浅谈无损检测技术在煤矿机械设备维修中的应用

王永强

（国能宝日希勒能源有限公司设备维修中心，内蒙古 呼伦贝尔 021000）

如今我国的机械制造水平得到了显著的提升，让煤矿生产与作业的效率大大提升，不过，受到自然环境与操作因素影响，导致机械设备在使用中出现问题，不仅导致生产效率下降，还威胁着作业人员的安全，所以煤矿企业需要加强先进技术的应用，引进无损检测技术后可以快速找出故障位置，分析问题成因，为煤矿机械设备的维修带来帮助，以下进行相关分析。

1 无损检测技术概述

1.1 无损检测技术内涵

无损检测技术是一种在不对被检测对象损伤的情况下借助物理学中的热学、声学、光学、电学、电磁学分析材料的技术，可以掌握内部的结构和缺陷，进一步确定损坏的形状、位置、分布与程度，与传统的检测方法不同，这一技术的主要优势在于全面性、可靠性、非破坏性特点，为煤矿机械设备的维护与修理带来指导，比如通过分析铸造、冲压和切割工序，进而保证生产。

1.2 无损检测技术的分类

（1）超声探伤技术。这一技术是借助用超声波较强的穿透性能探伤机械设备内部裂缝，精准地定位裂缝位置，可以分析1mm级的表面损伤。超声探伤仪器重量轻、体积小、便于携带，并且将探伤结果呈现出来。超声探伤技术的原理在于应用20Hz 的超频声波探伤，并且探伤设备中超声波方向性好、穿透性强，遇到不同的介质后形成反射，进而找出微小损伤，不过，对操作人员的专业能力提出了较高要求，必须让超声波探头和设备接触，并且保证接触位置不存在空气，一般使用耦合剂辅助排空探头与零部件之间的空气。不过超声探伤技术只适用于机械设备的内部缺陷，无法对设备表面缺陷进行探伤。

（2）射线探伤检测技术。在应用这一技术的过程中主要探伤底片内部，进而显示设备的缺陷位置，不过射线探伤期间会产生较为严重的射线辐射，对操作人员的健康构成威胁，并且射线探伤技术的应用成本较高。

（3）磁粉探伤技术。一般将其用于煤矿大型设备的表层缺陷探测，操作人员磁粉探伤技术期间操作便捷，并且探测的效率较高。在实际操作中，需要先借助磁性材料，如果在磁性材料表面或近表面区域有损伤，磁场的磁力线具有的连续性会受到影响，之后在磁场中加入配磁悬液，漏磁场区域开始吸附磁粉，肉眼可发现磁痕，进而判定工件表面是否有缺陷。磁粉探伤技术适宜分析铁磁性零部件表面是否存在微小损伤，比如，煤矿检测掩护式液压支架底座，检测区域包括焊缝铰链座周边2cm 范围，检测结果发现，窝底焊缝和限位块焊缝都有1 处裂纹，并且限位块出现变形。不过，在内部探测上效果较差，要求操作人员先打磨设备的表面，在平整的情况下进行检测。

（4）渗透探伤技术。这一技术利用液体虹吸效应检测零部件表面，并且这一技术可以分为着色法与荧光法，着色法的应用更为普遍，操作人员在检测的过程中需要使用清洗剂、渗透剂、显影剂等化学制剂，无损检测流程如下：①先使用清洗剂全面清洗零部件表面；②在表面喷洒然并且静置一段时间；③使用清洗剂清洗表面，显影剂开始显影。一般渗透探伤使用白色显影剂，零部件表面存在损伤的情况下渗透剂会进入裂纹内部，进而显示裂痕。渗透检测技术还可以检测非铁磁性材料，技术局限性在于只能检测零部件表面，内部探伤难以实现。

（5）涡流探伤技术。在实际检测的过程中，无须检测人员和被检测设备部件直接接触，通过在机械设备表进行涡流探伤，分析设备内部裂缝。在设备内部较窄的区域内依然可以检测作业，不过，该技术应用范围较窄，工程设备检测仪器也会影响所得的设备检测分析结果。

