劉 洪，劉新遠(yuǎn)

（廣西通用機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)站，廣西 南寧 530001）

0 引言

榨輥軸是糖廠生產(chǎn)重要設(shè)備之一，對(duì)甘蔗汁榨出必不可少。在整個(gè)榨季中，榨輥軸在交變力作用下，極易產(chǎn)生裂紋發(fā)生斷軸。一旦斷軸，整個(gè)壓榨流程就得停止，對(duì)斷軸進(jìn)行更換。如一間日榨一萬噸的糖廠，以最低蔗糖出糖率百分之十，糖價(jià)6000元/噸計(jì)算，停榨才能更換榨輥，這就拉長了榨季時(shí)間，降低綜合經(jīng)濟(jì)效益約600萬元。因?yàn)檎ポ佪S的重要性，糖廠每次停榨檢修期間，都要對(duì)榨輥軸進(jìn)行無損探傷檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)裂紋深度結(jié)果，判斷榨輥軸是否進(jìn)行修補(bǔ)或進(jìn)行報(bào)廢處理。斷裂的榨輥軸實(shí)物圖，如圖1所示。

圖1 斷裂的榨輥軸

1 榨輥軸受力分析

圖2為糖廠榨輥軸檢測(cè)位置示意圖，其中A、B、C、D、E為臺(tái)階位，由于截面變化，造成應(yīng)力集中。輥殼和榨輥軸是由熱套組裝而成，在緊箍位置附近也容易造成應(yīng)力集中。輥殼在工作中壓榨甘蔗，荷載由輥殼傳導(dǎo)至中心軸，在交變力的作用下，這些位置容易產(chǎn)生裂紋，是檢測(cè)中的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)位置。

2 無損探傷檢測(cè)方法

2.1 無損探傷檢測(cè)方法的種類

目前無損探傷檢測(cè)常規(guī)使用的方法有：超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)和渦流檢測(cè)。

超聲檢測(cè)，適用于工件內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，可用于超過100mm大厚度材料的檢測(cè)，能確定缺陷的位置和相對(duì)尺寸，但較難確定體積狀缺陷和面狀缺陷的性質(zhì)。

射線檢測(cè)，適用于幾乎所有材料，但對(duì)裂紋缺陷有方向性限制，較難檢出厚鍛件中存在的缺陷，較難確定缺陷的深度位置和自身高度，且射線對(duì)人體有傷害，需要嚴(yán)格安全防護(hù)。

磁粉檢測(cè)，適用于鐵磁性材料的表面和近表面缺陷檢出，靈敏度高，可檢缺陷最小寬度為1μm，但難以確定缺陷自身高度。

滲透檢測(cè)，適用于表面開口缺陷，但難以確定缺陷自身高度。

圖2 榨輥軸檢測(cè)位置示意圖

渦流檢測(cè)，適用于導(dǎo)電材料自動(dòng)化檢測(cè)，可以檢測(cè)表面和近表面缺陷，但較難檢測(cè)出缺陷的自身寬度和準(zhǔn)確深度。

2.2 無損探傷檢測(cè)方法的選擇

在糖廠榨輥軸的檢測(cè)中，因?yàn)檎ポ佪S直徑超過100mm，且射線有害，必須清場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)不適用。滲透檢測(cè)只能檢測(cè)表面開口缺陷，例如對(duì)于修復(fù)后榨輥軸的埋藏缺陷即表面未開口，以前修復(fù)裂紋時(shí)，氣刨后清根未徹底就焊接留下缺陷，不能檢出，現(xiàn)場(chǎng)不適用。渦流檢測(cè)適合自動(dòng)化生產(chǎn)，檢測(cè)表面和近表面缺陷，但較難檢測(cè)出缺陷的自身寬度和準(zhǔn)確深度，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)不適用。磁粉探傷直觀，可見磁痕，靈敏度高，儀器攜帶方便，但磁粉檢測(cè)只能檢測(cè)表面和近表面缺陷，深層缺陷不能檢出，不能確定缺陷的深度，且輥殼內(nèi)榨輥軸由于輥殼的阻擋，不能檢測(cè)，可以做為輔助手段。超聲檢測(cè)對(duì)于大厚度的榨輥軸穿透能力強(qiáng)，輥殼不形成阻擋，能確定缺陷在榨輥軸上的位置和深度，十分適用。所以在檢測(cè)榨輥軸過程中，輥殼外和輥殼內(nèi)榨輥軸用超聲檢測(cè)通體檢測(cè)，確定缺陷的位置和相對(duì)尺寸，用磁粉檢測(cè)做為輔助手段對(duì)輥殼外檢測(cè)部位進(jìn)行檢測(cè)。

