探析無損檢測技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用

周成

（湘潭電機(jī)股份有限公司，湖南 湘潭 411101）

礦產(chǎn)資源的開發(fā)建設(shè)，離不開機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的的保證。然而，在實(shí)際建設(shè)過程中，因所處運(yùn)行環(huán)境的惡劣，容易引發(fā)設(shè)備構(gòu)件出現(xiàn)斷裂。為對其進(jìn)行控制且滿足材料設(shè)備市場環(huán)境的日趨多元化發(fā)展需求，應(yīng)加大無損檢測技術(shù)的科研力度，為礦產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠環(huán)境。這里的無損檢測技術(shù)，就是超聲無損檢測技術(shù)，以最低影響獲取機(jī)械設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行缺陷狀態(tài)。這樣一來，礦山資源的開發(fā)建設(shè)，就能對環(huán)境因素與材料設(shè)備運(yùn)行損毀因素進(jìn)行有效控制，繼而促進(jìn)涉及地區(qū)的現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平。

1 研究無損檢測技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義

經(jīng)分析統(tǒng)計(jì)，礦山機(jī)械設(shè)備所處的運(yùn)行環(huán)境惡劣，且維護(hù)條件差。這里的運(yùn)行環(huán)境是指長期處在重載與交變載荷狀態(tài)下，易引發(fā)機(jī)械失效與疲勞裂紋。研究表明，如礦山機(jī)械設(shè)備以疲勞裂紋狀態(tài)運(yùn)行，缺陷部位易出現(xiàn)應(yīng)力集中問題，進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)件突發(fā)斷裂，最終造成安全事故發(fā)生。為對上述危險(xiǎn)性缺陷問題進(jìn)行高效控制，研究人員應(yīng)加大無損檢測技

術(shù)的運(yùn)用，以提高設(shè)備運(yùn)行維護(hù)技術(shù)的質(zhì)量。超聲檢測技術(shù)被廣泛運(yùn)用于機(jī)械設(shè)備的檢測，其主要檢測金屬材料的內(nèi)部缺陷。這種無需拆卸，只利用超聲波在彈性介質(zhì)中的傳播獲得反射波與折射波，從而確定探測材料作用穩(wěn)定性，是提高礦山機(jī)械設(shè)備運(yùn)行使用效率的關(guān)鍵，相關(guān)人員應(yīng)在明確其工作原理情況下，不斷優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用水平，進(jìn)而滿足礦山機(jī)械設(shè)備市場環(huán)境多元化的發(fā)展建設(shè)需求。

2 礦山機(jī)械設(shè)備中超聲無損檢測技術(shù)的工作原理

超聲無損檢測技術(shù)應(yīng)用的工作原理為超聲波在連續(xù)均勻的彈性介質(zhì)中，會以極少能量損失狀態(tài)，作用于材料內(nèi)部的晶界與缺陷等不連續(xù)阻隔。經(jīng)對反射、散射、折射以及繞射等現(xiàn)象進(jìn)行分析，就可判斷出哪種聲波能量損失較多。此過程接收換能器接收超聲波信號的振幅、聲時(shí)、波形以及頻率，是判斷機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)造存在哪種變化的依據(jù)。

具體來說，當(dāng)超聲波遇到缺陷面，發(fā)射回波的幅度會增加，檢測技術(shù)人員就可根據(jù)反射延遲、幅度以及相位等信息來確定礦山機(jī)械設(shè)備的面積、位置以及形狀等。換句話說，就是根據(jù)被測構(gòu)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常或缺陷引起的物理變化，來找出構(gòu)件內(nèi)部與表面的缺陷。

對于大型礦山機(jī)械設(shè)備，多采用數(shù)兆赫茲超聲波來進(jìn)行檢測探傷。因其頻率較高，所以傳播直線性較高，容易在固體環(huán)境中傳遞。尤其當(dāng)兩種不同介質(zhì)形成界面后，容易引發(fā)反射，進(jìn)而提高探傷準(zhǔn)確性。為使探頭能夠向工件發(fā)射超聲波，需保證超聲波探頭與待測工件表面的良好接觸。如此，接受界面所反射回來的超聲波，就可轉(zhuǎn)換層電信號，并經(jīng)儀器處理來判斷缺陷位置。

3 無損檢測技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用控制策略

在礦山機(jī)械設(shè)備的實(shí)際檢測過程中，超聲無損檢測技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于傳動軸類、通風(fēng)機(jī)葉片以及礦井提升設(shè)備連接件的檢測。為強(qiáng)化無損檢測技術(shù)在設(shè)備維護(hù)工作中的效果價(jià)值，以傳動軸類的檢測工作為例，由于礦井天輪軸與提升機(jī)主軸的運(yùn)行作用為長期承載部件的工作，因此，傳動軸內(nèi)部易出現(xiàn)疲勞裂紋。為此，超聲波檢測技術(shù)人員可對軸具體形狀進(jìn)行判斷，以確定缺陷位置與運(yùn)行情況，進(jìn)而最大限度的規(guī)避安全事故發(fā)生。

