游乐设施无损检测标准若干问题探讨

主题公园聚焦2018-12-08 06:43:03

摘要:游乐设施作为特种设备之一,其种类繁多,结构各异,重要零部件及重要焊缝的质量直接影响到游客的生命和财产安全,无论是企业的自检还是检验机构的检验,无损检测是必不可少的手段,其执行标准是我们检验的依据。笔者通过这几年的实践,分析了游乐设施无损检测执行标准中的若干问题。


引言


游乐设施种类繁多,结构各异,运动形式多样化,其主要由钢结构、金属零部件、行走线路、动力装置、机械传动、乘人设施、电器和安全防护装置等几大部分组成,钢结构常用的钢材主要是普通碳素钢,金属零部件一般以轧制件、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。其中轴类使用的常用材料为45钢和40Cr等,游乐设施钢结构和金属零部件连接通常采用焊接和螺栓连接,连接一旦失效,后果不可想象,所以焊缝和零部件的质量至关重要。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。


重要部件及重要焊缝的质量直接影响到游客的生命和财产安全,无论是企业的自检还是检验机构的检验,无损检测都是必不可少的手段。目前游乐设施重要零部件和重要焊缝的无损检测暂无专用标准,一般根据选用的不同检测方法参考相应的方法标准,常规无损检测方法可参照采用JB/ T 4730 —2005《承压设备无损检测》、GB /T 4162-1991《锻压钢棒超声波探伤方法》及GB/T 6402《钢锻件超声波检验方法》,其它无损检测方法可采用各自的方法标准。


1 无损检测技术要求


目前对游乐设施在制造、安装和使用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GB8408-2008《游乐设施安全规范》和GB/T18158-18166等游艺机通用技术条件的标准中也给出了无损检测的具体要求,要求如下:


(1)游乐设施安全技术监察规程(试行)


第六条(二)机械零部件所用金属材料需考虑其力学性能、热处理性能、冲击韧性等方面的要求。对需焊接成型的重要受力部件,焊前应作焊接工艺评定,焊后消除残余应力,重要受力焊缝应进行无损检测。

第七条 (六)重要轴(销轴)类零部件出厂时必须进行100%无损检测。

(七)滑行车类的重要轴、销轴应每年进行1次无损检测,其他重要轴类(不易拆卸的除外)零部件每3年拆检1次,进行无损检测。

第九条(二)重要受力焊缝、不同材质的焊缝,必须由具有相应资质的技术工人完成,必须进行无损检测,必须符合国家标准的要求。

(2)GB8408-2008《游乐设施安全规范》

8.4.3 重要的轴和销轴宜进行调质处理,硬度应符合 GB/T699 和 GB/T3077 的规定。调质后的零件,应进行探伤检验。

8.13.5涉及到人身安全的重要的轴、销轴,应进行100%的超声波与磁粉或渗透探伤。涉及到人身安全的重要焊缝,应进行100%的磁粉或渗透探伤。超声波探伤方法和质量评定按GB/T4162有关规定执行,检验质量等级不低于A 级。厚度大于250 mm的零件超声波检验方法和质量评定按GB/T 6402有关规定执行,检验质量等级不低于2 级。磁粉探伤方法与质量评定按JB/T4730有关规定执行,检验质量等级不低于Ⅲ级。渗透探伤方法与质量评定按 JB/T4730 有关规定执行,检验质量等级不低于Ⅲ级。有必要进行焊缝射线探伤的,其探伤方法与质量评定按JB/T4730有关规定执行,检验质量等级不低于Ⅱ级。


2 问题的提出


由上可知,游乐设施常用的无损检测方法有以下几种,内部无损检测有射线检测、超声波检测,表面有磁粉检测和渗透检测,原理不作具体描述,笔者通过实践结合相关标准对这四种方法分别提出一些想法和建议。


(1)超声波检测

①目前游乐设施采用的超声波检测标准GB/T4162-91《锻轧钢棒超声波检验方法》和GB/T6402《钢锻件超声波检验方法》,主要侧重轴类零部件原材料的检测,6402检验条件中规定锻件检验一般应在锻件热处理之后和钻孔开槽等加工之前进行。在用设备的重要销轴检测没有很好的专项标准。

②上述标准中要求做试块,要求同等的表面条件同曲率,这个由于游乐设施制造单位较多,其种类也繁多,结构各异,轴类零部件大都为非标生产,我们检测时需要根据不同的设备做大量的试块,法定检验中不大容易实现,同时定期检验试块无法携带。

③游乐设施的轴类零件受力复杂,而且好多轴都是单一失效点,又不易拆卸,在线超声波检测难度较大,是否可研究并制定专门的超声波检测标准或其他替代检测标准。

④300px以下小直径轴的超声波检测:在对棒材的超声波探伤中,存在着探头与棒材的耦合问题,特别是小直径棒材,其圆周曲面的曲率较大,声束发散严重,会产生波形转换,形成表面变型波,使得缺陷信号受到干扰,因而对缺陷进行定位、定量、定性较为困难,甚至无法检测。针对小直径棒材的特点,有人采用爬波法检测,试验结果表明,爬波对径向缺陷敏感,而对轴向缺陷检测效果差,为此,我们可采用瓦形晶片制作的双晶探头水浸法,但是根据每台套的游乐设施的不同的小直径轴现场无损检测时,对比试块不容易实现,而且水浸法要有专门的机械控制装置,在现场检验中没法实现。

⑤对重要销轴中的缺陷进行精确的定性、定量难度较大,仍须作深入研究。对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难。缺陷的位置、取向和形状对超声波检测结果有一定影响。

