糖廠壓榨輥軸的超聲檢測

梁云岳，梁杰侃，鐘義揚(yáng)，周麗琴

(1.廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530007；2.廣西通用機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量檢測站，南寧 530001)

糖廠壓榨輥軸的超聲檢測

梁云岳1，梁杰侃2，鐘義揚(yáng)2，周麗琴1

(1.廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530007；2.廣西通用機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量檢測站，南寧 530001)

介紹了超聲檢測在糖廠壓榨輥軸檢修中的實(shí)際應(yīng)用情況。糖廠壓榨輥軸的超聲檢測結(jié)果表明，該方法可以準(zhǔn)確地檢測出壓榨輥軸的疲勞裂紋及其他缺陷，對保障糖廠設(shè)備的正常運(yùn)行及安全生產(chǎn)可起到重要作用。

超聲檢測；壓榨輥軸；裂紋；缺陷

制糖是廣西的支柱產(chǎn)業(yè)，每年的白糖產(chǎn)量占全國的60%以上。在糖廠生產(chǎn)過程中，壓榨機(jī)是重要設(shè)備，壓榨輥軸是重要部件。

由于壓榨輥軸長期在高負(fù)荷下工作，很容易產(chǎn)生疲勞裂紋；加之，壓榨輥軸本身也可能存在制造缺陷。所以在糖廠生產(chǎn)過程中，常常發(fā)生壓榨輥軸斷裂事故，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。每個(gè)榨季結(jié)束，糖廠都要對壓榨輥軸進(jìn)行檢修。壓榨輥軸體積大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，常規(guī)檢查方法的缺陷檢出率低，經(jīng)常出現(xiàn)誤檢、漏檢現(xiàn)象，對生產(chǎn)造成重大安全隱患。

筆者通過參與糖廠壓榨輥軸的檢修項(xiàng)目，深入研究超聲檢測方法在壓榨輥軸檢測中的應(yīng)用。結(jié)果表明該方法能夠較準(zhǔn)確地檢測壓榨輥軸的疲勞裂紋及其他缺陷，解決了當(dāng)前常規(guī)檢測方法不準(zhǔn)確，易造成嚴(yán)重生產(chǎn)事故的問題。

1 壓榨輥軸的無損檢測方法

無損檢測是在對零部件無任何損壞的條件下,對零部件內(nèi)部及表面缺陷進(jìn)行檢測的技術(shù)。常規(guī)無損檢測方法有：射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測[1]。

糖廠壓榨輥軸材料為45鍛鋼，首先使用磁粉檢測方法，檢測壓榨輥軸外露部位的表面及近表面缺陷，該方法能直觀顯示缺陷位置、形狀、長度;然后使用超聲檢測方法檢測壓榨輥軸內(nèi)部缺陷，確定缺陷的深度。對磁粉檢測技術(shù)檢測不到的部位，例如壓榨輥軸輥殼安裝的部位，只能使用超聲檢測方法對其進(jìn)行檢測，并對缺陷進(jìn)行定位和定量。

2 壓榨輥軸中缺陷的特點(diǎn)

壓榨輥軸外形尺寸大,軸徑φ(350～600) mm,長度3 500～5 000 mm, 采用鍛壓件制造；而鍛壓件在鍛造過程及熱處理過程中，可能產(chǎn)生制造缺陷。

壓榨輥軸與輥殼熱套裝配過程中，由于輥殼內(nèi)外兩側(cè)壓榨輥軸的溫度分布不均勻從而發(fā)生熱脹冷縮，容易產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。另外壓榨輥軸在使用過程中長期受彎曲和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，在壓榨輥軸表面會(huì)產(chǎn)生微小裂紋——疲勞裂紋，且裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)展。

主要缺陷形式是：沿軸圓周方向整圈或分段斷續(xù)的表面開口疲勞裂紋。

壓榨輥軸成本高，一條壓榨輥軸價(jià)值幾萬元到幾十萬元，在能夠修復(fù)使用的情況下，一般不做報(bào)廢處理。壓榨輥軸經(jīng)過無損檢測后，若發(fā)現(xiàn)了裂紋或制造缺陷，要根據(jù)缺陷的位置、大小、性質(zhì)及分布情況，分析判斷該缺陷能否修復(fù)。如果缺陷不適合修復(fù)，則需做報(bào)廢處理。

