張新東

(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院 南京 210036)

游樂設(shè)施種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，運動形式多樣，其主要由鋼結(jié)構(gòu)、金屬零部件、行走線路、動力裝置、機械傳動、乘人設(shè)施、電器和安全防護(hù)裝置等幾大部分組成，鋼結(jié)構(gòu)常用的鋼材主要是普通碳素鋼，金屬零部件一般以軋制件、焊接件、鍛件和鑄件作坯件，經(jīng)機械加工制成。軋制件、焊接件和鍛件主要采用碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼。其中軸類零部件使用的常用材料為45鋼和40Cr等。焊縫和零部件的質(zhì)量至關(guān)重要，游樂設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)和金屬零部件連接通常采用焊接和螺栓連接，連接一旦失效，后果不可想象。為確保游樂設(shè)施的安全運行,國家頒布了一系列法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對游樂設(shè)施的設(shè)計、制造、安裝、運行、檢驗和修理等各環(huán)節(jié)進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，而無損檢測技術(shù)在游樂設(shè)施的制造、安裝和檢驗過程中得到廣泛使用，對質(zhì)量控制起到十分關(guān)鍵的作用。

重要部件及重要焊縫的質(zhì)量直接影響到游客的生命和財產(chǎn)安全，無論是企業(yè)的自檢還是檢驗機構(gòu)的檢驗，無損檢測都是必不可少的手段。目前游樂設(shè)施重要零部件和重要焊縫的無損檢測暫無專用標(biāo)準(zhǔn)，一般根據(jù)選用的檢測方法參考相應(yīng)的方法標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)無損檢測方法可參照采用JB/T 4730—2005《承壓設(shè)備無損檢測》、GB/T 4162—1991《 鍛壓鋼棒超聲波探傷方法》及GB/T 6402《鋼鍛件超聲波檢驗方法》，其它無損檢測方法可采用各自的方法標(biāo)準(zhǔn)。

1 無損檢測技術(shù)要求

目前對游樂設(shè)施在制造、安裝和使用檢驗過程中要求進(jìn)行無損檢測的法規(guī)為國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的《游樂設(shè)施安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(試行)》和《游樂設(shè)施監(jiān)督檢驗規(guī)程(試行)》，在GB 8408—2008《游樂設(shè)施安全規(guī)范》和GB/T 18158—18166等游藝機通用技術(shù)條件的標(biāo)準(zhǔn)中也給出了無損檢測的具體要求，要求如下：

1)游樂設(shè)施安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(試行)

“第六條(二) 機械零部件所用金屬材料需考慮其力學(xué)性能、熱處理性能、沖擊韌性等方面的要求。對需焊接成型的重要受力部件，焊前應(yīng)作焊接工藝評定，焊后消除殘余應(yīng)力，重要受力焊縫應(yīng)進(jìn)行無損檢測。

第七條(六) 重要軸(銷軸)類零部件出廠時必須進(jìn)行100%無損檢測。

(七) 滑行車類的重要軸、銷軸應(yīng)每年進(jìn)行1次無損檢測，其他重要軸類(不易拆卸的除外)零部件每3年拆檢1次，進(jìn)行無損檢測。

第九條(二) 重要受力焊縫、不同材質(zhì)的焊縫，必須由具有相應(yīng)資質(zhì)的技術(shù)工人完成，必須進(jìn)行無損檢測，必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求?！?/p>

2)GB 8408—2008《游樂設(shè)施安全規(guī)范》

“8.4.3 重要的軸和銷軸宜進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度應(yīng)符合 GB/T 699 和 GB/T 3077 的規(guī)定。調(diào)質(zhì)后的零件，應(yīng)進(jìn)行探傷檢驗。

8.13.5 涉及到人身安全的重要的軸、銷軸，應(yīng)進(jìn)行100%的超聲波與磁粉或滲透探傷。涉及到人身安全的重要焊縫，應(yīng)進(jìn)行100%的磁粉或滲透探傷。超聲波探傷方法和質(zhì)量評定按GB/T 4162有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，檢驗質(zhì)量等級不低于A級。厚度大于250mm的零件超聲波檢驗方法和質(zhì)量評定按GB/T 6402有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，檢驗質(zhì)量等級不低于2 級。磁粉探傷方法與質(zhì)量評定按JB/T 4730有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，檢驗質(zhì)量等級不低于Ⅲ級。滲透探傷方法與質(zhì)量評定按JB/T 4730有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，檢驗質(zhì)量等級不低于Ⅲ級。有必要進(jìn)行焊縫射線探傷的，其探傷方法與質(zhì)量評定按JB/T 4730有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，檢驗質(zhì)量等級不低于Ⅱ級?！?/p>

2 問題的提出

由上可知，游樂設(shè)施常用的無損檢測方法有以下四種，內(nèi)部無損檢測包括射線檢測、超聲波檢測，表面無損檢測包括磁粉檢測和滲透檢測，原理不作具體描述，筆者通過實踐結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對這四種方法分別提出一些想法和建議。

