（江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院 江苏常州 213016）
摘要：冶金行业连铸连轧生产线上，钢水包承担从电炉转运钢水至浇铸处的任务。75吨炼钢电炉每炉钢水产量在73~78吨左右，配套的钢包满装总质量在110~120吨左右，轨道行车起重能力为125吨。
关键词：钢水包耳轴；超声波；探伤
一、设备结构及可能产生的缺陷分析
1、设备结构
钢包上端有两根长为570mm直径240~300mm的短轴（耳轴），是钢包的起吊部位。具体结构见图1.
2、可能产生的缺陷分析
钢包是频繁间隙工作的，所以耳轴承受的是交变载荷。钢包在升降启动和停止时由于自身重量会有很大的加速力，这加速力又使钢丝绳弹性变形，造成多次振动更增加了交变次数。综合分析以上情况，钢包耳轴主要会产生疲劳裂纹，方向主要是横向。查阅有关资料，A-A截面是最危险截面，容易产生在下部产生裂纹，轴A-A截面处下端应是重点检查部位。经安全部门与设计部门联系，该轴有一定的安全裕度，允许2~3mm的缺口。
二、探伤方法比较分析
1、直探头纵波检查，直探头纵波在端面处检测A-A处的裂纹应是最理想的方法，但端面有10×10倒角，探头中心离侧面的距离至少要在20mm左右，这样对早期较浅的裂纹难以发现。如果考虑侧壁干扰，探头中心离侧壁的距离至少约为48mm。
2、在侧面用K1横波斜探头检测A处裂纹根据横波入射端角时端角反射率是很高的，对横向裂纹检出是有利的。但从结构图中可以看出，声束中心无法避开Φ8的中心孔，主声束不能到达A处。另外经观察许多耳轴上已焊了保护套拆卸很困难。
3、在端面用纵波斜探头探伤，从纵波在端角反射率可看出只要入射角不大于10°反射率是相当高的。选择合适的角度可以避开侧壁干扰和加油孔的影响的。
从以上三种方法比较，采用纵波直探头和斜探头两种方法结合，既能避免侧壁干扰，又能扫查到整个截面。
三、工艺参数的确定
1、加工对比试块
选择锻钢件Φ240×300mm纵波探伤无Φ2当量缺陷。在250mm处每隔90°分别加工深度为1、2、3、4mm的槽。
2、纵波斜探头折射角的选择
从结构图中分析折射角最小不能小于6~8°，最大不得大于21°，考虑到反射率和较短的声程，选用8°的探头。
3、探头频率的选择
在同样探头直径时，频率越高，近场区大，未扩散区大，如果能在3N左右探测A处时，声束中心声压仍较尖锐，容易找到最高波。频率高时声束指向性也高，减少杂波数量，容易判断回波。但频率高，衰减也大，由于声程较短，所以选用5MHZ频率。
4、探头直径的选择
直径大发射声波的能量大，对增加探伤灵敏度有利，声束未扩散区大，能量相对集中。选用18×18晶片的探头，3倍近场区长度约为200mm，选用20×20的探头，3倍近场区长度约为250mm。选用后者较合适。
5、在对比试块上的试验
采用5P 20×20 8°纵波斜探头在试块上测试，能清楚地找到1mm深的槽的反射波。并且1mm槽与2mm槽波高相差约5dB，2mm与3mm槽波高相差3dB，3mm与4mm槽波高相差3dB。
6、衰减系数的测定方法
用2.5PΦ20直探头分别探测工件和试块，采用二次底波法来计算工件和试块的衰减系数，每根耳轴都需测量。
四、探伤操作
1、制作一专用探头夹具，一端固定探头，另一端定点在中心孔上，保证探头沿径向和探头与边缘的距离。
2、在试块上对准1mm深切槽沿径向移动探头使切槽反射波最高调波高至50%，并同时调时基线比例。
3、探伤中考虑工件与试块衰减不同的补偿，要同时用直探头检测，直探头的灵敏度用Φ8通孔校准，在Φ8通孔灵敏度上再增加30dB（相当于250mm处Φ2当量平底孔）
五、总结
经过三年来对15只钢包每年一次的检测，每年在超声检测后抽1~2只耳轴，去轴护套打磨光滑后采用磁粉检测均未发现裂纹，可以认为超声检测是可靠的。
存在问题：1、有的耳轴用Φ20直探头无法找到底波，衰减量较大无法进行检测。
2、耳轴中的Φ8通孔对检测有一定的影响，影响区域大小未进一步查明，有待进一步试验。
参考标准：
NB/T47013.3-2015承压设备无损检测第3部分：超声波检测.
论文作者:陆欣
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/7/5
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