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一种 隧道掘进机 滚刀刀圈刃部的无损检测方法

阅读：631发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法属于无损检测技术领域，目的在于解决现有技术存在的滚刀刀圈无法实现无损检测获取内部缺陷信息的问题以及进一步带来的掘进机掘进过程不稳定、成本高、难以保证工程施工进度的问题。本发明的检测方法分别对滚刀刀圈的刀圈刃部径向、刃部外圆周周向、刀圈内圆弧周向以及刀圈端部与刃部过渡处四个部位进行探伤检测；对刀圈刃部径向的检测范围为滚刀刀圈从外圆周开始至刀宽20mm范围内进行检测，检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；对刃部外圆周周向的检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；对刀圈内圆弧周向的检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；对刀圈端部与刃部过渡处的检测范围为对刀宽在20mm-30mm之间的部位进行检测，检测方式采用磁粉检测。，下面是一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法，其特征在于，所述检测方法为：分别对滚刀刀圈的刀圈刃部(1)径向、刃部外圆周(2)周向、刀圈内圆弧(3)周向以及刀圈端部(5)与刃部过渡处(4)四个部位进行探伤检测；
对刀圈刃部(1)径向的检测范围为滚刀刀圈从外圆周开始至刀宽20mm范围内进行检测，检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；
对刃部外圆周(2)周向的检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；
对刀圈内圆弧(3)周向的检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；
对刀圈端部(5)与刃部过渡处(4)的检测范围为对刀宽在20mm-30mm之间的部位进行检测，检测方式采用磁粉检测。
2.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法，其特征在于，所述的对滚刀刀圈的刃部径向的检测步骤为：
1)采用对比试块CS-2-4#作标准AVG曲线，设置检测时的仪器探测范围，保存当前仪器状态设定到空白数据集内，记录好该存储号；
2)采用超声波探伤仪对滚刀刀圈的刃部径向进行检测；当检测到始波和底波之间出现反射回波，判定该刀圈刃部(1)存在径向缺陷，当缺陷回波达到步骤1)中AVG曲线第一条线时，说明其中有相当于Ф2平底孔大小的缺陷，回波达到步骤1)中AVG曲线第二条线时，说明其中有相当于Ф3平底孔大小的缺陷，当回波达到步骤1)中AVG曲线第三条线时，说明其中有相当于Ф4平底孔大小的缺陷；当始波与底波之间无反射回波出现，则说明该刀圈刃部(1)无径向缺陷。
3.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法，其特征在于，所述的对滚刀刀圈的刃部外圆周(2)周向的检测步骤为：
1)采用对比试块CS-2-7#作标准AVG曲线，设置检测时的仪器探测范围，保存当前仪器状态设定到空白数据集内，记录好该存储号；
2)采用超声波探伤仪对滚刀刀圈的刃部外圆周(2)周向进行检测；当检测到始波和底波之间出现反射回波，认为该刀圈刃部(1)存在周向缺陷，当缺陷回波达到步骤1)中AVG曲线第一条线时，说明其中有相当于Ф2平底孔大小的缺陷，回波达到步骤1)中AVG曲线第二条线时，说明其中有相当于Ф3平底孔大小的缺陷，当回波达到步骤1)中AVG曲线第三条线时，说明其中有相当于Ф4平底孔大小的缺陷；当始波与底波之间无反射回波出现，则说明该刀圈刃部(1)无周向缺陷。
4.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法，其特征在于，所述的对滚刀刀圈的刀圈内圆弧(3)周向的检测步骤为：
1)制作与滚刀刀圈的内圆弧直径相同、外径大于待测刀圈外径的滚刀对比试块(7)，并在滚刀对比试块(7)上人工设置缺陷；
2)采用超声波探伤仪使用步骤1)中的滚刀对比试块(7)制作DAC曲线并设置DAC曲线三线间的dB距离及工件表面补偿；
3)对待检测的滚刀刀圈的内圆弧(3)周向进行探伤检测，检测刀圈的厚度，在0～90mm之间出现的反射回波，均为缺陷波；根据反射回波最高点的位置，判定其在DAC曲线的Ⅰ区、Ⅱ区或Ⅲ区，当反射回波达到或超过判废线时，直接判废；当反射回波在判废线以下时，根据所用标准的要求判定刀圈是否可用。
5.根据权利要求4所述的一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法，其特征在于，所述的对比试块为滚刀刀圈环形锻件毛坯料制成，取弧长为200mm、厚度为80mm的一段圆弧，随滚刀刀圈一起进行热处理，除去热处理黑皮，加工成表面光洁度Ra≤6.3μm的光滑表面；在左侧距离内圆弧面10mm、30mm、50mm及70mm处设置Ф2横通孔(701)，在右侧距离内圆弧面20mm、40mm、60mm和80mm处设置Ф2横通孔(701)。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法，其特征在于，所述的对滚刀刀圈的刀圈端部(5)与刃部过渡处(4)的检测步骤为：
1)使用标准试片检查D型电磁轭(6)的灵敏度，当标准试片显示出磁痕后，证明其灵敏度达到要求，可以进行磁粉探伤；
2)去除被检刀圈表面的油污、毛刺和氧化皮物质，在待检区域施加反差增强剂；
3)将D型电磁轭(6)触角(601)一只与被检刀圈端部(5)面接触，另一只与被检刀圈刃部(1)面接触，45°垂直于检测面，磁化，施加磁悬液，时间为1s～3s；
4)停施磁悬液至少1s后停止磁化；然后将D型电磁轭(6)旋转90°垂直与检测面再次磁化；
5)重复步骤3)-步骤4)至少一次，观察磁粉聚集情况，如果磁粉向D型电磁轭(6)触角(601)两头聚集，表示刀圈检测区域没有缺陷；如果磁粉在检测面的任何一处聚集，表示刀圈检测区域内存在缺陷。

