超声检测技术及其在煤矿机械检测中的应用

超声检测技术及其在煤矿机械检测中的应用

高永强

（中国煤炭科工集团太原研究院有限公司）

摘要：我国是生产与消费煤炭的大国，在我国能源结构中，煤炭占有较大的比重，在机械化高效采煤过程中机械设备发挥了显著作用。由于这部分设备拥有复杂的工艺，加之长时间保持运行状态，难免出现一些问题，同时在维护和存放设备中缺少必要管理，外界因素容易对设备造成不同程度的影响，容易对其造成破坏，在应用过程中降低了安全水平。在机械设备使用中通过超声检测技术对其安全有效检测，可以降低事故的发生几率，延长设备使用时间。

关键词：超声检测技术；煤矿机械设备；检测应用

我国目前能源结构中煤炭在一次能源消费中的比例达到70%，同时在未来较长一段时间之内，煤炭资源依然占据非常关键的位置，高效、高产的煤炭对我国的稳定发展以及国民经济水平的提升发挥了重要作用，其中机械设备安全运行发挥了显著作用。但由于机械设备运行环境比较潮湿，且荷载较重，容易发生磨损主要零部件，产生断裂事故，埋下了安全威胁。故使用超声检测技术对这部分零部件实行检测，相应提高了运行设备的安全水平。

一、目前煤矿机电维护情况

（一）滞后的检测技术

为了顺利推进煤矿产业的发展，必须对施工设备提出更严格的要求。在具体施工中设备发挥了关键作用，由于该类设备包含较高技术量，但严重缺乏稳定性，结构相对复杂，无形中增加了维修难度。因此，对检测技术提出更严格的标准，但我国目前采取的技术不具备较高水平，这也是威胁设备运行安全性的关键因素[1]。

（二）检测方式的局限性

在矿井操作中检测工作至关重要。检修机电配件时，检测部门发挥的作用十分显著。结合传统方式分析，检测部门一般采取人工方法维修配件，高度依赖技术人员。若实际操作中技术人员存在能力缺陷，必将干扰最终结果。

二、超声检测技术

（一）特点

超声检测技术属于一种全新的常规无损检测技术，通常来讲，无损检测试纸凭借检测，对被检设备、零部件的表面与内部情况及时发现，同时不会损坏设备或零部件，因此，这种技术具有较强的科学合理性。在无损检测技术中，超声检测至关重要，表现出各种应用优势，表现出显著特点。一般分析，超声检测技术的特点有两方面：第一，在实际使用中，始终在一个特定方位集中声束，始终顺延直线进行传播。第二，在使用技术中，传播超声波需要具备一部分介质，此时，容易产生衰减问题。并且，若传播介质相同，则超声波能量明显超过声波能量。

（二）原则

在检测大量机电设备安全过程中，最适合的技术为超声检测技术，也表现出适用性。在具体应用中，超声检测技术结合实际运行机电设备情况，从不同角度检测设备内部各种主要零部件。在检测中，超声检测技术关键遵守下列原则：第一，全面检测机电设备中关键零部件，并明确把握零部件损失情况与实际位置，为安全应用设备奠定基础。第二，经过分析零部件损伤的应用时间，科学判断是否维修或更换零部件，进一步有效压缩维修成本。第三，结合声波检测的穿透准则，有效降低损坏机电设备的程度。因此，为了全面彰显超声检测技术优势，必须对其应用水平持续提升[2]。

三、超声探伤中的缺陷定位与定量

超声探伤煤矿关键承载零部件，一般应用A型脉冲反射探伤设备，围绕纵波直探头探伤手段，辅助横波斜探头，选择机油或锂基脂黄油耦合剂，选择极有可能发生缺陷的表面作为探伤面，通常从两个彼此垂直的方向探伤锻件。

（一）缺陷定位

通常结合水平扫描线上缺陷波具体位置与扫描效率有效明确，检测操作中，需要通过定位反射波掌握缺陷波形。

第一，纵波直探头定位。在定位过程中，设备结合规定比例对纵波扫描速率有效调整，探头在检测面客观位置对缺陷水平有效明确；明确缺陷深度位置：若前沿缺陷波与设备水平刻度数值相对，可以通过xf=ntf计算明确。

