游乐设施高强度螺栓小角度纵波探伤

　　近年来,游乐设施无损检测工作不断增加,检测时经常遇到大型游乐设施是用高强度螺栓固定在混凝土基础上,螺栓无法拆卸(一头固定在混凝土基础内),有时紧固螺母也不便拆卸,表面探伤方法无法实施的情况,故选用超声波探伤方法。

　　1　问题的分析

　　游乐设施“超级飞船”的钢结构底座与混凝土基础通过螺栓、螺母固定,可知螺栓的主要受力部位是钢结构上部与弹簧垫、螺母连接的部位和钢结构下部与混凝土基础上部埋藏的螺杆部分,缺陷的主要类型为径向缺陷。混凝土上部埋藏及钢结构内部的螺杆部分,可用轴向曲率为R23 mm的5P 9×9K2探头,沿着轴向方向环绕螺杆检测。

　　钢结构上部与弹簧垫和螺母内的螺纹部分无法用横波检测,因此,设计了三种小角度纵波斜探头,即2.5P,20 mm,βL=13.2°(K≈0.24)、17.6°(K≈0.317)和24.5°(K≈0.5)来检测不同深度的螺纹。螺栓顶孔实测直径为6 mm,中心深度3 mm,影响探伤。因此探伤面选择螺栓顶孔旁边的表面。探头位于螺栓顶孔表面的左侧,选用不同角度的探头,向左右侧螺纹发射超声波,则不同探测深度H选用的探头为当2 1 . 3 mm≤H≤6 4 mm或132.4 mm≤H≤174.8 mm时,βL=13.2°;68 mm≤H≤89 mm时,βL=24.5°;96 mm≤H≤128 mm时,βL=17.6°。

　　由上述可知,深度为64~68 mm,89~96 mm和128~132.4 mm是主声束探测不到的区域,此处的缺陷可由扩散声束发现。实际螺栓顶部到钢结构底座上部,最大深度为146mm,因此被遮挡的螺纹部分都可被声束扫查到。

　　2　距离、探头K值和前沿校准

　　(1)选用具备“手动校准”功能并可直接读数的QKS-958型数字式探伤仪。

　　(2)目前很多型号的数字式探伤仪还无法实现小角度纵波斜探头距离和K值的自动校准,因此本方法使用CSK-ⅢA试块,利用双孔法校正距离、探头K值和前沿试块及测试见图1。由经验公式可得前置声程a为

　　S1,S2———超声波入射点到两孔的声程

　　———试块上两孔的直径

　　为了避免试块上R=10 mm半圆槽对校准的影响,尽量取较深孔测试。τ1,τ2可在仪器上直接读出,而a必须通过距离校准去掉,以找到超声波进入工件的入射点。探头K值和前沿b分别为

　　(3)得出前置声程a后,再用探头扫查h1或h2孔,找到反射回波最高点,再在仪器上直接读出τ1或τ2值,用τ1或τ2减去a值,可得到S1或S2的值。利用探伤仪手动校准功能将h1或h2的反射回波移动到S1或S2,即完成距离校准。将探头K值、探头前沿b输入到探伤仪参数表中,探伤灵敏度为1 mm×6 mm-6 dB。