2 无损检测技术在煤矿机械设备维修中的应用价值

2.1 维修针对性加强

相较传统的检测方法，应用无损检测技术针对性更高，在信息处理上效率更高，并且提升了检测准确性。传统模式下检测设备需要维修人员拆解，然后逐一对零件排查，不过，检测和维修的效率不高。应用无损检测技术可以省去人员拆卸的环节，比如，发射超声波后即可机械设备内部的构造进行分析，找出故障部位，分析故障的严重性。

2.2 适用范围广

在煤矿机械生产中，应用无损检测技术可以在停机或者机械设备运行期间进行检修，并且可以对多种类型的煤矿机械进行检查。以往进行煤矿机械的检测使用较多检测工具，导致检测成本增加，而无损检测技术适合不同类型与不同结构的机械设备，适用范围更广。此外，在煤矿机械运转期间声波也能通过电学、磁学完成检测，并且不需要设备停止运行，保证了煤矿开采作业的正常进行。

3 煤矿机械设备维修中的无损检测技术的应用

3.1 超声波检测

超声波在不同介质中传播特点不同，因此可以分析煤矿设备的质量缺陷，传动轴是煤矿设备运行中常用零部件，所以在维修过程中，需要对传动轴检测加以重视，其中在传动轴半成品检测期间主要是应用超声波这种无损检测方式。借助耦合剂将超声波传送到指定传动轴内部。在检修期间，结合传动轴超声波可以发现入声波反复变动的缺陷，甚至波动性的信息，都将对系统的安全运行造成影响。在超声波转变为高频电脉冲后可以借助反射的回波位置信息、波形、幅度判定传动轴内部缺陷位置、大小、基本形状。在实际操作中，如果波动部位集中在传动轴的轴向位置，可以发现，故障位置在探头的正下方；检测操作中如果出现连续性波动现象证实传动轴的内部组织较为混乱，进而引发气孔、缩松，如果没有出现反射波，说明传动轴晶粒问题较为严重。

3.2 故障振动检测

煤矿机械运行期间齿轮在变速器内部转动，在系统内部互相咬合下，形成彼此关联的系统，机械设备振动系统刚度一般为周期性变化，如果齿轮运转时出现扭转强迫振动或者衰减振动，或者轴承径向发生轴向振动，会导致整个轴承振动逐渐严重，威胁变速器的使用安全性。一般来说，振动的信号出现在机械外侧，而振动因素主要在于齿轮咬合，应用无损检测技术可以提升故障检测效果。在检测操作过程中，变速器箱体将轴承座作为振动测量点，轴承座的振动视为齿轮振动，在无损检测技术的应用过程中，主要是通过信号分析齿合频率、转动频率，其中齿轮的振动信号可以实现频率调制。

3.3 无损探伤

在煤矿挖掘作业期间，需要应用钢丝绳固定机械设备，并且维修人员需要对钢丝绳状态定期检测。应用定量检测方法可以在不影响煤矿企业挖掘的情况下完成探伤，并且维修人员可以结合钢丝绳的特性灵活选择探测方法。明确检测结果后，检测技术人员结合自身的经验分析钢丝绳的运行状态，判定故障缺陷。在钢丝绳检测的过程中还需要分析钢丝绳使用时间，进而避免钢丝绳断裂影响提升机正常运转。近年来，煤矿开采中钢丝绳使用频繁，需要检修人员分析钢丝绳的特点应用磁粉探伤方法，煤矿开采人员更换机械设备钢丝绳时，通过探伤传感器可以记录好每次的检测结果，之后对比分析检测结果，确定钢丝绳故障位置，及时展开维修工作，营造更加安全的生产环境。

