邊建朝 ，譚廷帥

(1.中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧省撫順市，113122；2.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧省撫順市，113122)

0 引言

煤炭行業(yè)機(jī)電設(shè)備應(yīng)用廣泛，其關(guān)鍵部件(如提升機(jī)主軸、天輪軸、制動盤焊縫、提升容器用銷軸、提升鋼絲繩、連接件等)的損傷情況和承載能力時刻關(guān)系著設(shè)備和人員的安全[1]。近年來，雖然機(jī)電設(shè)備在制作工藝等方面有了很大的提高，但是安全事故仍時有發(fā)生，因此機(jī)電設(shè)備關(guān)鍵部件的檢測檢驗(yàn)是保證安全生產(chǎn)的重要手段。

無損檢測(NDT)是指在不損害或不影響被檢測對象的使用性能、不破壞被檢測對象內(nèi)部組織的前提下，利用材料內(nèi)部或外部結(jié)構(gòu)異?；蛉毕菀鸬臒?、聲、光、磁等反應(yīng)的變化，借助現(xiàn)代化的技術(shù)和裝備進(jìn)行檢查和測試的方法。有學(xué)者認(rèn)為，無損檢測是工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要技術(shù)手段，是無可替代，甚至還可能是有效替代其他檢測技術(shù)的一種質(zhì)量控制手段[2]。無損檢測技術(shù)在各個行業(yè)占有重要的地位，重要性已經(jīng)得到公認(rèn)，主要方法包括括射線檢測(RT)、超聲檢測(UT)、磁粉檢測(MT)、滲透檢測(PT)4大方法，其他的無損檢測方法還有渦流檢測(ECT)、聲發(fā)射檢測(AE)、熱像/紅外檢測(TIR)、泄漏檢測(LT)、漏磁檢驗(yàn)(MFL)、遠(yuǎn)場測試檢測(RFT)、超聲波衍射時差檢測(TOFD)等[3]。

根據(jù)國內(nèi)具體情況，我國煤炭行業(yè)相關(guān)單位跟蹤國際、國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定了本行業(yè)的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)，體系正在逐步完善，基本上涵蓋了UT、RT、MT、PT、FML等國際上通用的無損檢測方法[4]。目前，我國無損檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢是通過采用國際、國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)來推動試驗(yàn)儀器及關(guān)鍵部件的產(chǎn)品升級，通過制修訂標(biāo)準(zhǔn)不斷完善解決相關(guān)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)的缺失、落后等問題，跟蹤無損檢測技術(shù)的最新發(fā)展并制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、研究無損檢測標(biāo)準(zhǔn)體系和標(biāo)準(zhǔn)制修訂方向是我國煤炭行業(yè)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)化工作的目標(biāo)和發(fā)展方向。

1 我國煤炭行業(yè)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)狀

我國煤炭行業(yè)應(yīng)用的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)類別主要是國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)布實(shí)施的具體情況見表1。

表1 我國煤炭行業(yè)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)(已發(fā)布實(shí)施)

經(jīng)統(tǒng)計，我國煤炭行業(yè)使用的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)共 21個，其中國家標(biāo)準(zhǔn)11個，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)10個。鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法(修訂)、礦用提升容器重要承載無損探傷方法與驗(yàn)收規(guī)范(制定)正在開展制修訂工作且已列入計劃。

按照檢測方法劃分，煤炭行業(yè)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)體系包括通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和各種普遍應(yīng)用的無損檢測方法標(biāo)準(zhǔn)，其框架如圖1所示。

圖1 煤炭行業(yè)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)體系框架

2 國外標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及我國標(biāo)準(zhǔn)采標(biāo)的情況

無損檢測行業(yè)相關(guān)的主要國際組織有美國機(jī)械工程師協(xié)會(ASME)、美國無損檢測學(xué)會(ASNT)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、國際無損檢測委員會(ICNDT)等，國際上主要無損檢測標(biāo)準(zhǔn)體系有ASME體系、ISO體系、EN體系等，無損檢測從業(yè)人員國際認(rèn)證體系有ASME、EN473：2000、ISO9712等。ASME體系針對鍋爐壓力容器，分為強(qiáng)制性要求部分和參考性資料部分，已將成熟的NDT新技術(shù)和工藝列入強(qiáng)制性目錄。EN標(biāo)準(zhǔn)對各種NDT方法要求描述具體細(xì)節(jié)周密詳盡。日本JIS標(biāo)準(zhǔn)吸收了歐美標(biāo)準(zhǔn)體系的長處，又加入了本國實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有一定的創(chuàng)新。EN4179:2000為航空航天系列無損檢測人員的資格鑒定與認(rèn)證，因此重要的行業(yè)需制定行業(yè)從業(yè)人員資格要求。

目前國內(nèi)煤炭大型設(shè)備與特種設(shè)備的管理有相似之處。工業(yè)發(fā)達(dá)國家均頒布了特種設(shè)備相關(guān)的法律或法規(guī)；我國也頒布了一系列安全技術(shù)規(guī)程和技術(shù)要求，對特種設(shè)備的設(shè)計、制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制，無損檢測在特種設(shè)備的制造和使用中扮演著及其重要的角色。