因此，目前超聲檢測(cè)是糖廠榨輥軸檢測(cè)的一種常用且必要的手段。超聲檢測(cè)UT是五大常規(guī)無損探傷檢測(cè)技術(shù)之一，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛，使用頻率最高且發(fā)展較快的一種無損探傷檢測(cè)技術(shù)。超聲檢測(cè)的工作原理有如下幾點(diǎn)。

第一，聲源產(chǎn)生超聲波，采用一定的方式超聲波進(jìn)入工件。

第二，超聲波在工件中傳播并與工件材料以及其中的缺陷相互作用，使其傳播方向或特征被改變。

第三，改變后的超聲波通過檢測(cè)設(shè)備被接受，并可對(duì)其進(jìn)行處理和分析。

第四，根據(jù)接受的超聲波特征，評(píng)估工件本身及其內(nèi)部是否存在缺陷及缺陷的特征。

2.3 與目前常規(guī)超聲檢測(cè)榨輥軸方法的對(duì)比

糖廠榨輥軸材料為鋼鍛件，如用常規(guī)直探頭在端面進(jìn)行檢測(cè)，由于工件存在臺(tái)階，軸承座位置存在圓弧，只有在最外端面才可進(jìn)行檢測(cè)。這種情況下，只有輥殼內(nèi)裂紋達(dá)到相當(dāng)深度才可被檢測(cè)到，容易造成漏檢?，F(xiàn)對(duì)輥殼內(nèi)缺陷，必須用橫波斜探頭進(jìn)行檢測(cè)。

對(duì)于裂紋的垂直深度和水平距離的判定，也與常規(guī)斜探頭檢測(cè)有所不同：在垂直深度方面，如果出現(xiàn)雙波峰即缺陷在屏幕上顯示很近的兩個(gè)波峰，一般方法是前后拖動(dòng)探頭，用閘門套住最高波，直接讀出垂直深度和水平距離，現(xiàn)經(jīng)過多年總結(jié)，把檢測(cè)范圍縮小，使得雙波峰之間距離相對(duì)拉開，把雙波峰的前波拖到最高波，用閘門套住波峰讀取裂紋深度，這種做法準(zhǔn)確率相對(duì)高。

在裂紋的水平距離的判定上，常規(guī)的把波峰拖到最高，用閘門套住波峰直接讀取儀器數(shù)值，往往有誤差，現(xiàn)在改用表面波法，準(zhǔn)確率可以達(dá)到百分之百。同側(cè)法用K2、K2.5探頭檢測(cè)裂紋深度和水平距離時(shí)，前后拖動(dòng)探頭經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)突然拉起又很快消失的波峰，往往會(huì)被人誤判。而DAC曲線法對(duì)榨輥軸環(huán)向裂紋進(jìn)行檢測(cè)判定，并不適用，榨輥軸環(huán)向裂紋并沒有安全區(qū)、評(píng)定區(qū)和判廢區(qū)，榨輥軸是否繼續(xù)使用或者需要檢修，甚至報(bào)廢，是由委托方根據(jù)本單位實(shí)際情況來決定的。

3 榨輥裂紋形式、位置、深度和檢測(cè)方法

3.1 榨輥軸環(huán)向裂紋多發(fā)位置及檢測(cè)方法

由于榨輥軸在工作時(shí)是做圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，所以榨輥上的環(huán)向裂紋是最有可能產(chǎn)生和最具有危害的缺陷。根據(jù)多年的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，榨輥軸在軸承座的軸頸圓弧的B、C、D、E位置、臺(tái)階位置即是C、D靠近輥殼位置、輥殼與榨輥軸的箍緊位置附近即輥殼內(nèi)大約距離C、D位置200mm附近以及方頭位置即是A位置，是與聯(lián)軸器相連的位置，這些都是最容易產(chǎn)生環(huán)向裂紋。