2.1 超聲波檢測

1)目前游樂設(shè)施采用的超聲波檢測標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4162—1991《鍛軋鋼棒超聲波檢驗方法》和GB/T 6402《鋼鍛件超聲波檢驗方法》，主要側(cè)重軸類零部件原材料的檢測，GB/T 6402檢驗條件中規(guī)定鍛件檢驗一般應(yīng)在鍛件熱處理之后和鉆孔開槽等加工之前進(jìn)行。在用設(shè)備的重要銷軸檢測沒有很好的專項標(biāo)準(zhǔn)。

2)上述標(biāo)準(zhǔn)中要求做試塊，要求同等的表面條件同曲率，這個由于游樂設(shè)施制造單位較多，其種類也繁多，結(jié)構(gòu)各異，軸類零部件大都為非標(biāo)生產(chǎn)，筆者檢測時需要根據(jù)不同的設(shè)備做大量的試塊，法定檢驗中不大容易實現(xiàn)，同時定期檢驗試塊無法攜帶。

3)游樂設(shè)施的軸類零件受力復(fù)雜，而且好多軸都是單一失效點，又不易拆卸，在線超聲波檢測難度較大，是否可研究并制定專門的超聲波檢測標(biāo)準(zhǔn)或其他替代檢測標(biāo)準(zhǔn)。

4)12cm以下小直徑軸的超聲波檢測:在對棒材的超聲波探傷中，存在著探頭與棒材的耦合問題，特別是小直徑棒材，其圓周曲面的曲率較大，聲束發(fā)散嚴(yán)重，會產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換，形成表面變型波，使得缺陷信號受到干擾，因而對缺陷進(jìn)行定位、定量、定性較為困難，甚至無法檢測。針對小直徑棒材的特點，有人采用爬波法檢測，試驗結(jié)果表明，爬波對徑向缺陷敏感，而對軸向缺陷檢測效果差，為此，筆者可采用瓦形晶片制作的雙晶探頭水浸法，但是根據(jù)每臺套的游樂設(shè)施不同的小直徑軸現(xiàn)場無損檢測時，對比試塊不容易實現(xiàn)，而且水浸法要有專門的機械控制裝置，在現(xiàn)場檢驗中沒法實現(xiàn)。

5)對重要銷軸中的缺陷進(jìn)行精確的定性、定量難度較大，仍須作深入研究。對具有復(fù)雜形狀或不規(guī)則外形的試件進(jìn)行超聲檢測有困難。缺陷的位置、取向和形狀對超聲波檢測結(jié)果有一定影響。

6)檢驗時，筆者也常遇到加工后的軸表面有臺階，內(nèi)部有加油孔，這些也會影響超聲波檢驗結(jié)果。

7)《游樂設(shè)施安全規(guī)范》引用文件中超聲波檢測標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4162—1991適用于檢驗直徑20～250mm的鍛軋鋼棒，20mm以下的重要銷軸超聲波檢測就沒有檢測標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在此標(biāo)準(zhǔn)已修訂，放寬了要求，12mm以上均可，實際工作中最好執(zhí)行新的標(biāo)準(zhǔn)，所以引用標(biāo)準(zhǔn)的年代號不宜限定。

8)游樂設(shè)施檢驗規(guī)程和其他標(biāo)準(zhǔn)中沒有提到涉及人身安全的重要受力焊縫(除滑行類的軌道對接焊縫)內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行內(nèi)部無損檢測，焊縫有內(nèi)部缺陷按現(xiàn)行要求將不能進(jìn)行有效的控制。所以是否應(yīng)在游樂設(shè)施相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢驗規(guī)程中增加焊縫超聲波檢測要求(必要時增加射線檢測要求或其他新技術(shù))。實際工作工程中，許多游樂設(shè)施制造單位為了加強重要焊縫的質(zhì)量控制，進(jìn)行了超聲波無損檢測，依據(jù)JB/T 4730，但是遇到一些問題，比如因結(jié)構(gòu)的原因?qū)雍缚p、角焊縫只能在單面單側(cè)進(jìn)行檢測，這種情況的檢測如何判定焊縫內(nèi)部質(zhì)量是否合格。

9)GB/T 18159—2008《滑行類游藝機通用技術(shù)條件》10.11.2中規(guī)定“當(dāng)滑行車類游藝機的車速不小于50km/h時，軌道對接焊縫應(yīng)進(jìn)行100%超聲波與100%的磁粉探傷，必要時進(jìn)行射線探傷。”，而GB 8408—2008中8.13.5中沒有規(guī)定焊縫超聲波無損檢測的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和判定依據(jù)。

10)GB/T 4162—1991不包括奧氏體粗晶鋼棒的檢測。

2.2 磁粉、滲透檢測

由于標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了重要焊縫和重要軸、銷軸都要進(jìn)行100%的磁粉或滲透檢測，也就是說選擇其中一種即可，但實際操作過程中會遇到以下問題：