煤炭行業(yè)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用具有一個顯著的特點(diǎn)，即無損檢測的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和方法標(biāo)準(zhǔn)被產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)直接引用，成為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn)不可或缺的一部分。煤炭行業(yè)中產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)中引用無損檢測標(biāo)準(zhǔn)情況見表2。

結(jié)合表1和表2的數(shù)據(jù)匯總分析，得到各類方法的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量情況如圖2所示。UT和MT是應(yīng)用最廣泛的2種方法，UT解決部件內(nèi)部缺陷的問題，而MT、PT解決部件表面和近表面的缺陷問題，兩者相互配合就能夠完成大部分關(guān)鍵部件的檢測工作。MFL是在鋼絲繩的無損檢測過程中使用。無損檢測標(biāo)準(zhǔn)中國家標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量達(dá)到17個，而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量為22個，這也從側(cè)面說明無損檢測標(biāo)準(zhǔn)體系的特點(diǎn)，國家標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)體系中占據(jù)極其重要的地位，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)針對各行業(yè)特點(diǎn)對標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行補(bǔ)充[5-6]。

圖2 無損檢測方法標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量統(tǒng)計

表2 煤炭行業(yè)產(chǎn)品和安全標(biāo)準(zhǔn)中所引用的無損檢測方法

3 煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與國外和國內(nèi)其他行業(yè)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)對比分析

通過對國內(nèi)國外煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及其他行業(yè)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的對比分析，發(fā)現(xiàn)國外先進(jìn)的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)種類較多，除了常用的4大方法外，基本上涵蓋了當(dāng)今先進(jìn)的無損檢測技術(shù)，包括紅外、全息照相等，我國標(biāo)準(zhǔn)中只有用途較廣的傳統(tǒng)方法用于日常的檢測。我國無損檢測技術(shù)與國外還有一定的差距，先進(jìn)的無損檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失的情況需要進(jìn)一步研究，進(jìn)而制定煤炭行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。同時，在對比分析中發(fā)現(xiàn)，自動化檢測標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)志著自動化程度高、檢測效率高、準(zhǔn)確率要求高，而目前我國煤炭行業(yè)還沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

針對煤炭行業(yè)的特殊性，目前煤炭行業(yè)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)體系中面臨的主要問題為鋼絲繩無損檢測標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重缺失、重要機(jī)電設(shè)備的在役關(guān)鍵部件的檢測方法和規(guī)范類標(biāo)準(zhǔn)缺失。

3.1 鋼絲繩無損檢測標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重缺失

鋼絲繩是礦井提升設(shè)備的一個重要部件,它直接關(guān)系到礦井的正常生產(chǎn)和相關(guān)人員的生命安全。鋼絲繩在使用過程中由于磨損、銹蝕等原因而出現(xiàn)斷絲,嚴(yán)重時將發(fā)生事故,造成慘重?fù)p失[7]。鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝具有特殊性，不同于傳統(tǒng)的機(jī)械加工。鋼絲繩的無損檢測成為煤炭行業(yè)專業(yè)人士關(guān)注的焦點(diǎn)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作頗具難度?，F(xiàn)行的鋼絲繩無損檢測標(biāo)準(zhǔn)可用性不強(qiáng)，相關(guān)人員、方法、規(guī)范等方面的內(nèi)容嚴(yán)重缺失。

在鋼絲繩無損檢測發(fā)展過程中，借鑒了許多其他領(lǐng)域的檢測技術(shù)，電磁檢測法是目前公認(rèn)的最為可靠的鋼絲繩檢測方法。除了電磁檢測法外，各國科研人員也在積極探索其他的無損檢測方法，如電渦流法、聲發(fā)射法、激光掃描法、超聲波法和振動波法等[8-11]。目前礦井鋼絲繩無損檢測技術(shù)從渠道方面可分為國內(nèi)自主研發(fā)和國外技術(shù)引入，差距主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)LMA檢測分辨率較低。進(jìn)口檢測儀LMA檢測分辨率可以達(dá)到0.5%，而國產(chǎn)檢測儀目前還很難達(dá)到這個指標(biāo)。常見型號的鋼絲繩外層鋼絲的截面積占鋼絲繩總截面積的比例通常不超過1%，要能檢測到單根斷絲，檢測儀的LMA分辨率必須達(dá)到0.5%。

(2)重復(fù)性較差。國產(chǎn)檢測儀器由于元器件質(zhì)量、傳感器質(zhì)量、電路和儀器結(jié)構(gòu)抗干擾設(shè)計的問題，儀器的重復(fù)性差，對同一根鋼絲繩的多次檢測結(jié)果相關(guān)性差，無法評估鋼絲繩的損傷規(guī)律和發(fā)展趨勢。

