邊建朝 ，譚廷帥

(1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司，遼寧省撫順市，113122；2.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧省撫順市，113122)

0 引言

煤炭行業(yè)機電設備應用廣泛，其關鍵部件(如提升機主軸、天輪軸、制動盤焊縫、提升容器用銷軸、提升鋼絲繩、連接件等)的損傷情況和承載能力時刻關系著設備和人員的安全[1]。近年來，雖然機電設備在制作工藝等方面有了很大的提高，但是安全事故仍時有發(fā)生，因此機電設備關鍵部件的檢測檢驗是保證安全生產(chǎn)的重要手段。

無損檢測(NDT)是指在不損害或不影響被檢測對象的使用性能、不破壞被檢測對象內(nèi)部組織的前提下，利用材料內(nèi)部或外部結構異?；蛉毕菀鸬臒?、聲、光、磁等反應的變化，借助現(xiàn)代化的技術和裝備進行檢查和測試的方法。有學者認為，無損檢測是工業(yè)產(chǎn)品質量控制的重要技術手段，是無可替代，甚至還可能是有效替代其他檢測技術的一種質量控制手段[2]。無損檢測技術在各個行業(yè)占有重要的地位，重要性已經(jīng)得到公認，主要方法包括括射線檢測(RT)、超聲檢測(UT)、磁粉檢測(MT)、滲透檢測(PT)4大方法，其他的無損檢測方法還有渦流檢測(ECT)、聲發(fā)射檢測(AE)、熱像/紅外檢測(TIR)、泄漏檢測(LT)、漏磁檢驗(MFL)、遠場測試檢測(RFT)、超聲波衍射時差檢測(TOFD)等[3]。

根據(jù)國內(nèi)具體情況，我國煤炭行業(yè)相關單位跟蹤國際、國外相關標準，制定了本行業(yè)的無損檢測標準，體系正在逐步完善，基本上涵蓋了UT、RT、MT、PT、FML等國際上通用的無損檢測方法[4]。目前，我國無損檢測技術的發(fā)展趨勢是通過采用國際、國外先進標準來推動試驗儀器及關鍵部件的產(chǎn)品升級，通過制修訂標準不斷完善解決相關無損檢測標準的缺失、落后等問題，跟蹤無損檢測技術的最新發(fā)展并制定相應標準、研究無損檢測標準體系和標準制修訂方向是我國煤炭行業(yè)無損檢測標準化工作的目標和發(fā)展方向。

1 我國煤炭行業(yè)無損檢測標準體系現(xiàn)狀

我國煤炭行業(yè)應用的無損檢測標準類別主要是國家標準和行業(yè)標準，發(fā)布實施的具體情況見表1。

表1 我國煤炭行業(yè)無損檢測標準(已發(fā)布實施)

經(jīng)統(tǒng)計，我國煤炭行業(yè)使用的無損檢測標準共 21個，其中國家標準11個，行業(yè)標準10個。鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法(修訂)、礦用提升容器重要承載無損探傷方法與驗收規(guī)范(制定)正在開展制修訂工作且已列入計劃。

按照檢測方法劃分，煤炭行業(yè)無損檢測標準體系包括通用基礎標準和各種普遍應用的無損檢測方法標準，其框架如圖1所示。

圖1 煤炭行業(yè)無損檢測標準體系框架

2 國外標準現(xiàn)狀及我國標準采標的情況

無損檢測行業(yè)相關的主要國際組織有美國機械工程師協(xié)會(ASME)、美國無損檢測學會(ASNT)、歐洲標準化委員會(CEN)、國際標準化組織(ISO)、國際無損檢測委員會(ICNDT)等，國際上主要無損檢測標準體系有ASME體系、ISO體系、EN體系等，無損檢測從業(yè)人員國際認證體系有ASME、EN473：2000、ISO9712等。ASME體系針對鍋爐壓力容器，分為強制性要求部分和參考性資料部分，已將成熟的NDT新技術和工藝列入強制性目錄。EN標準對各種NDT方法要求描述具體細節(jié)周密詳盡。日本JIS標準吸收了歐美標準體系的長處，又加入了本國實驗和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，有一定的創(chuàng)新。EN4179:2000為航空航天系列無損檢測人員的資格鑒定與認證，因此重要的行業(yè)需制定行業(yè)從業(yè)人員資格要求。