糖廠每個(gè)榨季結(jié)束，都要對壓榨生產(chǎn)線設(shè)備進(jìn)行拆卸與檢修，將壓榨機(jī)上的壓榨輥軸拆卸下來，進(jìn)行檢測及修復(fù)。壓榨輥軸的超聲檢測，是判斷壓榨輥軸能否修復(fù)的主要手段。

3 檢測工藝路線

壓榨輥軸超聲檢測工藝路線見圖1。

圖1 壓榨輥軸超聲檢測工藝路線

4 檢測過程

4.1 檢測位置

壓榨輥軸超聲檢測位置示意如圖2所示(A為方軸段R位，B為左軸承段左R位，C為左軸承段右R位，D為右軸承段左R位，E為右軸承段右R位；R位是臺階圓角過渡處)。

圖2 壓榨輥軸檢測位置示意

4.2 超聲檢測工藝參數(shù)

超聲檢測設(shè)備與檢測方法見表1。

表1 超聲檢測設(shè)備與檢測方法

主要探頭使用說明：

2.5P20直探頭：主要用于檢測發(fā)現(xiàn)軸頸及臺階R位處的圓周徑向缺陷；檢測在制新軸內(nèi)部的制造缺陷，測量當(dāng)量。目前，外露部位的表面裂紋等缺陷主要采用磁粉檢測方法檢測，磁粉檢測對表面缺陷的檢測靈敏度更高，在缺陷定性、測長方面比超聲檢測更直觀準(zhǔn)確，再用2.5P9×9K1等斜探頭來測深。不外露部位(如輥殼安裝部位)，直接使用超聲1.25P18×18K1斜探頭來檢測出內(nèi)部缺陷，并對缺陷進(jìn)行定位、測長、測深。直探頭多用來作為驗(yàn)證的輔助手段。等將來檢測技術(shù)更成熟后，可以全部使用超聲檢測，以提高檢測效率，此時(shí)縱波直探頭和縱波小角度斜探頭在圓周徑向缺陷檢出方面，將發(fā)揮重要作用。

1.25P18×18K1斜探頭：主要用于檢測輥殼部位的圓周徑向裂紋，對裂紋定位、定量。很多鍛件內(nèi)部晶粒粗大，透聲性差，檢測聲程遠(yuǎn)，故選用低頻率大晶片探頭。

2.5P9×9K1斜探頭：主要用于測量外露部位的裂紋深度，對于小深度裂紋(小于5 mm)可改用K2或K3等大K值探頭。

Z20FG10Z雙晶直探頭：檢測平整表面的近表面缺陷，測量缺陷深度。

4.3 檢測數(shù)據(jù)

課題組在2015～2016年間，對十多家糖廠壓榨輥軸進(jìn)行超聲檢測，檢測情況及結(jié)果見表2。

5 檢測結(jié)果分析

5.1 檢測結(jié)果匯總

根據(jù)兩年來的檢測數(shù)據(jù)，經(jīng)過匯總，得到壓榨輥軸各個(gè)部位的缺陷情況，見表3。壓榨輥軸缺陷位置示意如圖3所示。

表2 2015～2016年糖廠壓榨輥軸超聲檢測情況匯總

圖3 壓榨輥軸缺陷位置示意

缺陷位置位置說明主要缺陷類型統(tǒng)計(jì)數(shù)量占比/%1方軸段R位1．缺陷為裂紋，長度18～160mm不等，深度5～40mm均常見2．常有塊狀表面龜裂，面積約200mm×90mm，深度3～6mm3．部分壓榨輥軸有多條分散式裂紋，長度50～200mm不等，深度5～50mm4．部分為整圈分布，深度6～10mm55202齒輪軸段缺陷為裂紋，位置在兩個(gè)鍵槽根部，長度有120～370mm不等，深度5～12mm(備注：為軸向裂紋，需拆除齒輪后才能檢測)103．53左軸承左R位缺陷為裂紋，常見呈整圈或半圈分布，深度3～10mm72．54左軸承段常見整圈表面龜裂，深度3～5mm134．75左軸承右R位1．缺陷為裂紋，整圈分布較為常見，深度2～36mm不等2．也有部分呈單條或多條分布3．也有半圈、3/4圈分布，或斷續(xù)分布269．36輥殼段左R位整圈或斷續(xù)裂紋，深度3～10mm較多196．87輥殼段左近端1．缺陷為裂紋，整圈分布較為常見，深度3～10mm較多2．也有整圈斷續(xù)分布；1/2圈分布3．偶見多條分布，深度5mm238．28輥殼段左遠(yuǎn)端1．缺陷為裂紋，整圈分布較為常見，深度4～28mm均常見2．整圈、1/2圈、3/4圈及斷續(xù)式分布也不少3．單條的長度通常較長，長度均在200mm以上4．距左軸承右R位距離一般在200mm以內(nèi)較常見，僅有兩條超過200mm4014．39輥殼段右遠(yuǎn)端1．缺陷為裂紋，整圈分布較為常見，深度4～20mm均常見2．整圈、1/2圈、3/4圈及斷續(xù)式分布也不少3．單條的長度通常較長，長度均在250mm以上4．距右軸承段左R位距離一般在230mm以內(nèi)較常見，僅有1條超過230mm281010輥殼段右近端1．缺陷為裂紋，整圈分布，深度3～12mm較常見2．單條的長度通常較長，長度均在180mm以上279．611輥殼段右R位整圈或斷續(xù)裂紋，深度3～10mm較多62．112右軸承段左R位1．缺陷為裂紋，整圈分布，深度3～16mm較常見2．近軸肩處發(fā)現(xiàn)有龜背式裂紋，深度3mm259合計(jì)279100