(3)基礎(chǔ)研究裝備相對落后。以德國斯圖加特大學(xué)(Universit?t Stuttgart)的鋼絲繩無損檢測裝置為例，其鋼絲繩最大張緊力為6 000 kN，能模擬鋼絲繩在工況環(huán)境下的實(shí)際情況，進(jìn)而對報廢標(biāo)準(zhǔn)中的極限使用次數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，而國內(nèi)相關(guān)的基礎(chǔ)研究裝備還需完善。

3.2 重要機(jī)電設(shè)備在役關(guān)鍵部件的檢測方法和規(guī)范類標(biāo)準(zhǔn)缺失

在役設(shè)備的重要部件無損檢測不同于設(shè)備出廠前的檢測，許多重要部件只是局部探傷，還不能得到全面的檢測，而投入使用后設(shè)備的工作任務(wù)較重，不能隨便拆卸，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇合理的檢測方法，并制定相應(yīng)的檢驗(yàn)規(guī)范[12],這也是目前煤炭行業(yè)急需解決的問題。國內(nèi)其他行業(yè)的在役設(shè)備關(guān)鍵部件無損檢測標(biāo)準(zhǔn)情況見表3。由表3可以看出，鐵路工業(yè)、核工業(yè)、特種設(shè)備(包括索道)行業(yè)基本上已經(jīng)建立或逐步在建立相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來解決此問題。

表3 國內(nèi)其他行業(yè)在役設(shè)備關(guān)鍵部件無損檢測標(biāo)準(zhǔn)情況

4 煤炭行業(yè)無損檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)建議

煤炭行業(yè)應(yīng)充分發(fā)揮國內(nèi)相關(guān)無損檢測專家的作用，加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)委員會的協(xié)調(diào)，積極研究國內(nèi)外先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，及時更新制定缺失標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)國內(nèi)空白，引領(lǐng)本行業(yè)技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新。

根據(jù)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)體系及正在開展的標(biāo)準(zhǔn)制修訂情況分析，目前需在以下方面制定適用于煤炭行業(yè)的專用設(shè)備無損檢測標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 檢測人員準(zhǔn)入類標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)備無損檢測行業(yè)具有一定特殊性，在實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可領(lǐng)域有專門的類別進(jìn)行管理。按照其他行業(yè)慣例，從事煤炭行業(yè)無損檢測人員也需要取得相應(yīng)資質(zhì)，同時對煤炭設(shè)備特殊檢測要求進(jìn)行規(guī)定，應(yīng)建立起規(guī)范且具有可操作性的人員考核準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 檢測方法類標(biāo)準(zhǔn)

檢測設(shè)備是包含儀器、標(biāo)準(zhǔn)試塊和檢測試劑等組成的檢測系統(tǒng)，一般通用型超聲、滲透、磁粉檢測設(shè)備比較成熟。但針對煤炭行業(yè)的鋼絲繩、鋼絲繩輸送帶檢測設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相對欠缺，主要檢測參數(shù)含義、測定方法、標(biāo)準(zhǔn)試樣或試塊等均需要進(jìn)一步規(guī)范，建立起統(tǒng)一的溯源計量標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 檢測方法類標(biāo)準(zhǔn)

檢測對象不同，依據(jù)的檢測原理會隨之發(fā)生變化，檢測方法的具體操作細(xì)節(jié)也會不同。針對煤炭行業(yè)鋼絲繩、提升容器重要承載件、鋼絲繩輸送帶、大型機(jī)電設(shè)備主軸、通風(fēng)機(jī)葉片、各種連接部件(圓環(huán)鏈、接鏈環(huán))等相關(guān)產(chǎn)品，需根據(jù)檢測對象結(jié)構(gòu)、檢測原理、安裝使用環(huán)境等制定適宜的檢測方法標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)具有相應(yīng)資質(zhì)的無損檢測人員準(zhǔn)確、規(guī)范地使用檢測設(shè)備進(jìn)行操作，這也是能夠識別并發(fā)現(xiàn)檢測對象中特定缺陷的前提條件。

4.4 驗(yàn)收評定類標(biāo)準(zhǔn)

依照國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢，一般將檢測技術(shù)和評定等級方法分開，各自形成獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)，有利于各自標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立更新。因此，煤炭行業(yè)無損檢測領(lǐng)域同樣需要制定相應(yīng)的驗(yàn)收條件、評定等級標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

煤炭行業(yè)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)化在保障人員、設(shè)備安全等方面的作用是多層次、全方位的，不是建立和規(guī)范行業(yè)裝備檢測檢驗(yàn)不可缺少的重要元素。通過對煤炭行業(yè)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)體系的研究分析發(fā)現(xiàn)，我們還需進(jìn)一步研究先進(jìn)的無損檢測技術(shù)，積極組織相關(guān)單位開展標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作，建立具有一定引導(dǎo)性、前瞻性、包容性的相關(guān)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)體系，并不斷地去提升標(biāo)準(zhǔn)化水平，以期能在一個側(cè)面有效解決煤炭行業(yè)發(fā)展中的質(zhì)量問題、安全問題、可持續(xù)發(fā)展問題等。