해양 프로펠러 샤프트의 피로 균열 및 파손 위험을 검사하는 방법

검사에서는 피로 ​​메커니즘, 고응력 기하학, 표면 상태, 치수 증거 및 올바른 NDT 방법을 연결해야 합니다. 더 중요한 것은 샤프트를 계속 사용할 수 있는지 여부를 결정하기 전에 모든 의심스러운 징후를 상황에 맞게 평가해야 한다는 것입니다.

피로가 시작될 가능성이 가장 높은 위치를 검사하십시오.

해양 샤프트 피로는 반복되는 응력 주기가 작은 불연속성을 시작한 다음 점진적으로 확장할 때 발생합니다. 추진 샤프트는 굽힘, 진동, 정렬 관련 하중 및 작동 조건 변화와 함께 전달된 토크를 경험합니다. 부식, 프레팅, 표면 손상, 가공 흔적 또는 국부적인 기하학적 응력 집중은 균열 시작에 필요한 주기 수를 줄일 수 있습니다.

균열은 주기적인 응력이 프레팅과 결합되는 날카로운 키홈 모서리 주변에서 시작될 수 있으며 가공 관련 미세 결함은 추가 시작 지점을 제공할 수 있습니다. 일단 균열이 형성되면, 계속적인 반복 하중으로 인해 나머지 단면이 더 이상 작동 하중을 지탱할 수 없을 때까지 균열이 확대될 수 있습니다.

이러한 이유로 검사관은 샤프트를 동일한 검사 영역으로 나누어서는 안 됩니다. 국부적 응력을 증가시키는 형상과 인터페이스에 먼저 집중하십시오. 일반적인 우선순위 영역에는 키홈 및 키홈 끝, 필렛 반경, 숄더, 직경 전환, 커플링 인터페이스, 플랜지 루트, 나사 섹션, 저널 가장자리, 씰 접촉 영역, 프로펠러 장착 기능 및 프레팅 또는 부식이 나타나는 표면이 포함됩니다. 이전에 수리했거나 부분적으로 도장된 부분은 표면 상태와 기하학적 구조가 원래 디자인과 다를 수 있으므로 추가적인 주의가 필요합니다.

모든 샤프트가 동일한 구조를 갖는 것은 아닙니다. 키가 없는 프로펠러 장착, 다양한 커플링 디자인, 다양한 베어링 배열로 인해 관련 검사 위치가 변경됩니다. 따라서 검사 맵은 일반적인 체크리스트가 아닌 실제 샤프트 도면 및 작동 배열을 따라야 합니다.

샤프트, 베어링, 커플링, 씰, 추력 관련 부품 간의 인터페이스도 중요합니다. 주변 리뷰 중 해양 추진 부품은  하중이 도입되는 위치, 상대적인 움직임이 발생할 수 있는 위치, 집중 접촉 또는 정렬 효과에 노출되는 샤프트 섹션을 결정하는 데 도움이 됩니다.

NDT 전 표면 및 치수 조건 확립

침투제, 자성 입자 또는 초음파 프로브를 적용하기 전에 우수한 프로펠러 샤프트 균열 감지가 시작됩니다. 표면 오염은 미세한 균열을 숨기거나 오해의 소지가 있는 표시를 만들 수 있으며, 치수 이상으로 인해 비정상적인 기계적 부하가 발생하는 영역을 검사자가 지적할 수 있습니다.

사용되는 검사 기술에 맞게 충분히 통제된 청소부터 시작하십시오. 기름, 녹, 스케일, 침전물, 느슨한 코팅, 심한 오염 물질이 검사 영역에 남아 있어서는 안 됩니다. 그러나 표면 준비가 제어되지 않은 연삭이나 연마로 이루어져서는 안 됩니다. 의심스러운 위치에서 재료를 적극적으로 제거하면 균열 증거가 지워지고 국부 반경이 변경되며 표시가 제대로 문서화되기 전에 샤프트 단면이 줄어들 수 있습니다.

