塔式起重机高强螺栓无损检测

塔身标准节连接用高强螺栓在塔机工作过程中要承受频繁的交变应力以及露天作业的环境侵蚀等各种因素，尤其是每次塔机拆装所施加的较大预紧力，使螺栓在使用中疲劳破坏加速，进而产生周向疲劳裂纹。这些裂纹在循环应力作用下会缓慢向纵深发展，当超过其极限值时，会迅速扩展而断裂。
　　高强螺栓重复使用一般不应超过2次，且拆卸后应无任何损伤变形，否则就应更换。但由于高强螺栓成本高、用量大，塔机拆运次数频繁，使用单位均多次重复使用，因而存在着安全隐患，只有加强对这些在用高强螺栓的检测，才能消除隐患。
　　1、塔机高强螺栓疲劳裂纹事例
　　2005年11月，我们对某重工机械有限公司生产的一台在用JT300-16塔式起重机的高强螺栓进行了无损检测，该塔机标准节采用M60高强螺栓连接，塔身共10节，每节8个螺栓，共用高强螺栓80个。该塔机已经使用3年，检测后发现有2个螺栓在螺纹根部出现疲劳裂纹，裂纹所处位置见图1。裂纹细小、形状较直，深度小于0.3mm，沿齿根周向延伸，长约14mm。虽然裂纹很浅，由于尖端应力极大而具有扩展倾向，是非常危险的缺陷。该高强螺栓材质采用35CrMo，经调质处理后，具有综合机械性能，但抗疲劳能力却有所下降。高强螺栓的热处理是非常重要的，如果热处理工艺不当，在螺栓的显微组织中存在较多的回火马氏体或贝氏体，其抗裂能力就会显著降低。

　　经分析认为，该螺栓可能是原始热处理工艺控制不当，如高温回火温度或回火时间没有严格按工艺要求，使金相组织未达到要求，降低了抗裂能力，长期的交变应力导致疲劳而出现裂纹，如果继续使用则会发展而断裂。
　　2、疲劳裂纹易发部位
　　疲劳裂纹的产生是有一定规律性的，一般高强螺栓的疲劳裂纹易发生在图1所示螺纹与杆体过渡段的一段范围内。裂纹形态为沿齿根圆周向内部稍作倾斜延伸，初始裂纹基本发生在疲劳核心处，深度极浅、长度很短，也有发生在啮合面上的微裂纹。经相当周期的运行以后，疲劳裂纹向内部呈波纹状作深度扩展，啮合面也会扩展聚集，甚至造成齿面脱落。因此，对于高强螺栓检测的重点应放在图1中的“扫查范围”。
　　3、磁粉、着色和超声检测方法
　　对高强螺栓进行无损检测最常用的方法有磁粉检测、着色检测、超声波检测。
　　 (1)磁粉检测。
　　将拆下的高强螺栓用溶剂洗涤干净，特别注意齿根部及过渡段的清洗。将螺栓置于磁力探伤机纵向磁化线圈中，现场检测可用携带式仪器，采用绕电线法，进行纵向磁化。
　　采用连续磁化、湿法，在喷洒磁悬液的同时，边磁化边仔细观察表面磁痕，操作示意图见图2。当线圈通以低电压大电流后，产生纵向磁场，高强螺栓在纵向线圈磁场作用下产生感应磁场，沿螺栓轴向形成闭合磁力线。遇裂纹后形成漏磁，产生磁力线外泄，施加磁粉后，漏磁吸引磁粉形成放大的磁痕显示。

　　磁粉检测对表面裂纹灵敏度很高，裂纹显示直观，操作容易，但因清洗工作量太大，影响检测进度，且表面锈蚀，黑痕不易清洗干净，这些痕迹与磁粉颜色的对比不鲜明，影响对磁痕的观察，容易造成漏检，且齿尖漏磁吸附磁粉往往也会造成误判。
　　(2)着色检测法。该方法虽然直观且易于操作，但对表面清洁工作以及表面粗糙度要求都很高，工艺过程较复杂，操作时应严格按程序完成作业，才能取得满意结果。同时，着色法操作时间长，对环境、操作人员有污染，检测费用也高。当必要时可替代磁力探伤方法。
　　(3）超声波检测法。
　　利用超声波在缺陷上的返回信号，通过回波所在的位置、形态、大小及动态波形来判断裂纹。这种方法方便、快速、成本低，但超声检测用于高强螺栓存在一定难度，因为裂纹的缺陷反射波与螺纹形成的反射波加上底波、迟到波，会影响对缺陷的判断，不像厚钢板和规整的锻件对缺陷的观察那么直观，对波形的判断人为因素很大。通过实际检测过程，采取与正常螺栓比较的方式，对异样波进行分析、判断，再配合磁粉检测方法互补，准确率是很高的。
　　4、高强螺栓超声检测方法
　　4.1直探头斜楔块法
　　将直探头藕合面上贴一块透声斜楔块，如图3所示，声束通过透声斜块改变一定角度，因不超过第二临界角，仍然是纵波。

　　检测时探头位置应使主声束与齿面基本垂直，造成声束倾斜到达螺栓侧面，调整探头位置，使主声束指向螺栓过渡段，并覆盖全部“扫查范围”区段（见图1）。扫查时，将探头保持相对位置沿端面移动一周进行探测。如声束不能全部覆盖危险段，则探头除做周向移动外，还应做径向锯齿移动，以确保危险段的全面扫查。图4a为各齿反射波代号，图4b为齿根完好的波形，波束扫查到7个齿面，d波为中心束所达之齿面返回信号，前面波形依次下降，而a、b、c波又相应较e、f、g号波为高，此波形可借助水平展开仔细观察。
　　图4c为第e齿根的波形返回信号幅值升高，因裂纹较深，使f、g号齿因声阻断而消失。也有因裂纹深度不足以全部阻断声束，则f、g齿信号下降，下降幅度与裂纹深度相关。
　　该方法容易掌握，因改变了声束指