為提高超聲無損檢測技術(shù)應(yīng)用的可靠性，應(yīng)加大檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究力度，以滿足設(shè)備市場環(huán)境多元化的發(fā)展建設(shè)需求。對于檢測裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)將工作重點(diǎn)放在便攜式電腦、超聲波探頭以及超聲集成電路卡。這里的便攜式電腦可作為上位機(jī)控制端，探頭可連接在SMA連接器的P/R接口上，超聲卡，應(yīng)設(shè)置在便攜式電腦擴(kuò)展插槽，并作為下位機(jī)。圖1為檢測路徑安裝設(shè)置。

超聲波發(fā)射過程，就是將幅度很大、脈沖很窄以及上升時(shí)間很短的發(fā)射脈沖設(shè)置在探頭上。如此，經(jīng)過激勵的探頭就可產(chǎn)生脈沖超聲波，再經(jīng)接收電路，就可將探頭接收到的超聲反射波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖。通過放大整形操作，就可傳輸至數(shù)據(jù)采集卡。對于系統(tǒng)控制，就是超聲波發(fā)射與接收電路控制，即經(jīng)改變觸發(fā)脈沖上的頻率來完成檢測系統(tǒng)的構(gòu)建。

在運(yùn)用該系統(tǒng)進(jìn)行礦山設(shè)備測試時(shí)，相關(guān)人員可以攜帶方式進(jìn)入井下，并將探頭設(shè)置在目標(biāo)位置上。此過程，由于超聲波在空氣環(huán)境中的衰減很大，因此，需將耦合裝置安裝在超聲探頭與被檢測工件之間。檢測人員就可根據(jù)構(gòu)件的具體情況，保證耦合裝置設(shè)置的科學(xué)合理性，繼而滿足實(shí)際工件的檢測要求。當(dāng)電腦屏幕上檢測圖像發(fā)生變化，就意味著系統(tǒng)自動完成了被檢測構(gòu)件的聲學(xué)掃描，即計(jì)算機(jī)會依次顯示出被檢測構(gòu)件缺陷狀態(tài)的數(shù)據(jù)圖像。如礦山機(jī)械設(shè)備無缺陷問題，圖像顯示的波形信號幅值將呈現(xiàn)出遞減趨勢。

超聲波在介質(zhì)傳播過程中，如遇到介質(zhì)界面、另一種介質(zhì)或是傳播方向不垂直于截面，就會導(dǎo)致聲波出現(xiàn)折射、反射以及波型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。究其原因，是缺陷位置的不規(guī)則性導(dǎo)致波形無法以規(guī)律變化狀態(tài)作用。當(dāng)超聲波探頭的移動波形信號呈現(xiàn)出，如圖2所示。

圖2中所示的波形信號，意味著該礦山機(jī)械設(shè)備內(nèi)部存在缺陷。此外，結(jié)合波形圖還可確定缺陷問題的大體位置。如果被檢測構(gòu)件厚度為H，屏幕顯示的頂面發(fā)射波接收時(shí)間為T1，設(shè)備缺陷部位的反射波接收時(shí)間為T2，T3表示為底波發(fā)射波的接收時(shí)間。如此，設(shè)備缺陷位置距離被檢測構(gòu)件表面的間距則表示為：（T2-T1）V/2。這里的V表示為超聲波在設(shè)備材料構(gòu)件中的傳播速度，以從相關(guān)規(guī)范要求中獲得。當(dāng)缺陷在材料設(shè)備中的具體位置被確定后，就可將缺陷波信號的強(qiáng)弱作為評價(jià)超聲無損檢測結(jié)果的依據(jù)。

當(dāng)所有檢測工作完畢后，下位機(jī)應(yīng)將檢測產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)接口傳遞至電腦，進(jìn)而著手信號處理。即經(jīng)實(shí)時(shí)自動的判斷讀取，最終將結(jié)果顯示于計(jì)算機(jī)屏幕上。或者，也可以將檢測結(jié)果進(jìn)行存儲與打印輸出，以為后續(xù)的礦產(chǎn)機(jī)械設(shè)備構(gòu)件檢修與更換作業(yè)提供技術(shù)參考、資料數(shù)據(jù)。

由此可見，超聲無損檢測技術(shù)在未來的運(yùn)用，應(yīng)朝著優(yōu)化檢測系統(tǒng)自動化與實(shí)時(shí)性方向發(fā)展，以提高檢測過程效率與檢測結(jié)果使用的可靠性與準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

綜上所述，礦山機(jī)械設(shè)備的無損檢測技術(shù)，應(yīng)在明確超聲檢測工作原理的情況下，經(jīng)檢測系統(tǒng)構(gòu)建，來提高檢測工作開展的效率與準(zhǔn)確性。事實(shí)證明，只有這樣，才能將最具效用的礦山機(jī)械設(shè)備檢測技術(shù)運(yùn)用實(shí)踐，進(jìn)而提高設(shè)備運(yùn)行使用的安全可靠性。故，研究人員應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研結(jié)果更多地作用于不同生產(chǎn)建設(shè)條件的礦山機(jī)械設(shè)備檢測中去，進(jìn)而推動礦山開發(fā)行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。