说明书全文

一种隧道掘进机 滚刀刀圈刃部的无损检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法。

背景技术

[0002] 滚刀刀圈是全断面隧道掘进机刀具的关键零件，在隧道掘进机掘进过程中起着举足轻重的作用，因此要求其具有高硬度、高耐磨性、高冲击韧性等综合力学性能，且滚刀刀圈内部不允许有裂纹、夹杂、折叠、结疤、层状断口、非金属夹杂、碳化物偏析、缩管残余、龟裂、晶粒不均等缺陷。因其中任何一种缺陷的存在，滚刀刀圈在极其恶劣工作环境下，都会使滚刀刀圈出现非正常磨损、卷边、崩刃和断裂等失效形式。对盘形滚刀刀圈进行超声波体积探伤的重点关注区域是外刃部，其承担破岩功能的核心区域，高磨损区域，如存在体积性内部缺陷则容易发生滚刀刀圈沿径向自外向内的脆性断裂或崩块等，导致整刀失效。内径基体部分因承受径向载荷和过盈热套装预加应力的高应力区域，如存在体积性内部缺陷则易发生滚刀刀圈沿径向自内向外的脆性断裂，导致整刀失效。因此锻压成形后的刀圈出厂前做无损探伤是至关重要的，经探伤检测合格的刀圈发给客户，以保证其在后续掘进机掘进过程中性能稳定，以降低掘进的成本，保证工程施工进度。滚刀刀圈的检测技术难度比较高，国内目前没有此类试件的检测规程及方法。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提出一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法，解决现有技术存在的滚刀刀圈无法实现无损检测获取内部缺陷信息的问题以及进一步带来的掘进机掘进过程不稳定、成本高、难以保证工程施工进度的问题。

[0004] 为实现上述目的，本发明的一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法为：分别对滚刀刀圈的刀圈刃部径向、刃部外圆周周向、刀圈内圆弧周向以及刀圈端部与刃部过渡处四个部位进行探伤检测；

[0005] 对刀圈刃部径向的检测范围为滚刀刀圈从外圆周开始至刀宽20mm范围内进行检测，检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；