육안 검사를 통해 긁힘, 찌그러짐, 흠집, 패임, 마모 잔해, 부식, 비정상적인 마모 패턴 및 키 홈이나 전환 부분의 변화를 기록해야 합니다. 피로 균열은 처음에는 기계 가공이나 서비스 스크래치와 유사할 수 있으므로 선형 표시에 특히 주의하십시오. 좋은 조명과 배율은 형상이 표면 전체에 걸쳐 계속되는지, 방향을 변경하는지, 응력 집중 형상을 따르는지를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

치수 검사는 기준선의 또 다른 부분을 제공합니다. 샤프트 직경, 직진도, 런아웃, 저널 상태, 커플링 맞춤 및 관련 결합 치수를 해당 도면, 서비스 기준 또는 이전 검사 기록과 비교해야 합니다. 에이 가공된 프로펠러 샤프트는  제어된 치수, 동축도, 런아웃, 표면 상태 및 커플링, 베어링 및 씰과의 상호 작용을 위한 정확한 결합 부분에 따라 달라집니다.

런아웃 또는 정렬 증거는 반복 굽힘이 증가할 수 있는 위치를 식별하는 데 도움이 될 수 있지만 두 측정 모두 샤프트에 균열이 없음을 증명할 수는 없습니다. 직선형 샤프트에는 피로 균열이 있을 수 있으며, 과도한 런아웃은 균열 이외의 원인으로 인해 발생할 수 있습니다. 따라서 치수 검사와 NDT는 서로 다른 질문에 대답하므로 대체물로 취급하기보다는 함께 사용해야 합니다.

재질 및 균열 깊이에 따라 MPI, PT, UT 선택

올바른 샤프트 NDT 방법은 샤프트 재질, 예상되는 결함 위치, 표면 접근성, 형상 및 검사가 표면 파손 또는 더 깊은 불연속성을 감지하기 위한 것인지 여부에 따라 달라집니다. 어디에서나 가장 익숙한 방법을 사용하면 중요한 영역을 제대로 검사하지 못할 수 있습니다.

자분 테스트는 표면 및 표면 근처의 불연속성을 밝힐 수 있기 때문에 강자성 샤프트에 특히 유용합니다. 액체 침투 테스트는 표면에 열려 있는 불연속성을 감지하고 자분 입자 테스트가 적용되지 않는 경우를 포함하여 적합한 비다공성 재료에 적용될 수 있습니다. 초음파 테스트는 부품에 소리를 도입하고 내부 또는 표면 아래의 불연속성을 조사하는 데 사용됩니다.

에서는 자분탐상검사 샤프트 검사 자화방향이 중요합니다. 균열은 자기장을 크게 방해할 때 가장 잘 감지되므로 전체 절차에는 두 가지 이상의 자기장 방향이 필요할 수 있습니다. 숄더, 키홈 및 갑작스러운 형상도 관련 없는 입자 축적을 생성할 수 있으므로 숙련된 해석이 필수적입니다. 자분 입자 테스트는 강자성 재료를 대상으로 하며 구성 요소가 금속이라는 이유만으로 선택해서는 안 됩니다.

PT는 적절하고 깨끗하며 다공성이 없는 표면에서 미세한 표면 개방 불연속성을 확인하는 데 유용합니다. 침전물, 코팅, 금속 번짐 또는 거친 표면 질감으로 인해 침투제가 들어가거나 올바르게 제거되지 않는 경우에는 유용성이 떨어집니다. 검사 질문이 '표면 균열이 있습니까?'에서 '접근 가능한 표면 아래로 불연속성이 확장됩니까?'로 변경되면 UT의 가치가 더욱 높아집니다. 그러나 샤프트 숄더, 테이퍼, 구멍 및 기타 형상은 적격한 절차와 유능한 해석이 필요한 에코를 생성할 수 있습니다.

토템 단조 중간 샤프트  는 치수 제어, 표면 상태, 런아웃 및 비파괴 검사가 샤프트 품질 관리의 중요한 부분인 해양 추진 샤프트용으로 설계되었습니다.

골절 위험을 지정하기 전에 모든 적응증을 평가하십시오.

징후를 찾는 것이 의 끝이 아닙니다 선박용 프로펠러 샤프트 피로 균열 검사 . 다음 작업은 표시가 관련성이 있는지, 실제 균열을 나타내는지, 위치가 파손 위험에 어떤 영향을 미치는지 결정하는 것입니다.

