礦山在役球磨機焊縫質量控制探討

張博 黃海 徐可濤

（云南恒峰工程質量檢測有限公司）

1 引言

隨著社會和經濟的快速發展，雖然工業制造取得長足進步，但人們追求安全、可靠的產品的腳步卻從未停止過。在這過程中無損檢測技術作為保證其品質的重要手段，也獲得了巨大的成就。如今雖然各種先進、高端的檢測技術和設備層出不窮，但常規的無損檢測方法仍然是我們今天無損檢測的基礎和主流，被廣泛應用在機械制造、工程建設等領域。由于其具有在不損壞被檢工件的條件下，采用一定的方法和設備，按照相應的技術要求，就能較為直觀和準確的分析被檢工件的表面和內部缺陷，從而幫助我們對結果進行分析和評價的優勢和特點[1]。所以在在役設備的質量控制中，為防止事故、保障安全，確保設備整體性能穩定可靠，發揮著不可替代的作用。然而在役設備的檢測往往受現場環境諸多因素的影響與限制，對我們的實際操作造成很大影響。而我們無損檢測人員被稱作是“工業醫生”，我們必須考慮清楚，選用何種無損檢測方法，才能夠可行、高效、準確的診斷出在役設備中的“病癥”，并對其整體性能進行評價。本文以在役MQY6095溢流型球磨機為例，主要分析和闡述如何利用常規滲透和超聲檢測技術對筒體焊縫質量進行控制，以此來保證設備的整體性能穩定。

2 球磨機簡介

在役MQY6095溢流型球磨機筒體，直徑為Φ6 150 mm，長8 955 mm，壁厚75 mm，整個筒體由三段通過法蘭和高強螺栓連接裝配而成，筒體和法蘭之間采用角接的方式焊接而成。并且每段筒體也由上下兩半經相同的工藝焊接裝配而成，故整個磨機筒體共有環焊縫6條，縱焊縫12條，實物圖如圖1、圖2所示。

圖1 MQY6095溢流型球磨機筒體正面實圖

圖2 MQY6095溢流型球磨機筒體局部焊縫實圖

其主要工作方式是通過在筒體內部加裝耐磨寸板和耐磨鋼球，按照一定的轉速運轉，使礦石在磨機內部相互作用，從而將礦石磨碎。由此可以看出，筒體是整個設備的關鍵核心部件之一，由于其承受變動載荷并長時間旋轉工作，筒體焊縫也是其易產生裂紋的地方，如果在使用過程中出現裂紋，沒有及時發現和處理往往會給我們帶來巨大的經濟損失、甚至是設備事故。所以筒體焊接質量是影響整個設備性能的關鍵因素，在使用過程中對這些焊縫質量如何進行控制，是我們無損檢測需要解決的關鍵問題。

3 球磨機焊縫常見缺陷

在該筒體焊縫的探傷過程中，發現的內部缺陷主要有氣孔、未熔合、夾渣和裂紋。其中少量未熔合、氣孔、夾渣產生于筒體制作、安裝過程中。但在使用過程中，受工況、環境、載荷等因素的影響，筒體焊縫將會產生裂紋缺陷，其將嚴重影響筒體整體質量和設備使用性能和服役周期，所以裂紋缺陷是我們檢測控制的重點對象。為了讓我們在使用過程中能夠更加準確、有效的發現和修復裂紋缺陷，確保使用過程中筒體焊縫的整體質量良好，我們對磨機使用過程中筒體焊縫中裂紋缺陷的產生和防止等做如下分析和介紹，如下表1所示。

表1 MQY6095溢流型球磨機筒體焊縫裂紋缺陷分析

4 球磨機焊縫質量控制方法

應用無損檢測技術，主要是為了保證質量、保障安全、優化工藝和減少成本。常規的無損檢測方法有超聲檢測（UT)、磁粉檢測（MT)、射線檢測（RT)和滲透檢測（PT)四種。在實際工作中為了制定出合理的、具有可操作性的檢測工藝，來提高我們的缺陷檢出率和可靠性，我們必須熟知各種檢測方法的原理及工藝，認識到他們本身的優缺點，靈活地選用無損檢測方法，并且盡可能的幾種方法同時使用，取長補短，幫助我們采集到更多被檢對象的信息，從而相互驗證，支撐我們對檢測結果和設備狀態進行準確評價。在在役MQY6095溢流型球磨機筒體焊縫的探傷中，裂紋缺陷是我們發現和控制的重點，下面主要闡述如何利用滲透和超聲兩種無損檢測方法來發現筒體焊縫中的裂紋缺陷。