目前國內(nèi)煤炭大型設備與特種設備的管理有相似之處。工業(yè)發(fā)達國家均頒布了特種設備相關的法律或法規(guī)；我國也頒布了一系列安全技術規(guī)程和技術要求，對特種設備的設計、制造、檢驗等環(huán)節(jié)進行嚴格控制，無損檢測在特種設備的制造和使用中扮演著及其重要的角色。

煤炭行業(yè)無損檢測標準的應用具有一個顯著的特點，即無損檢測的基礎標準和方法標準被產(chǎn)品標準、安全標準直接引用，成為產(chǎn)品標準和安全標準不可或缺的一部分。煤炭行業(yè)中產(chǎn)品標準、安全標準中引用無損檢測標準情況見表2。

結合表1和表2的數(shù)據(jù)匯總分析，得到各類方法的標準數(shù)量情況如圖2所示。UT和MT是應用最廣泛的2種方法，UT解決部件內(nèi)部缺陷的問題，而MT、PT解決部件表面和近表面的缺陷問題，兩者相互配合就能夠完成大部分關鍵部件的檢測工作。MFL是在鋼絲繩的無損檢測過程中使用。無損檢測標準中國家標準的數(shù)量達到17個，而行業(yè)標準數(shù)量為22個，這也從側面說明無損檢測標準體系的特點，國家標準在標準體系中占據(jù)極其重要的地位，行業(yè)標準針對各行業(yè)特點對標準體系進行補充[5-6]。

圖2 無損檢測方法標準數(shù)量統(tǒng)計

表2 煤炭行業(yè)產(chǎn)品和安全標準中所引用的無損檢測方法

3 煤炭行業(yè)標準與國外和國內(nèi)其他行業(yè)先進標準對比分析

通過對國內(nèi)國外煤炭行業(yè)標準以及其他行業(yè)先進標準的對比分析，發(fā)現(xiàn)國外先進的無損檢測標準種類較多，除了常用的4大方法外，基本上涵蓋了當今先進的無損檢測技術，包括紅外、全息照相等，我國標準中只有用途較廣的傳統(tǒng)方法用于日常的檢測。我國無損檢測技術與國外還有一定的差距，先進的無損檢測技術標準缺失的情況需要進一步研究，進而制定煤炭行業(yè)的相關標準。同時，在對比分析中發(fā)現(xiàn)，自動化檢測標準標志著自動化程度高、檢測效率高、準確率要求高，而目前我國煤炭行業(yè)還沒有相關標準。

針對煤炭行業(yè)的特殊性，目前煤炭行業(yè)無損檢測標準體系中面臨的主要問題為鋼絲繩無損檢測標準嚴重缺失、重要機電設備的在役關鍵部件的檢測方法和規(guī)范類標準缺失。

3.1 鋼絲繩無損檢測標準嚴重缺失

鋼絲繩是礦井提升設備的一個重要部件,它直接關系到礦井的正常生產(chǎn)和相關人員的生命安全。鋼絲繩在使用過程中由于磨損、銹蝕等原因而出現(xiàn)斷絲,嚴重時將發(fā)生事故,造成慘重損失[7]。鋼絲繩的結構和生產(chǎn)工藝具有特殊性，不同于傳統(tǒng)的機械加工。鋼絲繩的無損檢測成為煤炭行業(yè)專業(yè)人士關注的焦點，相關標準的制修訂工作頗具難度?，F(xiàn)行的鋼絲繩無損檢測標準可用性不強，相關人員、方法、規(guī)范等方面的內(nèi)容嚴重缺失。

在鋼絲繩無損檢測發(fā)展過程中，借鑒了許多其他領域的檢測技術，電磁檢測法是目前公認的最為可靠的鋼絲繩檢測方法。除了電磁檢測法外，各國科研人員也在積極探索其他的無損檢測方法，如電渦流法、聲發(fā)射法、激光掃描法、超聲波法和振動波法等[8-11]。目前礦井鋼絲繩無損檢測技術從渠道方面可分為國內(nèi)自主研發(fā)和國外技術引入，差距主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)LMA檢測分辨率較低。進口檢測儀LMA檢測分辨率可以達到0.5%，而國產(chǎn)檢測儀目前還很難達到這個指標。常見型號的鋼絲繩外層鋼絲的截面積占鋼絲繩總截面積的比例通常不超過1%，要能檢測到單根斷絲，檢測儀的LMA分辨率必須達到0.5%。

(2)重復性較差。國產(chǎn)檢測儀器由于元器件質量、傳感器質量、電路和儀器結構抗干擾設計的問題，儀器的重復性差，對同一根鋼絲繩的多次檢測結果相關性差，無法評估鋼絲繩的損傷規(guī)律和發(fā)展趨勢。