[0006] 对刃部外圆周周向的检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；

[0007] 对刀圈内圆弧周向的检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；

[0008] 对刀圈端部与刃部过渡处的检测范围为对刀宽在20mm-30mm之间的部位进行检测，检测方式采用磁粉检测。

[0009] 所述的对滚刀刀圈的刃部径向的检测步骤为：

[0010] 1)采用对比试块CS-2-4#作标准AVG曲线，设置检测时的仪器探测范围，保存当前仪器状态设定到空白数据集内，记录好该存储号；

[0011] 2)采用超声波探伤仪对滚刀刀圈的刃部径向进行检测；当检测到始波和底波之间出现反射回波，判定该刀圈刃部存在径向缺陷，当缺陷回波达到步骤1)中AVG曲线第一条线时，说明其中有相当于Ф2平底孔大小的缺陷，回波达到步骤1)中AVG曲线第二条线时，说明其中有相当于Ф3平底孔大小的缺陷，当回波达到步骤1)中AVG曲线第三条线时，说明其中有相当于Ф4平底孔大小的缺陷；当始波与底波之间无反射回波出现，则说明该刀圈刃部无径向缺陷。

[0012] 所述的对滚刀刀圈的刃部外圆周周向的检测步骤为：

[0013] 1)采用对比试块CS-2-7#作标准AVG曲线，设置检测时的仪器探测范围，保存当前仪器状态设定到空白数据集内，记录好该存储号；

[0014] 2)采用超声波探伤仪对滚刀刀圈的刃部外圆周周向进行检测；当检测到始波和底波之间出现反射回波，认为该刀圈刃部存在周向缺陷，当缺陷回波达到步骤1)中AVG曲线第一条线时，说明其中有相当于Ф2平底孔大小的缺陷，回波达到步骤1)中AVG曲线第二条线时，说明其中有相当于Ф3平底孔大小的缺陷，当回波达到步骤1)中AVG曲线第三条线时，说明其中有相当于Ф4平底孔大小的缺陷；当始波与底波之间无反射回波出现，则说明该刀圈刃部无周向缺陷。

[0015] 所述的对滚刀刀圈的刀圈内圆弧周向的检测步骤为：

[0016] 1)制作与滚刀刀圈的内圆弧直径相同、外径大于待测刀圈外径的滚刀对比试块，并在滚刀对比试块上人工设置缺陷；

[0017] 2)采用超声波探伤仪使用步骤1)中的滚刀对比试块制作DAC曲线并设置DAC曲线三线间的dB距离及工件表面补偿；

[0018] 3)对待检测的滚刀刀圈的内圆弧周向进行探伤检测，检测刀圈的厚度，在0～90mm之间出现的反射回波，均为缺陷波；根据反射回波最高点的位置，判定其在DAC曲线的Ⅰ区、Ⅱ区或Ⅲ区，当反射回波达到或超过判废线时，直接判废；当反射回波在判废线以下时，根据所用标准的要求判定刀圈是否可用。

[0019] 所述的对比试块为滚刀刀圈环形锻件毛坯料制成，取弧长为200mm、厚度为80mm的一段圆弧，随滚刀刀圈一起进行热处理，除去热处理黑皮，加工成表面光洁度Ra≤6.3μm的光滑表面；在左侧距离内圆弧面10mm、30mm、50mm及70mm处设置Ф2横通孔，在右侧距离内圆弧面20mm、40mm、60mm和80mm处设置Ф2横通孔。

[0020] 所述的对滚刀刀圈的刀圈端部与刃部过渡处的检测步骤为：

[0021] 1)使用标准试片检查D型电磁轭的灵敏度，当标准试片显示出磁痕后，证明其灵敏度达到要求，可以进行磁粉探伤；

[0022] 2)去除被检刀圈表面的油污、毛刺和氧化皮物质，在待检区域施加反差增强剂；

[0023] 3)将D型电磁轭触角一只与被检刀圈端部面接触，另一只与被检刀圈刃部面接触，45°垂直于检测面，磁化，施加磁悬液，时间为1s～3s；

[0024] 4)停施磁悬液至少1s后停止磁化；然后将D型电磁轭旋转90°垂直于检测面再次磁化；

[0025] 5)重复步骤3)-步骤4)至少一次，观察磁粉聚集情况，如果磁粉向D型电磁轭触角两头聚集，表示刀圈检测区域没有缺陷；如果磁粉在检测面的任何一处聚集，表示刀圈检测区域内存在缺陷。