由于環(huán)向裂紋的方向性問題，一般選用斜探頭檢測(cè)，檢測(cè)流程為：第一步，在CSK-IA型試塊上確定探頭的K值、零點(diǎn)和前沿。第二步，用直探頭確認(rèn)榨輥軸軸頸位直徑以及軸頸相鄰臺(tái)階直徑。第三步，用已知軸頸相鄰臺(tái)階位直徑校調(diào)斜探頭所用聲速。第四步，用已知臺(tái)階直徑取基本波高，一般取屏幕的百分之八十，以HS620型數(shù)字式超聲波探傷儀為例，正常值約為70dB。第五步，提高12dB對(duì)工件進(jìn)行掃查。

3.2 用對(duì)側(cè)法的K1探頭測(cè)裂紋深度和水平距離

對(duì)于儀器屏幕上出現(xiàn)的波峰，要做具體分析，了解工件的結(jié)構(gòu)和尺寸，由于結(jié)構(gòu)的原因引起的波峰，比如臺(tái)階引起的波峰，有時(shí)背對(duì)臺(tái)階也有波峰產(chǎn)生，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，這個(gè)可能與表面波的干擾有關(guān)，可排除在外。

對(duì)榨輥上出現(xiàn)的腐蝕槽進(jìn)行具體分析，即輥殼與中心軸連接處附近經(jīng)常出現(xiàn)，由于蔗汁腐蝕經(jīng)常有淺槽出現(xiàn)，如糖廠方允許，可拆開擋板進(jìn)行打磨后，再用磁粉檢測(cè)確認(rèn)裂紋是否修補(bǔ)好。

對(duì)于在圓周方向移動(dòng)K1探頭，移動(dòng)一段距離后波峰消失的缺陷，有可能是小段裂紋，也有可能是夾雜，此時(shí)可以看所在深度，若缺陷在榨輥軸中心附近，根據(jù)多年檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，榨輥裂紋一般產(chǎn)生在表層，再往中心發(fā)展，所以基本可以排除裂紋可能性，再結(jié)合dB值判定，如70dB可以得到基準(zhǔn)波高即在屏幕百分之八十處，缺陷波高大于屏幕百分之八十處則在100dB以上，也可以排除裂紋的可能性。

對(duì)于環(huán)向達(dá)到圓周四分之一到整圈波峰，如果基本波高容易產(chǎn)生，缺陷波高提高十幾dB就可達(dá)到基本波高高度，基本可以判定是環(huán)向裂紋，此時(shí)可環(huán)向加前后掃查，找到最高波讀出裂紋深度，如出現(xiàn)雙波峰，可調(diào)整探測(cè)范圍，使得波峰分開，仔細(xì)調(diào)整閘門套住前波，讀出前波最高波峰時(shí)候的深度值。環(huán)向裂紋水平位置的數(shù)值，在最高波峰時(shí)由儀器直接讀出往往有偏差，這是由于探頭的零點(diǎn)、前沿和K值的確定，是由試塊測(cè)試得來，而工件的材料與試塊有差異，工件的厚度也比試塊的厚度大得多，CSK-IA型試塊的厚度是一百毫米，而榨輥軸軸徑位的直徑可以達(dá)到500毫米，聲能損失較大，使得探傷儀的自動(dòng)計(jì)算出現(xiàn)失誤。這種在波峰時(shí)候讀出的水平距離，和實(shí)際距離的偏差可以達(dá)到幾十毫米，如果裂紋出現(xiàn)在輥殼與中心軸箍緊位附近，在返修時(shí)就要考慮是否破殼的問題，而一個(gè)榨輥殼的成本是幾萬塊錢，破后就無法使用，只能換新殼，增加成本，所以水平尺寸的確定十分重要。

根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可用表面波讀數(shù)法取代傳統(tǒng)上的最高波讀數(shù)法，正確率基本可以達(dá)到百分之百，例如在一個(gè)直徑500毫米的軸上發(fā)現(xiàn)環(huán)向裂紋，此時(shí)不在最高波時(shí)讀出水平讀數(shù)，而是前后拖動(dòng)探頭，當(dāng)探頭深度顯示500的時(shí)候，讀出波峰數(shù)值，此時(shí)才是裂紋水平位置的真實(shí)讀數(shù)。缺陷理論波形圖和缺陷實(shí)際波形圖，如圖3和圖4所示。

