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游乐设施的无损检测技术方法有哪些?

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核心提示:游乐设施的无损检测技术要求是什么?检测方法有哪些?
游乐设施的无损检测技术要求是什么?检测方法有哪些?

 游乐设施的无损检测技术 


沈功田、姚泽华、吴彦

       摘要:游乐设施是八大类特种设备之一,其种类繁多,结构各异。从零部件、金属机构、整机等不同角度对各类游乐设施的制造、安装和定期检验等方面的无损检测方法和要求进行了详细叙述,对所用的各种无损检测方法如目视、射线、超声、磁粉、渗透、涡流、漏磁和磁记忆检测及其应用特点进行了具体介绍。 
     
       游乐设施是在运行过程中涉及人民生命安全、危险性较大的特种设备之一。大型游乐设施是指用于经营目的,承载乘客游乐的设施。目前我国的游乐设施在一些大中型城市十分普遍,总保有量2万多台。我国标准按游乐设施的运动特点和结构特点进行综合分类主要有转马、滑行、陀螺、飞行塔、赛车、自控飞机、观览车、小火车、架空游览车、光电打靶、水上游乐设施碰碰车、电池车、滑道和蹦极15类。其运动特点主要分为四类,第一类为绕水平轴、倾斜轴或垂直轴旋转、摆动或升降;第二类为沿架空或地面轨道滑行;第三类为自由坠落;第四类为在特定水域运行或滑行。游乐设施属机电类特种设备,其主要由钢结构、行走线路、动力、机械传动、乘人设施、电器和安全防护装置七大部分组成。金属部件一般以轧制件、焊接件、锻件和铸件作坯件,经机械加工制成。轧制件、焊接件和锻件主要采用碳素结构钢、优质碳素结构钢或低合金结构钢。使用的主要材料为型钢、钢棒、钢管、钢板和钢锻件,常用的钢材主要是普通碳素钢Q235,需减轻结构自重时可采用16Mn或15MnTi,轴类使用的常用材料为45和40Cr等。游乐设施金属结构的连接方式主要为焊接和螺栓连接。

      为确保游乐设施的安全运行,国家颁布了一系列法规和标准对游乐设施的设计、制造、安装、运行、检验和修理等各环节进行了严格规定,而无损检测技术在游乐设施的制造、安装和检验过程中得到广泛使用,对质量控制起到十分关键的作用,下面综述了这些过程中使用的各项无损检测技术。
 
     1 游乐设施无损检测技术要求

     目前对游乐设施在制造、安装和运行后的检验过程中要求进行无损检测的法规为国家质量监督检验检疫总局颁布的《游乐设施安全技术监察规程试行》和《游乐设施监督检验规程试行》。在GB8408[4],GB18158~18166九类游艺机通用技术条件的标准中也给出了游乐设施制造和安装过程中无损检测的具体要求。上述法规和技术标准对游乐设施在制造和安装过程中的无损检测具体要求如下:

     (1)重要受力焊缝和不同材质的焊缝必须进行100%磁粉或渗透检测,对于滑行类游乐设施,当滑行车的速度≥50km/h,轨道对接焊缝还要进行70%以上的射线检测。游乐设施的重要受力焊缝主要包括悬臂梁根部焊缝、座席支撑件焊缝、吊挂件焊缝、油气缸支座焊缝、轨道对接焊缝以及轨道与支架间的焊缝等。

     (2)重要轴类零部件必须进行100%超声和磁粉或渗透检测。游乐设施重要的轴销轴类零部件是指凡失效时会导致乘客人身伤害的轴和销轴类零部件,如主轴、中心轴、座席吊挂轴、车轮轴和油气缸上下支撑销轴等。

     (3)超声检测方法及质量分级采用GB/T4162标准,质量等级不低于A级。

     (4)磁粉和渗透检测方法及质量分级采用JB/T4730标准,质量等级不低于Ⅲ级。

     (5)射线检测方法及质量分级采用JB/T4730标准,质量等级不低于Ⅱ级。

     上述法规和技术标准对游乐设施在运行后每年的定期无损检测中的要求如下:

     (1)重要焊缝应进行≮20%磁粉或渗透检测。

     (2)滑行车的车轮轴、立轴和水平轴,车辆连接器的销轴,陀螺转盘油缸和吊箱等处的销轴,飞行塔吊箱吊挂轴,赛车车轮轴,自控飞机大臂、油缸和座仓处的销轴,观览车吊仓吊挂轴以及单轨列车联接器销轴等每年应进行≮20%超声和磁粉或渗透检测。转马中心支撑轴、旋转座仓立轴和曲柄轴、陀螺转盘主轴及大臂、飞行塔主轴、自控飞机主轴、轨距≮600mm的小火车车轮轴、连接器销轴以及架空游览车的车轴等不易拆卸的零部件至少在大修时进行超声和磁粉或渗透检测。

     (3)超声检测方法及分级采用GB/T4162标准,缺陷等级评定不低于A级。

     (4)磁粉和渗透检测方法及分级采用JB/T4730标准,缺陷等级评定不低于Ⅲ级。

 游乐设施的无损检测技术要求是什么?检测方法有哪些?