먼저, 표면을 변경하기 전에 표시를 문서화하십시오. 키홈, 숄더, 모깎기, 커플링, 저널 또는 기타 식별 가능한 데이텀을 기준으로 해당 위치를 기록합니다. 방향, 대략적인 가시 범위, 검사 방법, 표면 상태 및 관련 프레팅, 부식, 흠집 또는 변형을 기록하십시오. 신호가 일관되지 않으면 검사를 반복하고 확인 또는 깊이 정보가 필요한 경우 기술적으로 적합한 다른 방법을 사용하십시오.

높은 응력을 받는 전이에서 균열과 같은 선형 표시는 형상으로 인해 발생하는 격리된 관련 없는 표시와 동일한 방식으로 평가되어서는 안 됩니다. 마찬가지로, 균열 길이만으로는 위험 순위를 매기기에 충분하지 않습니다. 위치, 주요 응력에 대한 방향, 재료, 단면 직경, 남은 인대, 작동 하중, 성장 증거, 부식 환경, 정렬 상태 및 이전 손상 이력은 모두 결함의 중요성에 영향을 미칠 수 있습니다.

따라서 실용적인 위험 프레임워크는 보편적인 차원 제한을 고안하지 않고도 세 가지 수준을 사용할 수 있습니다. 반복 검사 후 관련성이 없는 것으로 나타난 표시는 정상적인 검사 관리로 돌아갈 수 있습니다. 해결되지 않은 선형 표시는 외관에만 기반한 지속적인 작업보다는 엔지니어링 검토 및 추가 NDT를 트리거해야 합니다. 중요한 하중을 받는 부분에서 확인된 균열은 승인된 엔지니어링 평가가 허용된 조치를 결정할 때까지 잠재적인 파손 위험으로 처리되어야 합니다.

추세 정보는 중요한 맥락을 추가합니다. 동일한 영역에 반복적인 징후가 나타나거나, 프레팅이 더욱 두드러지거나, 런아웃이 변경되거나, 작동 진동이 증가하는 경우 단일 측정이 기록 한도 내에 남아 있더라도 위험 그림이 변경됩니다. 성장과 재발은 하나의 개별 검사 결과보다 활성 손상 메커니즘에 대해 더 많은 것을 드러내는 경우가 많습니다.

이 원리는 다른 고하중 회전 샤프트에도 적용됩니다. 에이 38CrNi3MoVA 추진 샤프트는  고부하 전송 서비스에서 제어된 단조 재료, 가공 정확도, 직진도, 동축성 및 표면 품질에 의존합니다. 따라서 검사 결정은 NDT를 개별적인 품질 검사로 취급하기보다는 재료 무결성과 형상을 모두 고려해야 합니다.

균열뿐만 아니라 원인을 중심으로 제거 및 수리 결정을 내립니다.

확인된 피로 균열이 자동으로 국부 연삭으로 이어져 즉시 서비스로 복귀되어서는 안 됩니다. 눈에 보이는 균열 재료를 제거해도 균열이 발생한 메커니즘이 수정되지 않으며 제어되지 않은 재료 제거로 인해 필렛 반경이 변경되거나 샤프트 직경이 줄어들거나 새로운 가공 표시가 나타날 수 있습니다.

첫 번째 결정은 추가 평가가 수행되는 동안 영향을 받은 샤프트 섹션이 안전하게 작동 상태를 유지할 수 있는지 여부입니다. 중요한 토크 또는 굽힘 전달 영역에서 확인된 균열의 경우 기술 평가가 진행되는 동안 서비스를 중단하는 것이 일반적으로 신중한 접근 방식입니다. 정확한 허용 한계는 샤프트 설계, 재질, 치수, 하중, 검사 절차, 적용 가능한 분류 요구 사항 및 승인된 수리 기준에 따라 다르기 때문에 일반화할 수 없습니다.

수리 타당성은 완전한 균열이 제거될 수 있는지, 충분한 단면이 남아 있는지, 원래 형상 및 표면 상태가 복원될 수 있는지, 수리 프로세스가 야금 또는 잔류 응력에 영향을 미치는지 여부를 고려해야 합니다. 용접, 기계 가공, 열처리 또는 치수 복원은 단순히 표시를 물리적으로 닫거나 제거할 수 있다는 이유만으로 선택해서는 안 됩니다. 수리된 샤프트는 여전히 하중 전달 기능을 관리하는 엔지니어링 요구 사항을 충족해야 합니다.

