壓縮機螺栓的相控陣超聲檢測

螺栓廣泛應(yīng)用于大型壓縮機機組重要機械部件的連接，其質(zhì)量關(guān)系到整個壓縮機組的運行安全。螺栓承受的載荷與所處的工況非常復(fù)雜，受復(fù)雜應(yīng)力、腐蝕、溫度等作用，其螺紋的連接部位易產(chǎn)生疲勞裂紋使螺栓斷裂或失效。在壓縮機設(shè)備使用過程中，螺栓一旦發(fā)生斷裂會造成生產(chǎn)中斷導(dǎo)致停工，因此車間需要根據(jù)生產(chǎn)計劃任務(wù)，按照計劃定期對螺栓實施檢測。以往對在役螺栓進行檢測時，通常將螺栓先拆卸下來再進行熒光磁粉檢測。這種方式工作量大，檢測時間較長，檢測效率較低，并且影響生產(chǎn)運行。為解決這一難題，在不拆卸螺栓的前提下，檢測人員采用相控陣超聲檢測技術(shù)對螺栓螺紋部位產(chǎn)生的疲勞裂紋進行檢測，取得了較好的效果。常規(guī)超聲檢測螺栓是細長的圓柱體形狀的零部件，常規(guī)超聲檢測法主要采用縱波直探頭對其進行檢測，優(yōu)點是可有效發(fā)現(xiàn)1mm以上槽深當量的裂紋缺陷，缺點如下：(1)A掃描波形形狀復(fù)雜，判別比較困難，尤其是干擾波形主要來自于螺栓本體結(jié)構(gòu)或螺紋齒面，無法對其進行有效區(qū)分和識別，給檢測工作帶來一定的困難。(2)螺栓兩頭的螺紋部位容易產(chǎn)生疲勞裂紋，但縱波直探頭掃查的角度單一，容易造成漏檢，大大降低了檢測的可靠性。(3)檢測數(shù)據(jù)無法記錄或缺陷無可追溯性。(4)檢測靈敏度與信噪比較低。相控陣超聲檢測與常規(guī)超聲檢測技術(shù)相比，相控陣超聲檢測技術(shù)具有以下優(yōu)勢：(1)可以多種視圖展現(xiàn)缺陷的檢測結(jié)果，能較好地區(qū)分缺陷波和結(jié)構(gòu)波，解決了螺栓檢測難以識別缺陷波的問題。(2)能應(yīng)用于復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)件的檢測。(3)相控陣超聲技術(shù)具有多角度可調(diào)聚焦聲束的功能，可覆蓋檢測缺陷部位，提高檢測靈敏度和圖像的信噪比，缺陷識別能力更強。螺栓的相控陣超聲檢測試驗01螺栓試樣加工選擇一根在用的螺栓作為試樣，參照圖1在螺栓A端外表面的螺紋部位加工不同深度的刻槽，要求刻槽部位在一條線上，刻槽方向垂直于螺栓軸線方向，用以模擬裂紋。刻槽深度均為1.0mm，長度均為10.0mm，刻槽開口寬度均為0.25mm，螺栓材料為35CrMoA，人工刻槽的位置參數(shù)如表1所示。圖1螺栓刻槽尺寸示意表1螺栓試樣人工刻槽的位置參數(shù)（mm）02扇形掃查采用OmniScanMX2型相控陣超聲檢測儀，選用32晶片5MHz的探頭，晶片間距為0.5mm，晶片高度為10mm，角度步進為0.5°，扇掃角度設(shè)置為-30°~+30°。將探頭放置在A，B端面上即可進行螺栓的內(nèi)部檢測。通過扇形掃查，在近A側(cè)端面螺紋部位的影像中發(fā)現(xiàn)4處人工缺陷，如圖2(a)所示。檢測A端面時采用沿徑向前后移動和旋轉(zhuǎn)掃查的方式，圖像均能清晰地顯示缺陷。由此可見，探頭的檢測范圍可覆蓋整個螺紋部位。當聲束入射到無缺陷的螺栓中時，螺紋信號清晰穩(wěn)定，并且間隔均勻，如圖2(b)所示，隨著檢測距離的增加，螺紋信號的能量逐漸減弱。裂紋信號存在于螺紋信號間，其顏色與相鄰兩個螺紋信號的顏色存在較大差異，顏色差異程度與裂紋的波幅有關(guān)。圖2螺栓的相控陣超聲扇掃圖像03深度方向?qū)z測圖像的影響將距螺栓A側(cè)端面110mm處人工刻槽的反射回波調(diào)整到滿屏的80%，并以此作為基礎(chǔ)靈敏度，增益6dB作為掃查靈敏度。該參數(shù)可實現(xiàn)對螺紋部位裂紋的垂直入射，提高了缺陷波的反射率，大大提高了信噪比。不同檢測深度(聚焦深度)下螺栓的扇掃圖像如圖3所示，可見檢測深度越大，刻槽反射的能量就越弱，信噪比隨著檢測深度的增加逐漸增加。分析原因為螺栓上螺紋的反射回波隨著深度增加而降低，且裂紋圖像與螺紋的圖像對比鮮明，便于檢測人員進行判別。圖3不同檢測深度下螺栓的扇掃圖像04檢測位置對圖像的影響探頭位置示意及螺栓的扇掃圖像如圖4所示。當探頭放在位置1的時候，50mm深處的人工刻槽不在探頭的聲束掃查范圍內(nèi)，因此檢測圖像只顯示了部分缺陷。當探頭放在位置2的時候，50mm和70mm深處的人工刻槽均在探頭的聲束掃查范圍內(nèi)。由以上分析可知，檢測位置很重要，只有當探頭放置在合適的位置才能覆蓋所有需要檢測的部位。圖4探頭位置示意及螺栓的扇掃圖像05應(yīng)用對現(xiàn)場拆卸下來的20根螺栓依次進行相控陣超聲檢測。將探頭放置在螺栓的A，B端面上實施檢測，首先進行初始掃查，探頭沿徑向前后移動的同時，也進行旋轉(zhuǎn)掃查。初始掃查后可將聚焦深度設(shè)置在易出現(xiàn)裂紋的區(qū)域，當某個部位出現(xiàn)缺陷反射波時，再將聚焦深度調(diào)整于缺陷所在位置。在某螺栓距A側(cè)85mm深處發(fā)現(xiàn)裂紋，如圖5所示，缺陷圖譜清晰可辨，檢測效果明顯。圖5某螺栓現(xiàn)場相控陣超聲檢測圖譜結(jié)語(1)相控陣超聲檢測技術(shù)采用大角度的掃查方式，檢測圖像直觀，便于清晰地識別缺陷。(2)調(diào)整好檢測參數(shù)，