⑥检验时,我们也常遇到加工后的轴表面有台阶,内部有加油孔,这些也会影响超声波检验结果。

⑦《游乐设施安全规范》引用文件中超声波检测标准GB/T4162-91《锻轧钢棒超声波检验方法》,本标准适用于检验直径20-250mm的锻轧钢棒,20mm以下的重要销轴超声波检测就没有检测标准。现在此标准已修订,放宽了要求,12mm以上均可,我们实际工作中最好执行新的标准,所以引用标准的年代号不宜限定。

⑧游乐设施检验规程和其他标准中没有提到涉及人身安全的重要受力焊缝(除滑行类的轨道对接焊缝)内部质量进行内部无损检测,焊缝有内部缺陷按现行要求将不能进行有效的控制。所以是否应在游乐设施相关标准和检验规程中增加焊缝超声波检测要求(必要时增加射线检测要求或其他新技术)。实际工作工程中,好多游乐设施制造单位为了加强重要焊缝的质量控制,进行了超声波无损检测,依据JB/T4730,但是遇到一些问题,比如因结构的原因对接焊缝、角焊缝只能在单面单侧进行检测,这种情况的检测如何判定焊缝内部质量是否合格。

⑨GB/T18159-2008《滑行类游艺机通用技术条件》10.11.2中规定“当滑行车类游艺机的车速不小于50km/h时,轨道对接焊缝应进行100%超声波与100%的磁粉探伤,必要时进行射线探伤。”,而GB8408-2008《游乐设施安全规范》中8.13.5中没有规定焊缝超声波无损检测的执行标准和判定依据。

⑩GB/T4162-91《锻轧钢棒超声波检验方法》不包括奥氏体粗晶钢棒的检测。


(2)磁粉、渗透检测

由于标准中明确规定了重要焊缝和重要轴、销轴都要进行100%的磁粉或渗透检测,也就是说选择其中一种即可,但实际操作过程中会遇到以下问题:


①目前焊缝的磁粉检测,需要打磨焊缝,但大多数不好打磨,有的打磨完了,磁轭无法放置或由于接触不好影响检测灵敏度。

②游乐设施涂层做得很好,打磨后影响美观,且重做涂层后达不到防锈的效果,所以需要带涂层检测,但带涂层检测需要做大量的试验,积累数据,制定相应的标准。

③建议通过试验验证,新增加涡流检测方法,这样可以带涂层检测。

④磁粉检测中缺陷深度无法显示。

⑤在游乐设施无损检测相关标准中应明确铁磁性材料应优先选用MT(除非在MT不适用情况),因为渗透检测只能检测表面开口性缺陷。


(3)射线检测

技术规范和标准中要求不多,只有滑行类游乐设施通用技术条件中提出了“当滑行车类游艺机的车速不小于50km/h时,轨道对接焊缝应进行100%超声波与100%的磁粉探伤,必要时进行射线探伤。”,射线检测现场操作危险性大,轨道高度较高,且为架空的,实现很复杂。

3 建议

(1)制定游乐设施无损检测专项标准。

(2)游乐设施各制造单位查清本单位产品存在重要受力对接焊缝、全焊透角焊缝情况,按照不同产品列出重要受力焊缝、全焊透角焊缝实际分布情况,以及这些焊缝布置是否经过设计分析,在相应设计文件是否得到体现,所采用的检测方法是否能够检测出来是否全焊透。

如果不能满足要求,应修改设计,进行焊接结构优化,杜绝制造或使用过程中不可检测的单一失效焊缝。

对于要求全焊透的重要对接焊缝与角接焊缝,应通过强化技术要求和制定有效的制造工艺,强化制造过程中检验和无损检测(推荐100%超声加20%射线,或100%射线。对于制造过程中无法进行无损检测的部位,通过人工检验留有检验部位照片证实,确保制造质量)。

(3)角焊缝和对接焊缝的无损检测目前只要求表面检测,其实承受动载荷的角焊缝或对接焊缝应强化内部无损检测,所以游乐设施相关技术规范中应增加此方面的要求。

(4)重要焊缝无损检测,焊缝表面不打磨涂层的情况下,建议使用涡流检测技术,并制定相应标准。在有防腐层的情况下,可采用特殊的笔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。

(5)对在用设备轮轴进行无损检测时,加强对轮轴受力情况的研究,轮轴在使用中主要缺陷产生在轮轴周向,且周向缺陷对轮轴的影响较大,实际检测过程中是否可以只在轮轴两端用直探头进行扫查周向裂纹,这样不需要拆卸。

(6)在用游乐设施的重要销轴有的不易拆卸,有的拆装后要重新磨合,很容易损伤销轴,建议多采用新的无损检测方法进行在线检测和监测,比如相控阵等。游乐设施标准中应做相应完善。

(7)游乐设施相关标准中,建议增加金属磁记忆检测方法,它是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。一般在磁粉检测前进行。


4结论

游乐设施是危险性较大的特种设备,安装在公共场合,社会影响较大,无损检测技术在确保游乐设施的质量和安全使用中扮演着重要的角色。故要充分研究无损检测技术,在应用常规无损检测技术的基础上,开拓创新,把新技术应用到游乐设施检测过程中,同时要进一步完善游乐设施无损检测专项标准,指导无损检测工作,加强对重要受力焊缝和重要销轴的质量控制,确保游乐设施安全运营。


参考文献

[1] 李向东.大型游乐设施安全技术[M].北京:中国计划出版社,2010, 453页

[2] 国务院《特种设备安全监察条例》

[3] 国家质检总局《游乐设施安全规范》(GB8408-2008)

[4] 国家质检总局《游乐设施安全技术监察规程(试行)》

[5] 国家质检总局《游乐设施监督检验规程(试行)》

作者

张新东,1977年10月出生,男,汉族,现就职江苏省特种设备安全监督检验研究院游乐中心主任,高工。



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