3.3 用同側(cè)法的K2和K2.5探頭檢測(cè)裂紋深度和水平距離

由于試塊材料、試塊厚度與工件的差異，導(dǎo)致聲能的損失，使得水平位置在波峰最高時(shí)候的讀數(shù)，與實(shí)際位置存在差異。在厚度方向，最高波時(shí)儀器讀數(shù)和實(shí)際數(shù)值的差異一樣存在。為盡量減少誤差，在榨輥殼外的中心軸發(fā)現(xiàn)的裂紋，可以用同側(cè)法取代對(duì)側(cè)法，也就是用K2或者K2.5的探頭，以對(duì)側(cè)法所測(cè)出的裂紋深度做參考選用合適探頭，在裂紋附近進(jìn)行測(cè)量。

在檢測(cè)過程中，對(duì)雜波的排除相當(dāng)重要，初始波會(huì)在屏幕上占相當(dāng)寬度，而初始波是始終存在的，這時(shí)可以讓探頭離開工件，仍然存在的波，就是初始波，這個(gè)應(yīng)當(dāng)排除掉。探頭在裂紋旁邊前后移動(dòng)，當(dāng)一個(gè)高的波峰出現(xiàn)，又很快消失，這時(shí)后面再起的一個(gè)穩(wěn)定波峰，用閘門套住，讀出的深度值就是裂紋深度的真實(shí)值。

圖3 缺陷理論波形圖

圖4 缺陷實(shí)際波形圖

4 結(jié)束語

裂紋具有延伸特性，小裂紋會(huì)發(fā)展成大裂紋，最終導(dǎo)致斷軸，糖廠在每個(gè)榨季停榨后，都要對(duì)榨輥軸進(jìn)行檢測(cè)，然后根據(jù)裂紋位置和深度，決定是否停用、報(bào)廢或者返修。

做為廠家判斷依據(jù)的裂紋水平距離和裂紋深度，得出結(jié)論應(yīng)該盡量真實(shí)。特別是在輥殼內(nèi)榨輥軸位置，不能用磁粉做為輔助檢測(cè)，只能由超聲檢測(cè)得出檢測(cè)結(jié)果，一旦裂紋深度數(shù)值達(dá)到廠家認(rèn)為需要返修，要把舊輥殼破碎了才能返修，這樣舊輥殼不能再用，就必須換新輥殼，如果真實(shí)值比檢測(cè)出的數(shù)值小，本不用破碎輥殼而又被破碎了，就造成了浪費(fèi)。若裂紋深度判定比真實(shí)值小，榨輥不返修，又容易造成斷軸，被迫停榨。

根據(jù)歷年對(duì)各個(gè)糖廠榨輥軸檢測(cè)的統(tǒng)計(jì)，有裂紋的概率超過30%?，F(xiàn)在糖廠一般有兩條生產(chǎn)線，一條線5座機(jī)架使用15條榨輥軸，兩條線共使用30條榨輥軸，檢出有裂紋榨輥軸概率達(dá)到9條，如果這9條軸不能正確返修、停用或者報(bào)廢，而繼續(xù)使用，榨季時(shí)候很容易造成時(shí)不時(shí)的斷軸，被迫停榨次數(shù)多，糖廠生產(chǎn)損失大。更換一條榨輥軸所用時(shí)間為八到二十四小時(shí)，以八個(gè)小時(shí)計(jì)，減產(chǎn)損失大，造成動(dòng)力資源浪費(fèi)，拉長榨季時(shí)間，降低企業(yè)和社會(huì)效益。

超聲檢測(cè)在糖廠榨輥軸的應(yīng)用中，試塊材料和榨輥軸材料的差異、榨輥軸本身結(jié)構(gòu)以及裂紋方向性的影響，使得超聲波探傷儀顯示的裂紋深度和裂紋水平距離，不能簡單的在超聲波儀上由波峰直接讀出數(shù)值，而是要經(jīng)過仔細(xì)研究、具體分析，找出最真實(shí)的波峰數(shù)值，然后得出結(jié)論。