4.1 滲透檢測

在對在役球磨機筒體焊縫的探傷過程中，滲透檢測的主要目的是檢測出筒體焊縫表面開口裂紋等危害性缺陷，更加直觀、準確的反應出焊縫表面裂紋分布和走向，以便于后期的修復處理。所以在滿足檢測缺陷類型和靈敏度的前提下，考慮焊縫表面粗糙度、大設備的局部檢測和檢測現場易攜帶和使用方便等條件，參照標準NB/T47013.5-2015的相關要求，宜采用溶劑去除型著色滲透溶劑懸浮顯像檢測方法（ⅡCd)、B型標準試塊、B級靈敏度、DPT-5系列著色探傷劑等器材及工藝參數進行探傷[3]，其具體檢測工藝要點及操作要求如表2所示。

表2 球磨機筒體焊縫滲透檢測工藝要點及操作要求[4]

4.2 超聲檢測

在對在役球磨機筒體焊縫探傷時，超聲檢測的主要目的是檢測出筒體焊縫內部裂紋等危害性缺陷，并對其準確定位、定性和定量，以便于修復處理。參照相應標準的要求，筒體焊縫超聲檢測控制要點如下所述。

4.2.1 檢測等級

焊接接頭的質量要求，主要與材料、焊接工藝和服役狀況等有關。通常檢測等級與焊縫質量等級有關，不同的檢測技術等級對質量的保證是不一樣的。依據GB/T25708-2010《球磨機和棒磨機》中的規定[5]，在役MQY6095溢流型球磨機筒體焊縫質量評定級別應達到或高于JB/T5000.3-2007《重型機械通用技術條件第3部分：焊接件》中的規定，即對接焊縫達到BS級、角焊縫和其他焊縫達到BK級，磨機筒體為法蘭連接的角焊縫，故其焊縫質量評定級別達到BK級，其焊接接頭缺陷分級達到Ⅱ級合格[6]。焊縫超聲波檢測應按照GB/T11345-2013《焊縫無損檢測 超聲檢測技術、檢測等級和評定》規定執行，故采用B級檢測，2級驗收合格[7]。

4.2.2 探頭選擇

（1）探頭型式

在役球磨機筒體焊縫檢測中，考慮到實際操作時受檢測面和位置等限制因素，為了最大限度的保證缺陷不漏檢，應采取橫波斜探頭檢測。

（2）探頭頻率

頻率選擇一般遵循小缺陷、厚度不大的工件，選用較高頻率，大厚度、高衰減材料，選擇較低頻率[8]。標準規定檢測頻率范圍為2-5 MHz，同時為了滿足驗收等級要求，故選用2.5 MHz。

（3）晶片尺寸

晶片尺寸和形狀對聲束指向性，近場區長度、缺陷檢出能力和近距離掃查范圍等都有影響。其尺寸選擇一般遵循大范圍、大厚度工件選用大晶片，來提升檢測效率和發現遠距離缺陷。小工件和表面不太平整或曲率較大的工件，選用小晶片。標準規定，短聲程可采用直徑為6-12 mm（或等效面積的矩形晶片）晶片的探頭。長聲程采取直徑為12-24 mm（或等效面積的矩形晶片）晶片的探頭。所以綜合考慮探頭晶片尺寸選擇13×13 mm。

（4）折射角

斜探頭折射角選擇應遵循整個檢測區截面能被聲束完全覆蓋，并且聲束應應盡量與缺陷垂直，同時在檢測過程中保證足夠的靈敏度時，盡量使用直射法檢測和判別缺陷。還應考慮采用橫波且需要一次反射法檢測時，要保證主聲束與檢測面相對的底面法線有35°-70°夾角。使用兩個及以上K值探頭檢測時，應保證滿足這一要求的探頭至少有一個，且保證一個探頭的聲束盡可能與焊縫融合面垂直，以便發現層間熔合不良的情況，同時探頭間的折射角度差應大于或等于10°。