第二，横波斜探头定位。当应用横波斜探头探伤过程中，通常不具备底波，此时难以发现缺陷波；在检测中应用横波斜探头时，在探测面波束轴线出现折射，探头折射角与声程统一明确缺陷区位。具体实现方法是结合调整横波速度方式以及科学调节设备比例，凭借三角计算准确定位缺陷[3]。

（二）缺陷定量

这项工作关键是对缺陷数量与大小有效明确，通过缺陷面积与长度共同明确缺陷大小。四个方面对其造成影响：第一，设备的垂直线性、精确度和探头频数，同时缺陷回波高度容易被晶片尺寸和型式等因素影响；第二，耦合剂形成的厚度与阻抗造成的影响；第三，试件大小尺寸与几何形态；第四，缺陷程度、区位和表面粗糙程度等。

四、实际应用

（一）检测大型铸件

在煤矿机械设备中，具体是空压机曲轮轴零部件。这部分零件拥有相对复杂的形状，并产生较大且粗的晶体颗粒，分布缺乏均匀性，增加了散射反应几率，进一步出现草形波纹，提高了干扰水平，降低了信号强度。比如设计相对较高的声波频率，相应增强干扰强度。因此，在检测过程中，建议选择直型且低频率探头的超声探测设备。

（二）检测大型锻件

在制作这一零部件过程中容易受到延展性影响而出现弯折或开裂，形成裂纹，加之应力、冲击力共同影响，产生碰撞凹槽或滑动问题。因此，该类零部件通常在轴颈、轴肩和凹槽位置发生损坏。机械设备存在大量锻造特点的零件，这部分零件拥有复杂的结构，增加了安全难度，难以凭借拆解实施检测。传统探测方法需要投入大量的人力、物力和财力，无法得到良好的检测效果。但是，锻件中很多缺陷存在客观规律，主要是平面特点缺陷，当利用超声检测技术对该类零件检测时，有效降低拆卸难度[4]。

第一，使用超声设备直型探头基于轴端面全面穿透检测整个轴体，尽量基于两个方向实施检测。针对尺寸相对较小的锻件，通过双晶直探头开展检测。

第二，使用斜探头对接近断面轴颈根部区位科学检测。联系零部件真实损伤特点明确斜探头实际角度，从而对轴颈部所有方位科学检测。

第三，对远端面轴颈根部位置通过角度较小纵波斜探头进行检测。同时结合斜探头完善检测效果。

（三）焊接件

机械设备中闸盘是主要焊接件。这部分零部件容易产生表面裂痕与劳损。因此，为了提升焊接位置的牢固性，相关人员必须在规定时间内检查焊接零部位置。当前，关键是利用超声波探伤设备对零部件焊接位置进行检测。焊缝拥有相对较小的晶粒，选择的斜探头应具备较高频率，若焊缝拥有显著衰减、较大板厚，选择的探头应保证频率较低。可是超声波探伤设备中的斜型声波探头容易受到角度约束，不能整体检测焊接位置，容易产生很多盲点，在扩散波纹的过程中最大程度干扰了信号强度，无形之中增加了准确探测缺陷位置的困难度。随着科学技术的可持续发展，相应改进了超声检测技术，当前，相控阵与声波结合的方法可以有效解决焊接出现的问题，关键是凭借列阵对声波波束严格掌控，达到全面扫描零部件的目标。

如此不仅提升了声波清晰扫描图像的程度，还强化了图像的分辨率，在结构相对复杂的零部件中科学运用控阵与声波结合的检测方式。

五、结束语

综合分析，在我国经济发展过程中煤矿产业发挥了促进作用，安全检测煤矿设备各个零部件有利于正常运行设备。随着我国科学技术的进步发展，在安全检测中应用超声检测不会对设备造成损伤，同时开展更为精密的检测，帮助工作人员了解设备投入应用状况，提升了预防水平，更加顺利的开展煤矿生产，帮助企业增加经济收益。

参考文献

[1]雷玷，沈煊.我国煤炭产业发展中存在的问题及对策研究[J].贵州社会科学，2016(7)：105-108.

[2]刘毅,LIUYi.煤矿机械设备超声检测技术的应用研究[J].矿山机械,2017(1):59-63.

[3]闫成军.煤矿机械设备超声检测技术及应用[J].设备管理与维修,2018,No.422(8):25-27.

[4]谢锡纯，李晓豁.矿山机械与设备[M].徐州：中国矿业大学出版社，2018：5-10.