游樂設施無損檢測標準若干問題探討

張新東

(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院 南京 210036)

游樂設施種類繁多，結構各異，運動形式多樣，其主要由鋼結構、金屬零部件、行走線路、動力裝置、機械傳動、乘人設施、電器和安全防護裝置等幾大部分組成，鋼結構常用的鋼材主要是普通碳素鋼，金屬零部件一般以軋制件、焊接件、鍛件和鑄件作坯件，經機械加工制成。軋制件、焊接件和鍛件主要采用碳素結構鋼、優質碳素結構鋼或低合金結構鋼。其中軸類零部件使用的常用材料為45鋼和40Cr等。焊縫和零部件的質量至關重要，游樂設施鋼結構和金屬零部件連接通常采用焊接和螺栓連接，連接一旦失效，后果不可想象。為確保游樂設施的安全運行,國家頒布了一系列法規和標準對游樂設施的設計、制造、安裝、運行、檢驗和修理等各環節進行了嚴格規定，而無損檢測技術在游樂設施的制造、安裝和檢驗過程中得到廣泛使用，對質量控制起到十分關鍵的作用。

重要部件及重要焊縫的質量直接影響到游客的生命和財產安全，無論是企業的自檢還是檢驗機構的檢驗，無損檢測都是必不可少的手段。目前游樂設施重要零部件和重要焊縫的無損檢測暫無專用標準，一般根據選用的檢測方法參考相應的方法標準，常規無損檢測方法可參照采用JB/T 4730—2005《承壓設備無損檢測》、GB/T 4162—1991《 鍛壓鋼棒超聲波探傷方法》及GB/T 6402《鋼鍛件超聲波檢驗方法》，其它無損檢測方法可采用各自的方法標準。

1 無損檢測技術要求

目前對游樂設施在制造、安裝和使用檢驗過程中要求進行無損檢測的法規為國家質量監督檢驗檢疫總局頒布的《游樂設施安全技術監察規程(試行)》和《游樂設施監督檢驗規程(試行)》，在GB 8408—2008《游樂設施安全規范》和GB/T 18158—18166等游藝機通用技術條件的標準中也給出了無損檢測的具體要求，要求如下：

1)游樂設施安全技術監察規程(試行)

“第六條(二) 機械零部件所用金屬材料需考慮其力學性能、熱處理性能、沖擊韌性等方面的要求。對需焊接成型的重要受力部件，焊前應作焊接工藝評定，焊后消除殘余應力，重要受力焊縫應進行無損檢測。

第七條(六) 重要軸(銷軸)類零部件出廠時必須進行100%無損檢測。

(七) 滑行車類的重要軸、銷軸應每年進行1次無損檢測，其他重要軸類(不易拆卸的除外)零部件每3年拆檢1次，進行無損檢測。

第九條(二) 重要受力焊縫、不同材質的焊縫，必須由具有相應資質的技術工人完成，必須進行無損檢測，必須符合國家標準的要求。”

2)GB 8408—2008《游樂設施安全規范》

“8.4.3 重要的軸和銷軸宜進行調質處理，硬度應符合 GB/T 699 和 GB/T 3077 的規定。調質后的零件，應進行探傷檢驗。

8.13.5 涉及到人身安全的重要的軸、銷軸，應進行100%的超聲波與磁粉或滲透探傷。涉及到人身安全的重要焊縫，應進行100%的磁粉或滲透探傷。超聲波探傷方法和質量評定按GB/T 4162有關規定執行，檢驗質量等級不低于A級。厚度大于250mm的零件超聲波檢驗方法和質量評定按GB/T 6402有關規定執行，檢驗質量等級不低于2 級。磁粉探傷方法與質量評定按JB/T 4730有關規定執行，檢驗質量等級不低于Ⅲ級。滲透探傷方法與質量評定按JB/T 4730有關規定執行，檢驗質量等級不低于Ⅲ級。有必要進行焊縫射線探傷的，其探傷方法與質量評定按JB/T 4730有關規定執行，檢驗質量等級不低于Ⅱ級。”

2 問題的提出

由上可知，游樂設施常用的無損檢測方法有以下四種，內部無損檢測包括射線檢測、超聲波檢測，表面無損檢測包括磁粉檢測和滲透檢測，原理不作具體描述，筆者通過實踐結合相關標準對這四種方法分別提出一些想法和建議。