[0026] 本发明的有益效果为：本发明为一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法，采用超声波和磁粉探伤两项技术并用，超声波探伤仅适用于规则形状的物体，本发明在刀圈刃部周向和径向20mm内的区域探伤时，采用超声波探伤技术，过渡圆弧部分因不是主要工作面，这一区域结构形状比较特殊，晶粒细小，厚度变化大，但其最大深度不超过6mm，因此采用磁粉探伤技术进行探伤，能够检测出刀圈表面和近表面的微小裂纹等缺陷，通过两项技术结合并用，解决了本领域不规则形状刀圈的刃部无损探伤技术难题，为客户提供了性能稳定质量可靠的产品，同时填补了该项技术的空白。本方法操作简单，成本低廉，达到了理想的检测效果。附图说明

[0027] 图1为待检测的滚刀刀圈结构俯视图；

[0028] 图2为待检测的滚刀刀圈结构主视剖视图；

[0029] 图3本发明的一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法中的对比试块结构示意图；

[0030] 图4为本发明的一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法对刀圈刃部探测示意图；

[0031] 图5为本发明的一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法中磁粉探伤示意图[0032] 其中：1、刀圈刃部，2、刃部外圆周，3、刀圈内圆弧，4、过渡处，5、刀圈端部，6、D型电磁轭，601、触角；7、滚刀对比试块，701、横通孔。

具体实施方式

[0033] 下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

[0034] 滚刀刀圈由于其结构形状比较特殊，国内目前没有此类试件的检测规程，技术难度比较高，经国内同行分析研究认为，仅用超声波探伤不足以解决这一技术难题，须采用超声波和磁粉探伤两项技术并用，本发明在刃部探伤时采用超声波探伤技术，过渡圆弧部分因不是主要工作面，采用磁粉探伤技术方可解决这一技术难题。

[0035] 参见附图1和附图2，本发明的一种隧道掘进机滚刀刀圈刃部1的无损检测方法为：分别对滚刀刀圈的刀圈刃部1径向、刃部外圆周2周向、刀圈内圆弧3周向以及刀圈端部5与刃部过渡处4四个部位进行探伤检测；

[0036] 对刀圈刃部1径向的检测范围为滚刀刀圈从外圆周开始至刀宽20mm范围内进行检测，检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；

[0037] 对刃部外圆周2周向的检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；

[0038] 对刀圈内圆弧3周向的检测方式采用超声波探伤仪无损探伤；

[0039] 对刀圈端部5与刃部过渡处4的检测范围为对刀宽在20mm-30mm之间的部位进行检测，检测方式采用磁粉检测。

[0040] 所述的对滚刀刀圈的刃部径向的检测步骤为：

[0041] 1)采用对比试块CS-2-4#作标准AVG曲线，设置检测时的仪器探测范围，保存当前仪器状态设定到空白数据集内，记录好该存储号；

[0042] 2)采用超声波探伤仪对滚刀刀圈的刃部径向进行检测，从仪器中调出设定好的探伤工艺；当检测到始波和底波之间出现反射回波，判定该刀圈刃部1存在径向缺陷，当缺陷回波达到步骤1)中AVG曲线第一条线时，说明其中有相当于Ф2平底孔大小的缺陷，回波达到步骤1)中AVG曲线第二条线时，说明其中有相当于Ф3平底孔大小的缺陷，当回波达到步骤1)中AVG曲线第三条线时，说明其中有相当于Ф4平底孔大小的缺陷；当始波与底波之间无反射回波出现，则说明该刀圈刃部1无径向缺陷。