5.2 檢測結(jié)果分析

2015～2016年兩年間，對十多家糖廠檢測壓榨輥軸461條，發(fā)現(xiàn)存在缺陷的壓榨輥軸160條，缺陷279處。缺陷的類型為裂紋，以整圈分布的疲勞裂紋為主；一般深度較淺，3～10 mm深度最為常見；一般可進(jìn)行修復(fù)。裂紋的其他分布形式，還有網(wǎng)狀、多條、半圈、斷續(xù)等。

壓榨輥軸在整個(gè)軸段范圍都可能出現(xiàn)疲勞裂紋，但分布并不均勻，主要分布如下：

(1) 方軸段(表3位置1)，20%；

(2) 軸承段靠近輥殼的R位(表3位置5,12)，9.3%+9%=18.3%；

(3) 輥殼段(表3位置6,7,8,9,10,11)，6.8%+8.2%+14.3%+10%+9.6%+2.1%=51.0%；

(4) 其他(表3位置2,3,4)，11.7%。

由此可見，壓榨輥軸疲勞裂紋主要出現(xiàn)在輥殼段及軸承段R位，以及起傳動(dòng)作用的方軸段。超聲檢測時(shí)，要特別重視這些部位。

6 壓榨輥軸的超聲檢測方法探索

壓榨輥軸裂紋深度測量的準(zhǔn)確度是技術(shù)難題，課題技術(shù)人員一直積極探索提高檢測準(zhǔn)確度的辦法，做了很多工作：自制了多種深度裂紋試塊，采用多種探頭和檢測方法反復(fù)測試研究，并互相比對、驗(yàn)證；在壓榨輥軸翻修現(xiàn)場，將翻修前多種工藝檢測結(jié)果與翻修后實(shí)際結(jié)果對比，據(jù)此不斷修正、完善檢測工藝，使檢測水平、檢測的準(zhǔn)確度越來越高。

經(jīng)過長期實(shí)踐探索，使用數(shù)字超聲檢測儀及普通探頭，按探頭檢測位置總結(jié)出同側(cè)法、對側(cè)法、雙探頭法等方法，在缺陷定量方法上綜合運(yùn)用端點(diǎn)衍射波法、端部最大回波法、半波法等方法，取得了較好的效果。

The Ultrasonic Testing of Sugar Mill Squeezing Roller

LIANG Yun-yue1, LIANG Jie-kan2, ZHONG Yi-yang2, ZHOU Li-qin1

(1.Guangxi Electrical Polytechnic Institure, Nanning 530007, China; 2.Guangxi Quality Supervision Agency of Universal Machine, Nanning 530001, China)

This paper introduces the application of ultrasonic testing of press roller in sugar factory overhaul, which has played an important role in ensuring the normal operation of the equipment and the safety of sugar production. Case studies of the ultrasonic testing of sugar mill squeezing roller have shown that the testing can accurately detect fatigue cracks and other defects in the roller.

Ultrasonic testing; Press roller shaft; Crack; Defect

2016-09-03

廣西高?？茖W(xué)技術(shù)研究資助項(xiàng)目(KY2015YB451)

梁云岳(1969-)，男，學(xué)士，高級工程師，主要從事自動(dòng)化、自動(dòng)控制、檢測技術(shù)方面的研究與教學(xué)工作。

梁云岳，E-mail:liangyunyue@163.com。

10.11973/wsjc201703016

TG115.28

B

1000-6656(2017)03-0064-04