號或2號校準(zhǔn)試塊，主要包括儀器時(shí)基線的調(diào)整，斜探頭入射點(diǎn)、折射角（K值）測定等。以直徑為3 mm橫孔作為基準(zhǔn)反射體進(jìn)行參考靈敏度的設(shè)定，制作距離-波幅曲線（DAC）。并參照GB/T29712-2013《焊縫無損檢測 超聲檢測驗(yàn)收等級》附錄A中圖A.3進(jìn)行驗(yàn)收[9]。

5 缺陷修復(fù)及注意事項(xiàng)

（1）在處理前要根據(jù)檢測結(jié)果對裂紋位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，以便于精準(zhǔn)的進(jìn)行處理和修復(fù)。

（2）裂紋缺陷在處理過程中，需打一定的止裂孔，防止處理引起的裂紋擴(kuò)展與延伸，處理時(shí)需在原裂紋位置的基礎(chǔ)上擴(kuò)大適當(dāng)尺寸的處理范圍，保證能把所以裂紋完全處理。

（3）處理完后需要用滲透檢測和超聲檢測進(jìn)行再次跟蹤驗(yàn)證，保證所有的裂紋被處理干凈，然后才能進(jìn)行焊接修復(fù)。

（4）在焊接過程中，由于厚度較厚，且受焊接位置等實(shí)際因素的影響，需在焊接過程中采取措施，清理干凈焊渣和飛濺等，確保每層、每道焊縫質(zhì)量完好，才能進(jìn)行下一步焊接。

（5）焊接完成后，需采取消除應(yīng)力措施（如修復(fù)處加熱保溫等），使焊接應(yīng)力得到充分的釋放，從而保證設(shè)備的整體性能穩(wěn)定。

6 結(jié)語

（1）根據(jù)各種無損檢測方法優(yōu)缺點(diǎn)，為了更好的檢測出在役MQY6095溢流型球磨機(jī)筒體焊縫缺陷，判斷準(zhǔn)確定位、定性和定量，便于修復(fù)處理，建議定期檢測，采用滲透檢測和超聲檢測結(jié)果判斷內(nèi)外缺陷并及時(shí)修復(fù)。

（2）使用滲透檢測時(shí)，宜采用溶劑去除型著色滲透溶劑懸浮顯像檢測方法（ⅡCd）、B型標(biāo)準(zhǔn)試塊、B級靈敏度、DPT-5系列著色探傷劑。

（3）使用超聲檢測時(shí)，宜采用B級檢測、2級驗(yàn)收合格、2.5 P13×13 K1斜探頭、2.5 P13×13 K2斜探頭單面單側(cè)。

（4）在實(shí)際工作中，熟練掌握并用活用好各種無損檢測方法，尤其是不同方法同時(shí)使用，相互驗(yàn)證，對我們發(fā)現(xiàn)各種缺陷，把控設(shè)備和工程質(zhì)量，評價(jià)其使用性能具有至關(guān)重要的作用。