2.1 超聲波檢測

1)目前游樂設施采用的超聲波檢測標準GB/T 4162—1991《鍛軋鋼棒超聲波檢驗方法》和GB/T 6402《鋼鍛件超聲波檢驗方法》，主要側重軸類零部件原材料的檢測，GB/T 6402檢驗條件中規定鍛件檢驗一般應在鍛件熱處理之后和鉆孔開槽等加工之前進行。在用設備的重要銷軸檢測沒有很好的專項標準。

2)上述標準中要求做試塊，要求同等的表面條件同曲率，這個由于游樂設施制造單位較多，其種類也繁多，結構各異，軸類零部件大都為非標生產，筆者檢測時需要根據不同的設備做大量的試塊，法定檢驗中不大容易實現，同時定期檢驗試塊無法攜帶。

3)游樂設施的軸類零件受力復雜，而且好多軸都是單一失效點，又不易拆卸，在線超聲波檢測難度較大，是否可研究并制定專門的超聲波檢測標準或其他替代檢測標準。

4)12cm以下小直徑軸的超聲波檢測:在對棒材的超聲波探傷中，存在著探頭與棒材的耦合問題，特別是小直徑棒材，其圓周曲面的曲率較大，聲束發散嚴重，會產生波形轉換，形成表面變型波，使得缺陷信號受到干擾，因而對缺陷進行定位、定量、定性較為困難，甚至無法檢測。針對小直徑棒材的特點，有人采用爬波法檢測，試驗結果表明，爬波對徑向缺陷敏感，而對軸向缺陷檢測效果差，為此，筆者可采用瓦形晶片制作的雙晶探頭水浸法，但是根據每臺套的游樂設施不同的小直徑軸現場無損檢測時，對比試塊不容易實現，而且水浸法要有專門的機械控制裝置，在現場檢驗中沒法實現。

5)對重要銷軸中的缺陷進行精確的定性、定量難度較大，仍須作深入研究。對具有復雜形狀或不規則外形的試件進行超聲檢測有困難。缺陷的位置、取向和形狀對超聲波檢測結果有一定影響。

6)檢驗時，筆者也常遇到加工后的軸表面有臺階，內部有加油孔，這些也會影響超聲波檢驗結果。

7)《游樂設施安全規范》引用文件中超聲波檢測標準GB/T 4162—1991適用于檢驗直徑20～250mm的鍛軋鋼棒，20mm以下的重要銷軸超聲波檢測就沒有檢測標準。現在此標準已修訂，放寬了要求，12mm以上均可，實際工作中最好執行新的標準，所以引用標準的年代號不宜限定。

8)游樂設施檢驗規程和其他標準中沒有提到涉及人身安全的重要受力焊縫(除滑行類的軌道對接焊縫)內部質量進行內部無損檢測，焊縫有內部缺陷按現行要求將不能進行有效的控制。所以是否應在游樂設施相關標準和檢驗規程中增加焊縫超聲波檢測要求(必要時增加射線檢測要求或其他新技術)。實際工作工程中，許多游樂設施制造單位為了加強重要焊縫的質量控制，進行了超聲波無損檢測，依據JB/T 4730，但是遇到一些問題，比如因結構的原因對接焊縫、角焊縫只能在單面單側進行檢測，這種情況的檢測如何判定焊縫內部質量是否合格。

9)GB/T 18159—2008《滑行類游藝機通用技術條件》10.11.2中規定“當滑行車類游藝機的車速不小于50km/h時，軌道對接焊縫應進行100%超聲波與100%的磁粉探傷，必要時進行射線探傷。”，而GB 8408—2008中8.13.5中沒有規定焊縫超聲波無損檢測的執行標準和判定依據。