在在役MQY6095溢流型球磨機筒體焊縫探傷中，同時考慮到焊縫的型式為法蘭連接角焊縫以及焊縫坡口型式、焊縫厚度等原因。所以綜合考慮，選擇K1（45°）、K2（63°），磨機筒體焊縫坡口示意圖如圖3所示。其實際選擇探頭參數如表3所示。

表3 球磨機筒體焊縫超聲檢測探頭參數選擇

圖3 焊縫坡口示意圖

4.2.3 探頭匹配

檢測面與探頭靴底面應保持小于等于0.5 mm的間隙g。當工件為圓柱面或球面時，采用公式來進行檢查。式中表示探頭與工件接觸時接觸面寬度，檢測環縫時為探頭寬度，檢測縱縫時為探頭長度。D為工件直徑，單位均為（mm）。

故不需要進行探頭靴底面修磨、靈敏度和時基線調整。

4.2.4 檢測面的選擇和準備

由于在役MQY6095溢流型球磨機筒體焊縫為法蘭連接的角焊縫，考慮到法蘭上有高強度螺栓，筒體內部有耐磨寸板遮擋等客觀條件限制，故現場檢測時其檢測面應選擇焊縫筒體側外側，即單面單側檢測。其中焊縫加熔合線兩側各10 mm范圍為被檢測區，由于只能采用單面單側進行斜探頭探傷，需同時采用直射法和一次反射法，才能使聲波能盡可能的覆蓋所有區域，保證缺陷不漏檢。其探頭移動區則應滿足使聲波覆蓋到整個檢測區，可采用公式P=2 Kt進行計算，P為跨距，t為工件厚度，K為探頭折射角正切值，單位均為mm。探頭移動區寬度采用直射法檢測大于或等于0.75 P，一次反射法檢測大于或等于1.25 P，探頭移動區寬度數據如表4所示，檢測區域和探頭位置如圖4所示。

表4 探頭移動區寬度數據

圖4 球磨機筒體焊縫檢測區域及K1探頭移動位置示意圖

4.2.5 儀器調整和靈敏度設定

儀器調教利用GB/T19799.1或GB/T19799.2標準中規定的1號或2號校準試塊，主要包括儀器時基線的調整，斜探頭入射點、折射角（K值）測定等。以直徑為3 mm橫孔作為基準反射體進行參考靈敏度的設定，制作距離-波幅曲線（DAC）。并參照GB/T29712-2013《焊縫無損檢測 超聲檢測驗收等級》附錄A中圖A.3進行驗收[9]。

5 缺陷修復及注意事項

（1）在處理前要根據檢測結果對裂紋位置進行準確的定位，以便于精準的進行處理和修復。

（2）裂紋缺陷在處理過程中，需打一定的止裂孔，防止處理引起的裂紋擴展與延伸，處理時需在原裂紋位置的基礎上擴大適當尺寸的處理范圍，保證能把所以裂紋完全處理。

（3）處理完后需要用滲透檢測和超聲檢測進行再次跟蹤驗證，保證所有的裂紋被處理干凈，然后才能進行焊接修復。

（4）在焊接過程中，由于厚度較厚，且受焊接位置等實際因素的影響，需在焊接過程中采取措施，清理干凈焊渣和飛濺等，確保每層、每道焊縫質量完好，才能進行下一步焊接。

（5）焊接完成后，需采取消除應力措施（如修復處加熱保溫等），使焊接應力得到充分的釋放，從而保證設備的整體性能穩定。

6 結語

（1）根據各種無損檢測方法優缺點，為了更好的檢測出在役MQY6095溢流型球磨機筒體焊縫缺陷，判斷準確定位、定性和定量，便于修復處理，建議定期檢測，采用滲透檢測和超聲檢測結果判斷內外缺陷并及時修復。

（2）使用滲透檢測時，宜采用溶劑去除型著色滲透溶劑懸浮顯像檢測方法（ⅡCd）、B型標準試塊、B級靈敏度、DPT-5系列著色探傷劑。

（3）使用超聲檢測時，宜采用B級檢測、2級驗收合格、2.5 P13×13 K1斜探頭、2.5 P13×13 K2斜探頭單面單側。

（4）在實際工作中，熟練掌握并用活用好各種無損檢測方法，尤其是不同方法同時使用，相互驗證，對我們發現各種缺陷，把控設備和工程質量，評價其使用性能具有至關重要的作用。