淺談無損檢測技術在煤礦機械設備維修中的應用

王永強

（國能寶日希勒能源有限公司設備維修中心，內蒙古 呼倫貝爾 021000）

如今我國的機械制造水平得到了顯著的提升，讓煤礦生產與作業的效率大大提升，不過，受到自然環境與操作因素影響，導致機械設備在使用中出現問題，不僅導致生產效率下降，還威脅著作業人員的安全，所以煤礦企業需要加強先進技術的應用，引進無損檢測技術后可以快速找出故障位置，分析問題成因，為煤礦機械設備的維修帶來幫助，以下進行相關分析。

1 無損檢測技術概述

1.1 無損檢測技術內涵

無損檢測技術是一種在不對被檢測對象損傷的情況下借助物理學中的熱學、聲學、光學、電學、電磁學分析材料的技術，可以掌握內部的結構和缺陷，進一步確定損壞的形狀、位置、分布與程度，與傳統的檢測方法不同，這一技術的主要優勢在于全面性、可靠性、非破壞性特點，為煤礦機械設備的維護與修理帶來指導，比如通過分析鑄造、沖壓和切割工序，進而保證生產。

1.2 無損檢測技術的分類

（1）超聲探傷技術。這一技術是借助用超聲波較強的穿透性能探傷機械設備內部裂縫，精準地定位裂縫位置，可以分析1mm級的表面損傷。超聲探傷儀器重量輕、體積小、便于攜帶，并且將探傷結果呈現出來。超聲探傷技術的原理在于應用20Hz 的超頻聲波探傷，并且探傷設備中超聲波方向性好、穿透性強，遇到不同的介質后形成反射，進而找出微小損傷，不過，對操作人員的專業能力提出了較高要求，必須讓超聲波探頭和設備接觸，并且保證接觸位置不存在空氣，一般使用耦合劑輔助排空探頭與零部件之間的空氣。不過超聲探傷技術只適用于機械設備的內部缺陷，無法對設備表面缺陷進行探傷。

（2）射線探傷檢測技術。在應用這一技術的過程中主要探傷底片內部，進而顯示設備的缺陷位置，不過射線探傷期間會產生較為嚴重的射線輻射，對操作人員的健康構成威脅，并且射線探傷技術的應用成本較高。

（3）磁粉探傷技術。一般將其用于煤礦大型設備的表層缺陷探測，操作人員磁粉探傷技術期間操作便捷，并且探測的效率較高。在實際操作中，需要先借助磁性材料，如果在磁性材料表面或近表面區域有損傷，磁場的磁力線具有的連續性會受到影響，之后在磁場中加入配磁懸液，漏磁場區域開始吸附磁粉，肉眼可發現磁痕，進而判定工件表面是否有缺陷。磁粉探傷技術適宜分析鐵磁性零部件表面是否存在微小損傷，比如，煤礦檢測掩護式液壓支架底座，檢測區域包括焊縫鉸鏈座周邊2cm 范圍，檢測結果發現，窩底焊縫和限位塊焊縫都有1 處裂紋，并且限位塊出現變形。不過，在內部探測上效果較差，要求操作人員先打磨設備的表面，在平整的情況下進行檢測。

（4）滲透探傷技術。這一技術利用液體虹吸效應檢測零部件表面，并且這一技術可以分為著色法與熒光法，著色法的應用更為普遍，操作人員在檢測的過程中需要使用清洗劑、滲透劑、顯影劑等化學制劑，無損檢測流程如下：①先使用清洗劑全面清洗零部件表面；②在表面噴灑然并且靜置一段時間；③使用清洗劑清洗表面，顯影劑開始顯影。一般滲透探傷使用白色顯影劑，零部件表面存在損傷的情況下滲透劑會進入裂紋內部，進而顯示裂痕。滲透檢測技術還可以檢測非鐵磁性材料，技術局限性在于只能檢測零部件表面，內部探傷難以實現。

（5）渦流探傷技術。在實際檢測的過程中，無須檢測人員和被檢測設備部件直接接觸，通過在機械設備表進行渦流探傷，分析設備內部裂縫。在設備內部較窄的區域內依然可以檢測作業，不過，該技術應用范圍較窄，工程設備檢測儀器也會影響所得的設備檢測分析結果。