10)GB/T 4162—1991不包括奧氏體粗晶鋼棒的檢測。

2.2 磁粉、滲透檢測

由于標準中明確規定了重要焊縫和重要軸、銷軸都要進行100%的磁粉或滲透檢測，也就是說選擇其中一種即可，但實際操作過程中會遇到以下問題：

1)目前焊縫的磁粉檢測，需要打磨焊縫，但大多數不好打磨，有的打磨完了，磁軛無法放置或由于接觸不好影響檢測靈敏度。

2)游樂設施涂層做得很好，打磨后影響美觀，且重做涂層后達不到防銹的效果，所以需要帶涂層檢測，但帶涂層檢測需要做大量的試驗，積累數據，制定相應的標準。

3)建議通過試驗驗證，新增加渦流檢測方法，這樣可以帶涂層檢測。

4)磁粉檢測中缺陷深度無法顯示。

5)在游樂設施無損檢測相關標準中應明確鐵磁性材料應優先選用MT(除非在MT不適用情況)，因為滲透檢測只能檢測表面開口性缺陷。

2.3 射線檢測

技術規范和標準中要求不多，只有滑行類游樂設施通用技術條件中提出了“當滑行車類游藝機的車速不小于50km/h時，軌道對接焊縫應進行100%超聲波與100%的磁粉探傷，必要時進行射線探傷。”，射線檢測現場操作危險性大，軌道高度較高，且為架空的，實現很復雜。

3 建議

1)制定游樂設施無損檢測專項標準。

2)游樂設施各制造單位查清本單位產品存在重要受力對接焊縫、全焊透角焊縫情況，按照不同產品列出重要受力焊縫、全焊透角焊縫實際分布情況，以及這些焊縫布置是否經過設計分析，在相應設計文件是否得到體現，所采用的檢測方法是否能夠檢測出來是否全焊透。

如果不能滿足要求，應修改設計并進行焊接結構優化，杜絕制造或使用過程中不可檢測的單一失效焊縫。

對于要求全焊透的重要對接焊縫與角接焊縫，應通過強化技術要求和制定有效的制造工藝，強化制造過程中檢驗和無損檢測(推薦100%超聲加20%射線，或100%射線。對于制造過程中無法進行無損檢測的部位，通過人工檢驗留有檢驗部位照片證實，確保制造質量)。

3)角焊縫和對接焊縫的無損檢測目前只要求表面檢測，其實承受動載荷的角焊縫或對接焊縫應強化內部無損檢測，所以游樂設施相關技術規范中應增加此方面的要求。

4)重要焊縫無損檢測，在焊縫表面不打磨涂層的情況下，建議使用渦流檢測技術，并制定相應標準。在有防腐層的情況下，可采用特殊的筆式探頭對焊縫表面進行快速掃描檢測，可以快速檢測鐵磁性材料存在的表面和近表面裂紋，并可對裂紋深度進行測量。該方法快速準確，并能對裂紋進行定性和半定量評估。

5)對在用設備輪軸進行無損檢測時，加強對輪軸受力情況的研究，輪軸在使用中主要缺陷產生在輪軸周向,且周向缺陷對輪軸的影響較大，實際檢測過程中是否可以只在輪軸兩端用直探頭進行掃查周向裂紋，這樣不需要拆卸。

6)在用游樂設施的重要銷軸有的不易拆卸，有的拆裝后要重新磨合，很容易損傷銷軸，建議多采用新的無損檢測方法進行在線檢測和監測，比如相控陣等。游樂設施標準中應做相應完善。

7)游樂設施相關標準中，建議增加金屬磁記憶檢測方法，它是一種檢測材料應力集中和疲勞損傷的無損檢測與診斷的新方法，鑒于許多在用游樂設施零部件的失效由疲勞裂紋引起，因此該技術特別適用于游樂設施鐵磁性金屬重要焊縫和軸類零部件的快速檢測。磁記憶是一種弱磁檢測方法，無須對工件進行磁化，其應力集中部位在地磁場的作用下即可顯示出磁記憶信號。一般在磁粉檢測前進行。

4 結論

游樂設施是危險性較大的特種設備，安裝在公共場合，社會影響較大，無損檢測技術在確保游樂設施的質量和安全使用中扮演著重要的角色。故要充分研究無損檢測技術，在應用常規無損檢測技術的基礎上，開拓創新，把新技術應用到游樂設施檢測過程中，同時要進一步完善游樂設施無損檢測專項標準，指導無損檢測工作，加強對重要受力焊縫和重要銷軸的質量控制，確保游樂設施安全運營。

[1]李向東.大型游樂設施安全技術[M].北京：中國計劃出版社，2010：453.

[2]中華人民共和國特種設備安全監察條例[M].北京：中國法制出版社，2009.