예방은 검사 중에 식별된 개시 메커니즘을 다루어야 합니다. 키홈 맞춤, 전환 반경, 표면 마감, 커플링 상태, 베어링 지지대, 정렬, 윤활, 밀봉, 부식 방지 및 조립 방식은 모두 해양 샤프트 피로에 영향을 미칠 수 있습니다 . 프로펠러 충격, 접지, 심각한 얽힘 또는 갑작스러운 진동 변화와 같은 비정상적인 사건도 정상 간격 이전에 대상 검사를 정당화할 수 있습니다.

검사 이력은 특히 중요합니다. NDT 맵, 치수 측정, 사진, 런아웃 데이터 및 유지 관리 관찰을 보존하여 다음 조사에서 안정된 표면 특징과 발생하는 결함을 구별할 수 있습니다. 각 검사를 독립적인 합격 또는 불합격 이벤트로 처리하기보다는 기준선과 비교할 때 피로 위험 관리가 훨씬 더 강력해집니다.

결론

신뢰할 수 있는 해양 프로펠러 샤프트 피로 균열 검사는 위치 기반 검사, 세심한 표면 및 치수 검사, 적절한 NDT, 표시 검증 및 엔지니어링 평가를 결합합니다. 중요한 질문은 단순히 징후가 존재하는지 여부가 아니라 해당 징후의 위치, 깊이, 성장 동작 및 작동 조건이 신뢰할 수 있는 파괴 경로를 생성하는지 여부입니다.

Shanghai TOTEM Machinery Co., Ltd.는 샤프트 가공 및 생산 능력을 갖춘 정밀 기계 부품 제조업체입니다. 효과적인 치수 제어, 표면 관리 및 재료 무결성 검사는 추진 샤프트의 사용 수명 전반에 걸쳐 중요한 요구 사항을 지원하는 데 도움이 됩니다.

FAQ

Q: 선박용 프로펠러 샤프트 피로 균열 검사는 얼마나 자주 수행해야 합니까?

A: 검사 간격은 샤프트 설계, 서비스 이력, 분류 요구 사항, 작동 조건, 이전 징후 및 이상 현상에 따라 다릅니다. 위험도가 높은 발견은 정상적인 예정된 간격 이전에 검사를 정당화할 수 있습니다.

Q: 자분탐상 검사는 모든 해양 샤프트에 적합합니까?

A: 아니요. MPI에는 강자성 물질이 필요합니다. 적합한 샤프트의 경우 표면 및 표면 근처의 불연속성을 감지하는 반면, 다른 재료나 결함 위치에는 PT 또는 UT가 필요할 수 있습니다.

Q: 프로펠러 샤프트에 피로 균열이 없는지 육안 검사로 확인할 수 있습니까?

A: 아니요. 육안 검사를 통해 표면 손상과 의심스러운 부분을 식별할 수 있지만 미세한 균열이나 표면 아래 균열에는 MPI, PT, UT 또는 기타 승인된 비파괴 검사 기술이 필요할 수 있습니다.

Q: NDT 이전에 의심스러운 샤프트 표시를 제거해야 합니까?

A: 문서화되고 평가되기 전에는 그렇지 않습니다. 조기 연삭은 증거를 제거하고, 국소 형상을 변경하고, 단면 두께를 줄이고, 원래 손상 메커니즘을 결정하기 어렵게 만들 수 있습니다.

Q: 프로펠러 샤프트 균열 감지 시 우선적으로 적용할 위치는 어디입니까?

A: 우선순위 영역에는 일반적으로 키홈, 모깎기, 숄더, 직경 전환, 커플링 인터페이스, 저널 가장자리, 나사산 영역, 손상된 표면, 부식 피트 및 프레팅 또는 이전 수리가 표시된 위치가 포함됩니다.

Q: 균열이 발견되면 항상 샤프트를 교체해야 합니까?

답: 자동으로 되는 것은 아닙니다. 결정은 균열 위치, 범위, 재료, 샤프트 형상, 하중, 수리 타당성 및 적용 가능한 수용 요구 사항에 따라 다르지만 확인된 심각한 균열에는 공식적인 엔지니어링 평가가 필요합니다.