2 無損檢測技術在煤礦機械設備維修中的應用價值

2.1 維修針對性加強

相較傳統的檢測方法，應用無損檢測技術針對性更高，在信息處理上效率更高，并且提升了檢測準確性。傳統模式下檢測設備需要維修人員拆解，然后逐一對零件排查，不過，檢測和維修的效率不高。應用無損檢測技術可以省去人員拆卸的環節，比如，發射超聲波后即可機械設備內部的構造進行分析，找出故障部位，分析故障的嚴重性。

2.2 適用范圍廣

在煤礦機械生產中，應用無損檢測技術可以在停機或者機械設備運行期間進行檢修，并且可以對多種類型的煤礦機械進行檢查。以往進行煤礦機械的檢測使用較多檢測工具，導致檢測成本增加，而無損檢測技術適合不同類型與不同結構的機械設備，適用范圍更廣。此外，在煤礦機械運轉期間聲波也能通過電學、磁學完成檢測，并且不需要設備停止運行，保證了煤礦開采作業的正常進行。

3 煤礦機械設備維修中的無損檢測技術的應用

3.1 超聲波檢測

超聲波在不同介質中傳播特點不同，因此可以分析煤礦設備的質量缺陷，傳動軸是煤礦設備運行中常用零部件，所以在維修過程中，需要對傳動軸檢測加以重視，其中在傳動軸半成品檢測期間主要是應用超聲波這種無損檢測方式。借助耦合劑將超聲波傳送到指定傳動軸內部。在檢修期間，結合傳動軸超聲波可以發現入聲波反復變動的缺陷，甚至波動性的信息，都將對系統的安全運行造成影響。在超聲波轉變為高頻電脈沖后可以借助反射的回波位置信息、波形、幅度判定傳動軸內部缺陷位置、大小、基本形狀。在實際操作中，如果波動部位集中在傳動軸的軸向位置，可以發現，故障位置在探頭的正下方；檢測操作中如果出現連續性波動現象證實傳動軸的內部組織較為混亂，進而引發氣孔、縮松，如果沒有出現反射波，說明傳動軸晶粒問題較為嚴重。

3.2 故障振動檢測

煤礦機械運行期間齒輪在變速器內部轉動，在系統內部互相咬合下，形成彼此關聯的系統，機械設備振動系統剛度一般為周期性變化，如果齒輪運轉時出現扭轉強迫振動或者衰減振動，或者軸承徑向發生軸向振動，會導致整個軸承振動逐漸嚴重，威脅變速器的使用安全性。一般來說，振動的信號出現在機械外側，而振動因素主要在于齒輪咬合，應用無損檢測技術可以提升故障檢測效果。在檢測操作過程中，變速器箱體將軸承座作為振動測量點，軸承座的振動視為齒輪振動，在無損檢測技術的應用過程中，主要是通過信號分析齒合頻率、轉動頻率，其中齒輪的振動信號可以實現頻率調制。

3.3 無損探傷

在煤礦挖掘作業期間，需要應用鋼絲繩固定機械設備，并且維修人員需要對鋼絲繩狀態定期檢測。應用定量檢測方法可以在不影響煤礦企業挖掘的情況下完成探傷，并且維修人員可以結合鋼絲繩的特性靈活選擇探測方法。明確檢測結果后，檢測技術人員結合自身的經驗分析鋼絲繩的運行狀態，判定故障缺陷。在鋼絲繩檢測的過程中還需要分析鋼絲繩使用時間，進而避免鋼絲繩斷裂影響提升機正常運轉。近年來，煤礦開采中鋼絲繩使用頻繁，需要檢修人員分析鋼絲繩的特點應用磁粉探傷方法，煤礦開采人員更換機械設備鋼絲繩時，通過探傷傳感器可以記錄好每次的檢測結果，之后對比分析檢測結果，確定鋼絲繩故障位置，及時展開維修工作，營造更加安全的生產環境。