[0043] 所述的对滚刀刀圈的刃部外圆周2周向的检测步骤为：

[0044] 1)采用对比试块CS-2-7#作标准AVG曲线，设置检测时的仪器探测范围，保存当前仪器状态设定到空白数据集内，记录好该存储号；

[0045] 2)采用超声波探伤仪对滚刀刀圈的刃部外圆周2周向进行检测，从仪器中调出设定好的探伤工艺；当检测到始波和底波之间出现反射回波，认为该刀圈刃部1存在周向缺陷，当缺陷回波达到步骤1)中AVG曲线第一条线时，说明其中有相当于Ф2平底孔大小的缺陷，回波达到步骤1)中AVG曲线第二条线时，说明其中有相当于Ф3平底孔大小的缺陷，当回波达到步骤1)中AVG曲线第三条线时，说明其中有相当于Ф4平底孔大小的缺陷；当始波与底波之间无反射回波出现，则说明该刀圈刃部1无周向缺陷。

[0046] 所述的对滚刀刀圈的刀圈内圆弧3周向的检测步骤为：

[0047] 1)参见附图3，制作与滚刀刀圈的内圆弧直径相同、外径大于待测刀圈外径的滚刀对比试块7，并在滚刀对比试块7上人工设置缺陷；

[0048] 2)采用超声波探伤仪使用步骤1)中的滚刀对比试块7制作DAC曲线并设置DAC曲线三线间的dB距离及工件表面补偿；

[0049] 3)对待检测的滚刀刀圈的内圆弧3周向进行探伤检测，检测刀圈的厚度(一般为90mm)，在0～90mm之间出现的反射回波，均为缺陷波；根据反射回波最高点的位置，判定其在DAC曲线的Ⅰ区、Ⅱ区或Ⅲ区，当反射回波达到或超过判废线时，直接判废；当反射回波在判废线以下时，根据所用标准的要求判定刀圈是否可用。

[0050] 所述的对比试块为滚刀刀圈环形锻件毛坯料制成，取弧长为200mm、厚度为80mm的一段圆弧，随滚刀刀圈一起进行热处理，除去热处理黑皮，加工成表面光洁度Ra≤6.3μm的光滑表面；在左侧距离内圆弧面10mm、30mm、50mm及70mm处设置Ф2横通孔701，在右侧距离内圆弧面20mm、40mm、60mm和80mm处设置Ф2横通孔701。

[0051] 参见附图4，本技术对TBM刀圈对刃宽20mm～30mm之间的部分位置采用磁粉检测，磁粉探伤可达表面及近表面6mm处，本实施例中A和B之间的距离为(31-29)/2＝1mm，完全符合磁粉探伤检测条件。所述的对滚刀刀圈的刀圈端部5与刃部过渡处4的检测步骤为：

[0052] 1)采用磁粉检测，检测方法采用连续法，磁化方法采用磁轭法，在操作中先使用标准试片检查D型电磁轭6的灵敏度，当标准试片显示出磁痕后，证明其灵敏度达到要求，可以进行磁粉探伤；

[0053] 2)去除被检刀圈表面的油污、毛刺和氧化皮物质，在待检区域施加反差增强剂；

[0054] 3)将D型电磁轭6触角601一只与被检刀圈端部5面接触，另一只与被检刀圈刃部1面接触，参见附图5，45°垂直于检测面，磁化，施加磁悬液，时间为1s～3s；

[0055] 4)停施磁悬液至少1s后停止磁化；然后将D型电磁轭6旋转90°垂直于检测面再次磁化；

[0056] 5)为防止漏检，保证磁化效果，重复步骤3)-步骤4)至少一次，直至刀圈上表面待检区域覆盖完全；观察磁粉聚集情况，如果磁粉向D型电磁轭6触角601两头聚集，表示刀圈检测区域没有缺陷；如果磁粉在检测面的任何一处聚集，表示刀圈检测区域内存在缺陷。

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