       2 游乐设施主要无损检测方法


     目前在游乐设施制造和安装过程中,只采用上述法规标准规定的射线、超声、磁粉和渗透四种常规检测方法,没有技术难点。但在实际开展游乐设施定期检验过程中,根据游乐设施的失效特点,还采用一些新的快速检测方法,如采用电磁方法来快速检测钢部件的表面裂纹和钢丝绳的断丝,采用磁记忆检测方法来快速检测铁磁性金属受力部件的疲劳损伤和高应力集中部位,采用应力测试方法测试结构件的应力和变形等。

     另外,一些游乐设施的大轴或中心轴,一旦安装投入使用很难进行拆卸,因此十分需要有对这些大轴进行不拆卸的无损检测与评价方法,采用超声检测从原理上来说似乎可以解决,但目前尚无成熟的应用。

     2.1 目视检测

     目视检测是游乐设施检验检测中最常用的方法之一,其目的是为了检查游乐设施的整体外观质量、几何尺寸及变形情况、各功能部件的性能等。

       主要检查内容有,①机械部分,包括金属结构的几何尺寸测量、表面质量及腐蚀状况、载荷试验、机械装置试验和安全保护装置试验等。②电气部分,包括电控装置、电气保护装置、保护接地、照明及信号电路检查等。③液压和气动,包括液压油箱密封检查、系统渗漏检查和液压油温检查等。检查方法主要为目测、感官判断、量具测量和机构试运行等

     2.2 射线检测
     射线检测在游乐设施定期检验中不采用。只有对滑行类游乐设施,当滑行车的速度≥50km/h,制造和安装时的轨道对接焊缝要进行70%以上的射线检测。滑行类游乐设施的轨道一般采用工字钢或钢管,壁厚较小,采用常规X射线即可对其进行检测。检测时根据被检对象的材质、材料厚度、形状等和JB4730标准的要求选择适当的作业参数,即可得到合格的底片,然后按标准对底片进行评定,确定其质量等级。

     2.3 超声检测
     游乐设施采用的超声检测主要是对直径大于M36的重要轴和销轴进行,制造时必须进行100%超声检测,定期检验时至少进行20%抽查,采用的检测标准为GB/T4162,缺陷等级评定不低于A级。超声检测采用的探头为2.5~5MHz的单晶直探头或双晶直探头,该方法可检测轴内部的裂纹、白点和夹杂等缺陷。    

      2.4 磁粉检测
     表面和近表面裂纹是游乐设施的重要检测内容,游乐设施的钢结构和零部件及焊缝都不允许存在裂纹,鉴于一般游乐设施受力部件采用的多是钢材,磁粉检测也就成为游乐设施最常用的无损检测手段之一。
 
      磁粉探伤时,先要对受检表面进行清洁和干燥处理,要求表面不得有油脂、铁锈、氧化皮或其它粘附磁粉的物质。一般以打磨处理为主,打磨后要求工件表面粗糙度Ra≤25μm。在对工件进行灵敏度测试合格后即可对工件进行磁化检测,磁化时间一般为0.5~2s,同时施加适量的磁悬液,应保证磁粉浓度均匀,并在停施磁悬液至少1s后方可停止磁化。建议对每个受检区域应进行两次90°方向的交叉磁化检测,以降低漏检率。检测过程中如发现缺陷磁痕显示,可用透明胶带纸粘下磁痕,将其作为记录保存,用以评定焊缝缺陷程度。如检测部位所处环境光线较昏暗或观察条件不佳时,可采用灵敏度更高的荧光磁粉。

     2.5 渗透检测

     在某些情况下,因为材料和结构形状等原因,有些部件或部位不利于磁探仪的操作,用其它无损检测方法也难以取得理想的检测效果,此时,渗透检测便成为唯一可选的无损检测方法。因此,渗透检测也是游乐设施检测中最常用和最简便的无损检测方法之一。

     渗透检测前一般必须对检测表面进行清洁和干燥处理,表面不得有影响渗透效果的铁锈、氧化皮、焊接飞溅、铁屑、毛刺及各种防护层等。要求被检工件的表面粗糙度Ra≤12.5μm。在对检测剂系统灵敏度和检测工艺进行对比试验测试合格后即可进行渗透一般持续时间≮10min、清洗、干燥5~10min和显像一般≮7min等检测程序。如果检测部位所处环境光线较昏暗或观察条件不佳时,也可采用灵敏度更高的荧光渗透剂。