3.4 葉片檢測

在煤礦生產中，井下通風機是不可或缺的大型機械設備，作用在于持續向井下輸送新鮮空氣，保證作業人員的人身安全，所以在煤礦機械設備維修中，需要重視這一問題。風機葉片是礦井通風機的核心組件，由于井下作業的環境較為惡劣，在風機葉片轉動期間承載部位會產生疲勞裂紋，不及時維修和更換會導致葉片裂紋延伸，最終出現葉片斷裂，埋下諸多安全隱患。因此，煤礦企業需要在實際生產中應用無損檢測技術，切實做好檢修工作，要點如下：（1）維修人員先徹底清洗葉片，然后記錄葉片檢測的內容，對損傷的缺陷記錄，之后清理殘留在葉片上的清潔劑；（2）在應用無損檢測技術的過程中，需要分析通風機葉片形狀、材質合理應用磁粉檢測技術或滲透檢測技術，而鐵磁性材料葉片首選磁粉檢測技術，鋁合金非鐵磁性材料選用滲透檢測技術。此外，在檢修人員不僅對風機葉片檢測，還要對葉片和輪轂連接部位加強檢測。

4 設備維修中無損檢測技術應用要點

4.1 完善的檢測標準

在煤礦機械設備的檢修中，需要掌握較多的零部件信息，如果機械設備診斷標準不完善，會導致檢修的難度加大。當前的煤礦企業應用機械設備類型多樣，需要操作過程中明確運行規律與特點，進而確保診斷方案具有科學性，比如，篩分設備和輸送設備的傳動原理存在差異，要求制定不同的診斷標準，并且結合設備的使用條件與運行規律。此外，煤礦機械設備的體積較大，并且零部件較多，都需要納入診斷標準。關于診斷標準的制定可以參考其他企業的經驗，比如，煤礦刮板機推移橫梁檢測可以通過滲透方法，實際操作中先保證液態化染料進入缺口，再加入顯像劑，由此檢測缺損部位。焊縫檢測關鍵在于選擇射線，在穿透材料時X 射線、R 射線會在密度差異、材料厚度的影響出現變化。

4.2 結合實際選擇適合檢測方式

在煤礦機械設備維修應用無損檢測技術期間需要分析實際情況，為了保證檢測結果可靠，需要提前分析檢測零部件的材質、形狀、外形尺寸、結構，然后優選無損檢測技術。在實際檢修的過程中，每種檢測方法都有一定的局限性，關鍵在于發揮出每種技術的優勢，除了應用無損檢測技術，還可以和其他的技術搭配使用，比如，超聲波檢測裂紋缺陷的靈敏性不同，需要借助揮射線檢測技術，在綜合對比下保證檢測結果的準確性。

4.3 把握檢測時機

檢修人員需要把握煤礦機械設備的檢修時機，比如，在超聲波探傷零部件時，未加工的鍛件會由于耦合性較差對探傷作業產生不利影響，所以需要在檢測前精磨鍛件，之后探傷鉆孔，進而探測內部損壞情況，不過，也會導致設備出現損傷，需要檢修人員把握檢測的時機，一般在粗加工后到精加工前探傷。此外，無損檢測時要分析鋼材焊后的效果，比如碳素鋼、不銹鋼、有色金屬在焊接后并且冷卻開始檢測，而低合金鋼檢測一般在焊后24h 開始。所以，檢測技術應用期間要判斷檢測時機，這也是檢測人員需要掌握的技能。

4.4 研制新型無損檢測設備

超聲波可以在微型計算機中實現數據圖像的采集整理、過程控制、儲存、信息處理，實現無損檢測設備與微型計算機的結合，憑借計算機強大的運算功能確保運行速度和檢測效率。超聲波能夠迅速傳播并且收集整體機械設備的信息資料，再通過計算機整理運算，提升人工檢查和人工計算的檢測效率。整體來說，微型計算機與超聲波結合后，在煤礦機械設備中應用可以確保檢測結果具有準確性。

5 結語

綜上所述，在當今社會中，自動化技術、數字化技術得到飛速發展，為煤礦企業的生產帶來了巨大便利，其中無損檢測技術也在發展，為煤礦企業生產帶來了幫助，大大節約了生產成本與維修費用，比如，當前的數字化超聲波探測儀得到了較多應用，其它類型的聲發射儀器也開始出現。全球現有的壓力容器聲發射檢測的專業機構已經超過50 家，并且無損檢測技術隊伍也在壯大，我國也在加強機械設備維修研究，繼續助力煤礦事業發展。今后需要煤礦企業繼續完善管理制度與檢修機制，重視人才培養，進而實現行業的健康發展。