1)目前焊縫的磁粉檢測，需要打磨焊縫，但大多數(shù)不好打磨，有的打磨完了，磁軛無法放置或由于接觸不好影響檢測靈敏度。

2)游樂設(shè)施涂層做得很好，打磨后影響美觀，且重做涂層后達(dá)不到防銹的效果，所以需要帶涂層檢測，但帶涂層檢測需要做大量的試驗，積累數(shù)據(jù)，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3)建議通過試驗驗證，新增加渦流檢測方法，這樣可以帶涂層檢測。

4)磁粉檢測中缺陷深度無法顯示。

5)在游樂設(shè)施無損檢測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)明確鐵磁性材料應(yīng)優(yōu)先選用MT(除非在MT不適用情況)，因為滲透檢測只能檢測表面開口性缺陷。

2.3 射線檢測

技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中要求不多，只有滑行類游樂設(shè)施通用技術(shù)條件中提出了“當(dāng)滑行車類游藝機的車速不小于50km/h時，軌道對接焊縫應(yīng)進(jìn)行100%超聲波與100%的磁粉探傷，必要時進(jìn)行射線探傷?！?，射線檢測現(xiàn)場操作危險性大，軌道高度較高，且為架空的，實現(xiàn)很復(fù)雜。

3 建議

1)制定游樂設(shè)施無損檢測專項標(biāo)準(zhǔn)。

2)游樂設(shè)施各制造單位查清本單位產(chǎn)品存在重要受力對接焊縫、全焊透角焊縫情況，按照不同產(chǎn)品列出重要受力焊縫、全焊透角焊縫實際分布情況，以及這些焊縫布置是否經(jīng)過設(shè)計分析，在相應(yīng)設(shè)計文件是否得到體現(xiàn)，所采用的檢測方法是否能夠檢測出來是否全焊透。

如果不能滿足要求，應(yīng)修改設(shè)計并進(jìn)行焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化，杜絕制造或使用過程中不可檢測的單一失效焊縫。

對于要求全焊透的重要對接焊縫與角接焊縫，應(yīng)通過強化技術(shù)要求和制定有效的制造工藝，強化制造過程中檢驗和無損檢測(推薦100%超聲加20%射線，或100%射線。對于制造過程中無法進(jìn)行無損檢測的部位，通過人工檢驗留有檢驗部位照片證實，確保制造質(zhì)量)。

3)角焊縫和對接焊縫的無損檢測目前只要求表面檢測，其實承受動載荷的角焊縫或?qū)雍缚p應(yīng)強化內(nèi)部無損檢測，所以游樂設(shè)施相關(guān)技術(shù)規(guī)范中應(yīng)增加此方面的要求。

4)重要焊縫無損檢測，在焊縫表面不打磨涂層的情況下，建議使用渦流檢測技術(shù)，并制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。在有防腐層的情況下，可采用特殊的筆式探頭對焊縫表面進(jìn)行快速掃描檢測，可以快速檢測鐵磁性材料存在的表面和近表面裂紋，并可對裂紋深度進(jìn)行測量。該方法快速準(zhǔn)確，并能對裂紋進(jìn)行定性和半定量評估。

5)對在用設(shè)備輪軸進(jìn)行無損檢測時，加強對輪軸受力情況的研究，輪軸在使用中主要缺陷產(chǎn)生在輪軸周向,且周向缺陷對輪軸的影響較大，實際檢測過程中是否可以只在輪軸兩端用直探頭進(jìn)行掃查周向裂紋，這樣不需要拆卸。

6)在用游樂設(shè)施的重要銷軸有的不易拆卸，有的拆裝后要重新磨合，很容易損傷銷軸，建議多采用新的無損檢測方法進(jìn)行在線檢測和監(jiān)測，比如相控陣等。游樂設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)做相應(yīng)完善。

7)游樂設(shè)施相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，建議增加金屬磁記憶檢測方法，它是一種檢測材料應(yīng)力集中和疲勞損傷的無損檢測與診斷的新方法，鑒于許多在用游樂設(shè)施零部件的失效由疲勞裂紋引起，因此該技術(shù)特別適用于游樂設(shè)施鐵磁性金屬重要焊縫和軸類零部件的快速檢測。磁記憶是一種弱磁檢測方法，無須對工件進(jìn)行磁化，其應(yīng)力集中部位在地磁場的作用下即可顯示出磁記憶信號。一般在磁粉檢測前進(jìn)行。

4 結(jié)論

游樂設(shè)施是危險性較大的特種設(shè)備，安裝在公共場合，社會影響較大，無損檢測技術(shù)在確保游樂設(shè)施的質(zhì)量和安全使用中扮演著重要的角色。故要充分研究無損檢測技術(shù)，在應(yīng)用常規(guī)無損檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，開拓創(chuàng)新，把新技術(shù)應(yīng)用到游樂設(shè)施檢測過程中，同時要進(jìn)一步完善游樂設(shè)施無損檢測專項標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)無損檢測工作，加強對重要受力焊縫和重要銷軸的質(zhì)量控制，確保游樂設(shè)施安全運營。

[1]李向東.大型游樂設(shè)施安全技術(shù)[M].北京：中國計劃出版社，2010：453.

[2]中華人民共和國特種設(shè)備安全監(jiān)察條例[M].北京：中國法制出版社，2009.