黄建明实战案例专栏 | 【案例23】超声波检测轴类零件的步骤+ 查看更多

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作为无损检测人员的主要目的是检测出裂纹,最好在裂纹萌生的阶段就能有效及可靠地检出,也就完成了我们的职责。


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本系列专栏案例均在夏紀真老师的网站发布过,经作者本人修改和补充后,由本公众号发布,以满足当下年轻人互联网浏览习惯。
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实战案例专栏 / 案例23
轴类零件是指火车、电车、钢缆卷筒、齿轮箱、马达、船尾轴以及用轴做成的传动轮轴等,当裂纹源头的位置确定后,如果可以完全拆卸时,可用多种NDT方法全面检测;
表面裂纹可用磁粉和渗透检测法,内部的裂纹则可用射线和超声波检测。
如何确定疲劳裂纹的源头,请参考我另一篇文章「寻找疲劳裂纹源头的分析步骤」。
在不能拆卸或只能局部拆卸的情况下,选择NDT方法就会有局限性,特别是轴类零件,一般只能用超声波方法检测。
在超声波检测前需要一些参考资料,包括:详细结构图图纸、材质、尺寸、形状、位置、探测空间、裂纹位置和方向等等。
例如:超声波检测时就要根据以上的资料来选择检测的位置、仪器、探头 (频率、尺寸、角度、波型)、参考试块以及辅助工具等。
详细检测步骤如下方块流程图所示。

(检测流程图)
1. 「纸上谈兵」超声波检测步骤流程图
超声波检测有一个最好的优点是可以用实物1:1 作图预演示,「纸上谈兵」的意思是指在图纸上画出主声束扫瞄到裂纹源头,先从裂纹的源头位置向探头的位置投射过去,看能否在什么位置和角度直接扫查到裂纹源头,又或者需要利用底面和侧面的反射来扫查裂纹。
(注意:不要用扩散角,因为它是不可靠的。)
2.「三看」和「四换」
我把超声波检测扫查时通常遇到的三种情况用「三看」来表示。
当超声波能清楚地扫查到缺陷回波时称为「看得见」;当缺陷回波与构件本身轮廓回波混淆不清楚时称为「看不清」;当缺陷与声束平行或无法用主声束扫查到的时候称为「看不见」。
这些都是可以在纸上画图准确地显示出来,而且在实际检测中也是这样的情况,除了波型转换回波和延迟回波外,以上三种状况是可以直接作图和估算出来的,「看得见」 是我们最想得到情况,在「看不清」和「看不见」缺陷的时候,我们决不可以不看!否则漏检的裂纹就会引起大的事故!
用「四换」方法让缺陷可以「看得见」,何为「四换」呢?
这就是「换位置」、「换角度」、「换方向」和「换方法」,从不同位置、角度、方向做超声波扫查就可以解决零件内部缺陷,对于表面形状不规则的回波与小缺陷回波混淆不清时,换磁粉或者渗透探伤方法就可以轻易地解决了超声波的困难,再不行就换「脑袋」换上有经验的人做,也是一种有效的方法。
用这四换的方法就可以将它们变成「看得见」了。
3. 对比试块或参考试块
作图后需要用对比试块或参考试块来调校仪器的量程和灵敏度。通常有三个方法做对比试块:
1.照图1:1加工试块及加人工缺陷;用相同级别的或者接近的材料机加工试块,仿真裂纹源头的位置用线切割槽或锯槽的方法仿真裂纹;
2.用实物做对比试块和加上人工缺陷;用完全一样的实物做试块,这样的好处是同一材料同一状态, 仿真裂纹源头的位置用线切割槽或锯槽的方法仿真裂纹;
3.用实物上有真实裂纹作对比试块;这是最好的情况,因为人工缺陷是无法百分之百仿真出真实裂纹的;
4.在完全没有任何对比试块时,只好用被检测的构件上的结构来调校仪器,例如:端头、键销槽、油孔、台阶等,做对比和调校灵敏度。
4. 探伤表面的处理、方法和 「三重」
接触式超声波检测方法都必须在被检测的表面打磨光滑,然后涂抹上耦合剂进行检测;
轴类零件多数是在轴的两端头平面进行,有空间位置时也可以试用横波小角度斜探头。
探头的移动速度一定要慢慢地旋转和移动,当遇到可疑回波时必须再次和慎重地重新调校仪器、重新测试和重新比较的「三重」工作。
在确定有裂纹后需要时拆卸或局部拆卸,用目视或其它NDT方法再验证检测结果。
值得注意的是作为NDT工作人员,如果漏检就是失职;如果没有裂纹但你误判为有裂纹时,客户更加不放过你,而且以后再也不相信你了;
这对NDT人员来说是相当大的精神压力,故在做检测时务必小心慎重!
5. 什么原因造成疲劳失效呢?
疲劳失效的原因有时候是很简单的,但有时候也可以很复杂,错综复杂的就更需要专家去做了,因为失效分析多数由是大学里的博士、教授或专业失效分析师来做,需要高深的学问和技术,他们有很高的学历、经验和先进的分析化验仪器,可以全面地从宏观到微观、从物理性质到化学性质、从设计到使用等等一系列分析和判断,可以很准确地找出造成疲劳断裂的原因,无论是上法庭打官司或是提出改进设计制造方案,都具法律效力的,所以有关失效分析的案例最好交由专家去做。
作为无损检测人员的主要目的是检测出裂纹,最好在裂纹萌生的阶段就能有效及可靠地检出,也就完成了我们的职责。

关于作者

黄建明 ,长期从事在役无损检测技术工作近40年。任职于香港安捷材料试验有限公司,北京理工大学珠海学院“应用物理(无损检测方向)”本科专业兼职教授。美国焊接学会会员,美国无损检测学会会员,中国机械工程学会会员暨无损检测分会理事。英国焊接和无损检测人员考试发证章程(CSWIP)焊接检验督察,英国无损检测人员考试发证章程(PCN)II级焊缝射线照相评片员,美国焊接学会(AWS)高级焊接检验督察,AWS焊接导师,美国无损检测学会(ASNT)NDT检验师-UT、RT、MT、ET III级(高级)技术资格,中国机械工程学会无损检测分会RT、UT 3级(高级)技术资格。
联系方式:
邮箱:kmwong@aes.hk
公司:香港安捷材料试验有限公司
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