保險螺母原材料為45#鋼，六方冷拉擠壓鋼棒，表面鍍鋅、進行過調質處理，經過諸如車、銑等機械切削冷加工。
基本介紹
- 中文名：保險螺母
- 外文名：checknut
- 所屬領域：船舶術語
保險螺母的超音波表面波原位探傷,探傷方法的選擇,探傷原理,探傷工藝,探傷缺陷判定,結論,
保險螺母的超音波表面波原位探傷
某產品為機、電、液信號轉換裝置，見圖1。其信號通過信號輸入端6輸入，經過該轉換裝置轉換為另一機、電、液信號，從信號輸出端7輸出。保險螺母（M30）與整套產品的相對位置由定位鎖片4、5鎖定。
圖1某批產品內部零部件組裝結束，保證裝配尺寸的機械加工完成。在裝配保險螺母2、3時，發現保險螺母表面存有裂紋，見圖2。此時保險螺母已處在拉伸應力（載入狀態）作用下。
圖2此時，保險螺母與整套產品的相對位置已由定位鎖片4、5鎖定，不允許將保險螺母從整套產品上分解下來；否則，整套產品將報廢。因此，只能在不拆卸、不改變保險螺母原來安裝位置的前提下，對其進行原位無損探傷。
探傷方法的選擇
裂紋性質
保險螺母表面裂紋的典型金相圖片示意圖見圖3。裂紋深約0.40mm，目視外觀檢查不可見，但超音波表面波檢查時非常明顯。
將裂紋斷口打開，經過金相低倍觀察，發現斷面上有鏽蝕和鍍鋅層，裂紋表面被鋅鍍層覆蓋。說明保險螺母的裂紋為原材料裂紋，表面處理鍍鋅前裂紋就存在。缺陷金相示意圖見圖3。
圖3方法選擇
在工業上，常用的原位探傷方法有目視檢測、射線檢測、磁粉檢測、滲透檢測、超聲檢測等。
目視檢查不能發現該保險螺母原材料裂紋。
磁粉檢測由於不允許改變保險螺母的原來安裝位置，更不允許將保險螺母拆卸下來，所以也無法進行。
又由於裂紋深度約0.1mm，射線檢測的檢測靈敏度無法達到，所以也不行。
另外由於裂紋表面有鋅鍍層覆蓋，不符合滲透檢測關於缺陷表面開口的基本要求，所以滲透檢測也不可進行。
經過多種無損探傷方法反覆試驗發現，只有用超聲表面波探傷法，才能對不分解狀態下的保險螺母進行探傷檢查。
探傷原理
表面波在平面、曲面上的傳播
表面波在平面上傳播時，其速度
可由下式表示：
式中：
對於鋼，因為,=0.29；所以,≈0.9。表面波在曲面上傳播時，其速度隨曲面形狀和曲率大小而有所不同，凸面上速度較平面及凹面上速度偏小。當曲率半徑與波長之比足夠大（約50以上）時，基本上與平面相同。表面波在平面、曲面上傳播速度的變化，會直接影響保險螺母表面波探傷的掃描速度的調整。
表面波在轉折、稜角處的傳播
表面波在保險螺母表面傳播過程中，如果遇到轉折、稜角等，可能出現波型轉換，波型轉換遵從反射定律；同時，表面波可以跨越保險螺母表面這一轉折、稜角，傳播到保險螺母表面下一轉折、稜角，並反射回來。
表面波探傷時，注意區別此類波與缺陷波，防止誤判。
表面波的能量
表面波的能量隨傳播深度的增加而迅速減弱。當表面波在保險螺母表面的傳播深度超過兩倍波長時，保險螺母表面質點的振幅已經很小。表面波在保險螺母表面的探傷深度與表面波的能量直接相關。一般認為，表面波探傷只能發現距保險螺母表面兩倍波長深度範圍內的缺陷。
保險螺母表面波原位探傷
見圖4，表面波探頭置於保險螺母表面A處，探頭髮射表面波沿保險螺母表面前進，在表面波前進路徑上沒有任何缺陷時，則在螢光屏上僅有起始波T，如果有裂紋，則有一部分聲波在裂紋開口處仍以表面波形式被反射，並沿保險螺母表面返回，在螢光屏上起始波T後有缺陷波F，從而發現保險螺母表面的裂紋。另一部分表面波仍以表面波的形式沿保險螺母裂紋表面繼續向前傳播。
圖4探傷工藝
儀器、探頭和耦合劑
（1）儀器本試驗使用A型脈衝反射式超音波探傷儀。
（2）表面波探頭本試驗使用超音波探傷中最常用的縱波折射法。當縱波通過斜楔，斜入射至半無限大的固體介質表面時，如果入射角大於第二臨界角，則在第二介質中既無縱波也無橫波。在入射角α滿足下式的情況下，在界面上可產生表面波：