(3)基礎研究裝備相對落后。以德國斯圖加特大學(Universit?t Stuttgart)的鋼絲繩無損檢測裝置為例，其鋼絲繩最大張緊力為6 000 kN，能模擬鋼絲繩在工況環(huán)境下的實際情況，進而對報廢標準中的極限使用次數(shù)進行實驗研究，而國內(nèi)相關的基礎研究裝備還需完善。

3.2 重要機電設備在役關鍵部件的檢測方法和規(guī)范類標準缺失

在役設備的重要部件無損檢測不同于設備出廠前的檢測，許多重要部件只是局部探傷，還不能得到全面的檢測，而投入使用后設備的工作任務較重，不能隨便拆卸，因此應根據(jù)實際情況，選擇合理的檢測方法，并制定相應的檢驗規(guī)范[12],這也是目前煤炭行業(yè)急需解決的問題。國內(nèi)其他行業(yè)的在役設備關鍵部件無損檢測標準情況見表3。由表3可以看出，鐵路工業(yè)、核工業(yè)、特種設備(包括索道)行業(yè)基本上已經(jīng)建立或逐步在建立相應的行業(yè)標準來解決此問題。

表3 國內(nèi)其他行業(yè)在役設備關鍵部件無損檢測標準情況

4 煤炭行業(yè)無損檢測技術標準體系建設建議

煤炭行業(yè)應充分發(fā)揮國內(nèi)相關無損檢測專家的作用，加強相關技術委員會的協(xié)調，積極研究國內(nèi)外先進的標準和技術，及時更新制定缺失標準，填補國內(nèi)空白，引領本行業(yè)技術發(fā)展和創(chuàng)新。

根據(jù)現(xiàn)有的標準體系及正在開展的標準制修訂情況分析，目前需在以下方面制定適用于煤炭行業(yè)的專用設備無損檢測標準。

4.1 檢測人員準入類標準

設備無損檢測行業(yè)具有一定特殊性，在實驗室認可領域有專門的類別進行管理。按照其他行業(yè)慣例，從事煤炭行業(yè)無損檢測人員也需要取得相應資質，同時對煤炭設備特殊檢測要求進行規(guī)定，應建立起規(guī)范且具有可操作性的人員考核準入標準。

4.2 檢測方法類標準

檢測設備是包含儀器、標準試塊和檢測試劑等組成的檢測系統(tǒng)，一般通用型超聲、滲透、磁粉檢測設備比較成熟。但針對煤炭行業(yè)的鋼絲繩、鋼絲繩輸送帶檢測設備的標準規(guī)范相對欠缺，主要檢測參數(shù)含義、測定方法、標準試樣或試塊等均需要進一步規(guī)范，建立起統(tǒng)一的溯源計量標準。

4.3 檢測方法類標準

檢測對象不同，依據(jù)的檢測原理會隨之發(fā)生變化，檢測方法的具體操作細節(jié)也會不同。針對煤炭行業(yè)鋼絲繩、提升容器重要承載件、鋼絲繩輸送帶、大型機電設備主軸、通風機葉片、各種連接部件(圓環(huán)鏈、接鏈環(huán))等相關產(chǎn)品，需根據(jù)檢測對象結構、檢測原理、安裝使用環(huán)境等制定適宜的檢測方法標準，指導具有相應資質的無損檢測人員準確、規(guī)范地使用檢測設備進行操作，這也是能夠識別并發(fā)現(xiàn)檢測對象中特定缺陷的前提條件。

4.4 驗收評定類標準

依照國際標準發(fā)展趨勢，一般將檢測技術和評定等級方法分開，各自形成獨立的標準，有利于各自標準的獨立更新。因此，煤炭行業(yè)無損檢測領域同樣需要制定相應的驗收條件、評定等級標準。

5 結語

煤炭行業(yè)無損檢測標準化在保障人員、設備安全等方面的作用是多層次、全方位的，不是建立和規(guī)范行業(yè)裝備檢測檢驗不可缺少的重要元素。通過對煤炭行業(yè)無損檢測標準體系的研究分析發(fā)現(xiàn)，我們還需進一步研究先進的無損檢測技術，積極組織相關單位開展標準制修訂工作，建立具有一定引導性、前瞻性、包容性的相關無損檢測標準體系，并不斷地去提升標準化水平，以期能在一個側面有效解決煤炭行業(yè)發(fā)展中的質量問題、安全問題、可持續(xù)發(fā)展問題等。