3.4 叶片检测

在煤矿生产中，井下通风机是不可或缺的大型机械设备，作用在于持续向井下输送新鲜空气，保证作业人员的人身安全，所以在煤矿机械设备维修中，需要重视这一问题。风机叶片是矿井通风机的核心组件，由于井下作业的环境较为恶劣，在风机叶片转动期间承载部位会产生疲劳裂纹，不及时维修和更换会导致叶片裂纹延伸，最终出现叶片断裂，埋下诸多安全隐患。因此，煤矿企业需要在实际生产中应用无损检测技术，切实做好检修工作，要点如下：（1）维修人员先彻底清洗叶片，然后记录叶片检测的内容，对损伤的缺陷记录，之后清理残留在叶片上的清洁剂；（2）在应用无损检测技术的过程中，需要分析通风机叶片形状、材质合理应用磁粉检测技术或渗透检测技术，而铁磁性材料叶片首选磁粉检测技术，铝合金非铁磁性材料选用渗透检测技术。此外，在检修人员不仅对风机叶片检测，还要对叶片和轮毂连接部位加强检测。

4 设备维修中无损检测技术应用要点

4.1 完善的检测标准

在煤矿机械设备的检修中，需要掌握较多的零部件信息，如果机械设备诊断标准不完善，会导致检修的难度加大。当前的煤矿企业应用机械设备类型多样，需要操作过程中明确运行规律与特点，进而确保诊断方案具有科学性，比如，筛分设备和输送设备的传动原理存在差异，要求制定不同的诊断标准，并且结合设备的使用条件与运行规律。此外，煤矿机械设备的体积较大，并且零部件较多，都需要纳入诊断标准。关于诊断标准的制定可以参考其他企业的经验，比如，煤矿刮板机推移横梁检测可以通过渗透方法，实际操作中先保证液态化染料进入缺口，再加入显像剂，由此检测缺损部位。焊缝检测关键在于选择射线，在穿透材料时X 射线、R 射线会在密度差异、材料厚度的影响出现变化。

4.2 结合实际选择适合检测方式

在煤矿机械设备维修应用无损检测技术期间需要分析实际情况，为了保证检测结果可靠，需要提前分析检测零部件的材质、形状、外形尺寸、结构，然后优选无损检测技术。在实际检修的过程中，每种检测方法都有一定的局限性，关键在于发挥出每种技术的优势，除了应用无损检测技术，还可以和其他的技术搭配使用，比如，超声波检测裂纹缺陷的灵敏性不同，需要借助挥射线检测技术，在综合对比下保证检测结果的准确性。

4.3 把握检测时机

检修人员需要把握煤矿机械设备的检修时机，比如，在超声波探伤零部件时，未加工的锻件会由于耦合性较差对探伤作业产生不利影响，所以需要在检测前精磨锻件，之后探伤钻孔，进而探测内部损坏情况，不过，也会导致设备出现损伤，需要检修人员把握检测的时机，一般在粗加工后到精加工前探伤。此外，无损检测时要分析钢材焊后的效果，比如碳素钢、不锈钢、有色金属在焊接后并且冷却开始检测，而低合金钢检测一般在焊后24h 开始。所以，检测技术应用期间要判断检测时机，这也是检测人员需要掌握的技能。

4.4 研制新型无损检测设备

超声波可以在微型计算机中实现数据图像的采集整理、过程控制、储存、信息处理，实现无损检测设备与微型计算机的结合，凭借计算机强大的运算功能确保运行速度和检测效率。超声波能够迅速传播并且收集整体机械设备的信息资料，再通过计算机整理运算，提升人工检查和人工计算的检测效率。整体来说，微型计算机与超声波结合后，在煤矿机械设备中应用可以确保检测结果具有准确性。

5 结语

综上所述，在当今社会中，自动化技术、数字化技术得到飞速发展，为煤矿企业的生产带来了巨大便利，其中无损检测技术也在发展，为煤矿企业生产带来了帮助，大大节约了生产成本与维修费用，比如，当前的数字化超声波探测仪得到了较多应用，其它类型的声发射仪器也开始出现。全球现有的压力容器声发射检测的专业机构已经超过50 家，并且无损检测技术队伍也在壮大，我国也在加强机械设备维修研究，继续助力煤矿事业发展。今后需要煤矿企业继续完善管理制度与检修机制，重视人才培养，进而实现行业的健康发展。