式中—在被檢固體中，表面波的傳播速度；
透聲斜楔為有機玻璃，其縱波的傳播速度約為2730m/s；被檢固體保險螺母為鋼，其表面波的傳播速度約為3230m/s，故入射角α計算值為57.7°。超音波表面波探頭技術參數為：入射角α為62°，工作頻率為5MHz，晶片尺寸為7mm×8mm，晶片形狀為方型。
（3）耦合劑採用20#機油作耦合劑。
標準樣件
用於標準樣件的保險螺母，表面含有自然裂紋缺陷，經金相試驗測定：直量0.1272，斜量：0.1590（直量：裂紋頂端至螺母表面的垂直距離；斜量：裂紋的實際長度）。見圖5。
圖5探傷面
除去裝有定位鎖片的兩面外，其餘四面（即圖1中A、B、C、D面）均為探傷面。
探傷操作
使用A型脈衝反射式超音波探傷儀，入射角α為62°的表面波探頭，用直接接觸法進行探傷，探頭在每個探傷面上均作兩次探測，即使表面波順時針方向探測一次，再逆時針方向探測一次。
探傷起始靈敏度
用保險螺母標準樣件上面的自然裂紋缺陷，調節儀器的起始靈敏度，使波幅為螢光屏高度80%。
探傷掃描速度調整
保險螺母探傷面，不是平面，有轉折、稜角，還可能存有裂紋；表面波在保險螺母探傷面傳播過程中，可能出現波型轉換等。因此，在平面試塊上調整掃描速度會出現較大誤差。
試驗使用保險螺母稜角調整探傷掃描速度，見圖6～圖7。
圖6～圖7（1）將探頭置於A面，使探頭前沿與保險螺母稜角E距離約15mm，螢光屏出現稜角E的反射波E1。
（2）將探頭後移至D面，使探頭前沿與保險螺母稜角E距離約30mm，螢光屏出現稜角E的反射波E2。此時，會出現稜角F的反射波F1。
（3）反覆調整“水平”和“深度”旋鈕，使E1與波E2波的回波前沿對齊水平刻度“3”和“6”，此時掃描速度為1：2；即螢光屏上水平刻度1mm表示保險螺母表面實際聲程2mm。
探傷缺陷判定
缺陷位置的確定
發現裂紋缺陷波後，將表面波探頭置於保險螺母探傷面的適當位置，用沾有油的手指貼在表面波傳播方向的路徑上，由遠及近，輕輕拍打，當裂紋缺陷波跟著手指跳動時，該位置就是裂紋缺陷所在位置。
注意區別稜角反射波。必要時，可用放大鏡仔細觀察裂紋缺陷波位置，或將裂紋缺陷波位置拋光後再仔細探測分析。
缺陷大小的判定
當缺陷波幅度高於保險螺母標準樣件上自然裂紋缺陷反射波高時，判為不合格。
影響缺陷判別的因素
（1）油的影響
保險螺母附著油層時，由於表面波的垂直成分向油層輻射，可使表面波幾乎完全衰減。試驗表明，如果將保險螺母表面附著油層擦去，只剩極薄的殘留油層，則對表面波的傳播基本無影響。
（2）表面光潔度的影響
粘附於保險螺母表面的油污、鐵鏽、水垢及與材料表面相接觸的其他物體對表面波的傳播也有強烈衰減作用。因此，要求保險螺母表面不得有油污、鐵鏽、水垢及灰塵等。試驗表明，表面光潔度的要求比其他超音波探傷法（例如縱波、橫波等）要高一些。
結論
（1）經過對281套某產品的保險螺母進行超音波表面波原位探傷（首先100%目視外觀檢查，然後100%超音波表面波原位探傷），發現29件保險螺母表面有裂紋。將其中9件作金相解剖對比試驗，情況相符；9件中，有3件裂紋表面有鍍鋅層，目視外觀仔細檢查（5倍放大鏡觀察）完全不能發現。
（2）使用超音波表面波原位探傷法可以有效地檢測出保險螺母表面的裂紋。不僅可以檢測出裂紋的位置，也可對深度作出較準確的估計。
（3）對281套產品進行檢測，有252套產品合格順利入庫，使價值約25萬餘元的產品順利交付。
（4）類似於保險螺母的各類緊固件，在特種設備鍋爐壓力容器系統、航空航天系統等，套用非常廣泛。在大量的維護定期檢查中，各類緊固件常常不允許分解下來。本超聲表面波原位探傷方法提供了十分有效的無損檢測方法。
