大型干燥機輥輪超聲波檢測的修正

秦小川

（山西潞安天脊機械設備制造有限公司，山西 長治 0 4 7 5 0 7）

大型干燥機輥輪超聲波檢測的修正

秦小川

（山西潞安天脊機械設備制造有限公司，山西 長治 0 4 7 5 0 7）

大型工件進行超聲波檢測，需要充分考慮各種影響因素，避免失準誤判。本文介紹作者在工作中積累的經驗、遇到的問題以及應對措施，從工作實際出發簡述修正方法。

曲面定位修正；聲速修正；計算公式；修正表

對使用多年的干燥機輥輪進行超聲波檢測時，一開始考慮了曲面定位修正，隨后發現還需要考慮其他因素的影響。

1 現場檢測

客戶要求對一臺大型干燥機的輥輪進行超聲波檢測，原因是在輥輪表面發現了裂紋，首先進行滲透檢測，如圖1所示，裂紋長達2 4 5 mm。

圖1 缺陷形態

該輥輪的外徑1 6 0 0 mm，承載面寬5 5 0 mm。缺陷位于輥輪外圓面上，根據其旋轉運動的特點和主要受力的方向，我們預測裂紋應沿曲面法線方向向中心軸延伸，如圖2所示。

圖2 托輥缺陷

根據以往的經驗，除選擇合適的檢測儀器、探頭和操作方法之外，必須考慮到對儀器的深度和水平讀數進行修正。因為超聲波檢測儀內置軟件功能是按照平板缺陷計算方法得出的，與曲面缺陷計算方法有所不同，圖3為平板缺陷計算原理，圖4為曲面缺陷計算原理。

圖3 平面探傷示意圖

圖4 曲面探傷示意圖

可以看出，平板與曲面計算的相同之處在于聲程數據S1。不同之處在于深度和曲面的計算方法：

A.平板缺陷的深度計算公式：h1=S1·c o s θ（θ為探頭的聲波入射角），水平計算公式：L1=H1· K(K=t a n-1 θ)。

2 數值修正

因為該裂紋在輥輪表面可目視，所以無需計算水平距離（即弧長）。對于深度采集了5組數據，按照上述曲面缺陷的計算公式對數據進行修正，見表1。

表1 實測值與修正值單位mm

使用斜探頭從外圓周向檢測時，要注意最大檢測深度的限制。一般認為，超聲主波束與內壁相切時即為最大檢測深度，工件厚度超過該數值時，超聲波束將掃查不到內壁。每一種K值（或折射角β）的探頭都有自己的最大檢測厚度Tmax，表2是不同K值（折射角β）對應的最大檢測厚度Tmax的范圍。

式中：D——工件的外直徑。

表2 不同K值（折射角β）對應的最大檢測厚度Tmax

3 檢測結果

經過現場檢測和數值修正后，確定裂紋深度為5 8 mm。但是，當挖完裂紋后測量開挖深度為6 3 mm，兩者相差5 mm。

4 分析原因

出現問題后，首先分析可能的原因：（1）裂紋走向及開口寬度、檢測人員、檢測儀器等的影響。（2）輥輪為整體一次鑄成，材料是中碳鑄鋼，表面淬火加高溫回火，內部可能存在一定應力，造成裂紋擴展。（3）輥輪使用多年，外形尺寸等發生變化，對定位產生影響。

用排除法去掉可能性較小的原因：（1）因為是從裂紋的兩側并使用兩種不同參數的探頭進行超聲波檢測，儀器經過檢定確認合格，檢測人員對圓柱類工件檢測有經驗，即使人—機組合有偏差也不應有這么大，所以排除第一條原因。（2）鑄造過程中，鑄件冷卻縮小，可能在內部產生應力，客戶也不清楚輥輪是否經過消應力熱處理，所以不能排除第二條原因。（3）經過現場查看和測量，主要尺寸變化在2 mm之內很小，但輥輪外表面由于長期承重運轉被滾壓的非常光亮，使表面材料密度變大，導致聲速變化，造成儀器計算聲程S1與實際有偏差，所以第三條原因有可能發生。

5 驗證猜想

針對第三條原因，我們采用以下方法進行驗證：（1）使用斜探頭在輥輪外表面上緩慢移動，尋找輥輪支撐筋圓角的反射波。（2）找到反射波后，鎖定最高回波位置和探頭入射點位置，用直線連接即為聲波傳播路徑，測量出其長度，如圖5所示。（3）將測量長度值與儀器顯示聲程S1值進行比較得出比例關系，修正原深度H1。（4）將修正后的H1與開挖測量值相比較，是否接近。

圖5 聲程修正

測試中使用的是K1斜探頭，因為其可以掃查到圓角區域（距輥輪外圓面約1 5 0 mm），而K1.5及以上的探頭掃查不到，原因可通過表2計算得到。

6 結語

準確的定位直接影響修復工作量的大小，進而影響工程進度安排。要能保證檢測的準確，使用超聲波檢測曲面工件時，應考慮對儀器讀數進行修正，尤其是曲率大或厚壁的曲面工件。除此之外，還要注意其他可能影響檢測的因素，比如外形、材質和尺寸等。文中列舉了修正公式，通過儀器讀數可直接計算。此外，還使用工件自身反射面修正聲程偏差（即聲速偏差），方便現場調整。

[1]鄭暉，林樹青等.超聲檢測[M].中國勞動社會保障出版社.

[2]NB/T 4 7 0 1 3-2 0 1 5.承壓設備無損檢測.

T D 4 6 2+.4

A

1 6 7 1-0 7 1 1（2 0 1 7）0 1（上）-0 0 7 9-0 2