     2.6 电磁检测

     2.6.1 铁磁性材料表面裂纹电磁检测  
 
       如上所述,在定期检验中检测铁磁性表面和近表面裂纹最常用的无损检测方法为磁粉和渗透检测,该方法灵敏度高,但在检测过程中必需对检测区域的表面进行打磨处理,去除表面的油漆、喷涂等防腐层和氧化物。考虑到检测所需的时间和费用,目前一般进行20%抽查。然而,在实际的定期检验中,有90%以上的游乐设施在经过焊缝表面打磨和磁粉或渗透检测后未发现任何表面裂纹,即使发现表面裂纹,一般也是只存在几处,占焊缝总长的1%以下,因此大量的打磨大大增加了游乐设施停止运行的时间和油漆的费用。

       近几年发展起来的基于复平面分析的金属材料焊缝涡流电磁检测技术,在有防腐层的情况下,也可采用特殊的点式探头对焊缝表面进行快速扫描检测,可以快速检测铁磁性材料存在的表面和近表面裂纹,并可对裂纹深度进行测量。该方法快速准确,并能对裂纹进行定性和半定量评估。受集肤效应影响,波形幅度与裂纹深度呈非线性关系,在工程息。目前我国已对该方法制定JB系列的《无损检测———基于复平面分析的焊缝涡流检测》。该方法检测结果与裂纹的走向有关,为防止漏检,按标准推荐的操作方法,应以至少两次相互垂直的扫查方向进行探伤扫查。

       裂纹检测的空间电磁耦合,一般无须对检测表面进行处理,并可穿透非导体防护涂层、铁锈、甚至较薄的非铁磁性金属覆盖层,可用于对钢结构母材及焊缝的裂纹检测,检测精度与常规磁粉相当,适合对游乐设施进行快速裂纹扫查。但该方法依据磁场信号进行判定,若磁粉检测后未进行有效的退磁操作,将对检测部位的磁场信号产生干扰,故检测时机应在磁粉检测之前。

游乐设施的无损检测技术要求是什么?检测方法有哪些?
图1为对一台160m观览车大轴进行检测发现存在2mm深表面裂纹的信号

2.6.2 钢丝绳检测
 
     钢丝绳是游乐设施常用部件,对其一般采用漏磁方法进行检测。探头对进入其中的钢丝绳进行局部饱和磁化或技术磁化,根据缺陷引起的磁场特征参数如磁场强度和磁通量等的变化情况对钢丝绳的缺陷情况进行判别,并可进行定性断丝或腐蚀等和定量断丝数或横截面积损失量分析。

       钢丝绳检测时一般无需对不影响钢丝绳在检测仪上正常行走的油污和灰垢进行清理,但对于因钢丝绳与滑轮和卷筒等构件摩擦而使钢丝绳股间夹杂大量铁磁性颗粒的情况,应对钢丝绳进行清洗或对检测结果进行适当修正。

     2.7 金属磁记忆检测

      金属磁记忆检测MMMT技术是俄罗斯杜波夫教授于20世纪90年代初提出于90年代后期发展起来的一种检测材料应力集中和疲劳损伤的无损检测与诊断的新方法。鉴于许多在用游乐设施零部件的失效由疲劳裂纹引起,因此该技术特别适用于游乐设施铁磁性金属重要焊缝和轴类零部件的快速检测。

      磁记忆是一种弱磁检测方法,无须对工件进行磁化,其应力集中部位在地磁场的作用下即可显示出磁记忆信号。但是一旦对工件进行了磁粉检测而又未进行有效的退磁操作,则微弱的磁记忆信号将被磁化后的剩余磁场信号湮没,所以检测时机应放在磁粉检测之前。

     3 小结

     (1)游乐设施是生活中广泛使用的具有潜在危险的重要设备,无损检测技术在确保游乐设施的制造安装质量和使用过程的安全运行中扮演着重要的角色。

     (2)在游乐设施的制造安装过程中,重要焊缝主要采用100%磁粉或渗透表面检测技术,重要的轴和销轴主要采用100%超声和表面检测技术。

     (3)在游乐设施的定期检验过程中,重要焊缝主要采用20%磁粉或渗透表面检测技术,重要的轴和销轴主要采用20%超声和表面检测技术;另外,表面裂纹的电磁检测、钢丝绳漏磁检测和磁记忆检测技术在游乐设施的定期检验过程中也得到应用。

     (4)对于游乐设施不可拆卸大轴或中心轴的检测是需要迫切解决的问题,但目前尚无成熟的无损检测方法。

     结论

     (1)联系带涡流检查没有发现裂纹显示,但试验证明,选用以上旋转探头、相应的参数及分析方法是可以有效发现联系带裂纹的,对相关厚壁件的涡流检查也有一定的参考价值。
     (2)评定联系带上不同深度裂纹的要点是,裂纹相位角变化范围≤±4°,不同通道上的相位角及幅值均随频率的下降而减小,而各通道磁区信号的相位角随频率的下降而增加。
     (3)提高联系带裂纹深度的测量精度,从复合信号中正确挑选出微小裂纹信号,提高磁饱和抑制能力及检查速度,并降低探头成本等是有待今后进一步解决的难题。

 
(文章已结束,谢谢你的阅读)

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