煤礦窄軌車輛用彈簧原材料表面磁粉探傷方法的研究①

蘇曉冰

摘要:通過對(duì)彈簧原材料表面缺陷的研究,采用表面噴漆新工藝,用磁粉對(duì)彈簧鋼進(jìn)行表面探傷,對(duì)表面狀態(tài)不良的部件探傷提供較為成熟的經(jīng)驗(yàn)

關(guān)鍵詞:磁粉探傷彈簧缺陷

中圖分類號(hào):TG115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)04(c)-0102-01

煤礦窄軌車輛熱卷彈簧,在加熱、卷制,熱處理過程中,彈簧原材料表面淺的線狀缺陷可隨著表面氧化皮而脫落,但表面較深的線狀缺陷將一直保留到彈簧的最終加工成品,在彈簧使用過程中,在拉力交變載荷的作用下,這些缺陷將成為彈簧疲勞斷裂的應(yīng)力集中點(diǎn),將成為煤礦窄軌車輛安全運(yùn)行的隱患。另一方面,處于彈簧外圈的線狀缺陷,在彈簧卷制過程中,因受拉應(yīng)力,在經(jīng)淬火,線狀缺陷無論從長(zhǎng)度和深度都有擴(kuò)展的趨勢(shì),更嚴(yán)重的威脅著彈簧使用的安全可靠性。因此,彈簧卷制前原材料的表面探傷是確保彈簧質(zhì)量重要的檢驗(yàn)工序。

1探傷設(shè)備及探傷方法

探傷設(shè)備包括磁化電源和探傷裝置兩部分,磁化電源一般選用CYD-5000型,交流輸出最大有效值為3500A,負(fù)載條件為4根長(zhǎng)5m、截面為95mm2的銅芯軟電纜,兩根并在一起可以得到190mm2的電流截面,總長(zhǎng)度為10m,由于電源采用了邏輯電路和電子時(shí)間控制電路,并利用調(diào)整可控硅導(dǎo)通角的大小來調(diào)整磁化電流的大小。因此,避免了調(diào)壓變壓器調(diào)整大電流時(shí)容易燒壞的不利方面。

探傷方法:采用交流直接通電軸向磁化的方法,電流由電纜通過鉗形夾頭、被探桿件構(gòu)成電回路,探測(cè)桿件表面縱向線狀缺陷。磁痕顯示采用濕法顯示。磁粉粒度為260目～320目,磁粉的磁性稱量為6g～8g,磁懸液為煤油,變壓器油1∶1混合,磁懸液濃度為16～21g/L。

2探傷前的準(zhǔn)備,表面狀態(tài)的處理

由于材料長(zhǎng)期運(yùn)輸及露天存放,除表面熱軋過程中產(chǎn)生的氧化皮外,還有不同程度的銹蝕、銹斑等異物,由于底襯不好,容易造成操作者眼睛疲勞,難免造成漏檢,為此,我們采用表面噴漆新工藝。

3磁化電流規(guī)范及靈敏度的確定

關(guān)于周向磁化電流的選擇,一般根據(jù)裝置的特性,試件的磁特性、形狀、尺寸、表面狀況、缺陷性質(zhì)等,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)確定施加磁粉的磁化時(shí)間及需要的磁場(chǎng)方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度,然后選定磁化方法,磁化電流的種類、電流值及有效的探傷范圍,在檢查磁場(chǎng)方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí),原則上可選則A型或C型標(biāo)準(zhǔn)靈敏度試片來檢查。

周向磁化電流的選擇是有差異的,但是周向磁化電流的選擇應(yīng)遵循這樣一個(gè)原則:被探缺陷處的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度B或由漏磁場(chǎng)強(qiáng)度B所產(chǎn)生的力f,足以能吸附施加在被探件表面上流動(dòng)性能良好,符合一定標(biāo)準(zhǔn)的磁粉細(xì)小顆粒,并且有足夠的量,便于肉眼觀察到,這樣才能達(dá)到磁粉探傷的目的。

通過分析,影響磁粉探傷的因素可分為兩部分:一部分為已知條件,被探材料的磁特性,如Bm、Hc、Br、u等,另一部分為未知條件,是我們要檢測(cè)的缺陷,因此,影響因素不能全然兼顧。但是,對(duì)于某一種材料,根據(jù)B-H曲線和實(shí)際測(cè)量所得到的磁特性參數(shù),可以得到外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H的數(shù)值,然后再根據(jù)計(jì)算公式I=HD/4得到較為合理的磁化電流值。這個(gè)磁化電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度H及Bm是最大的值,而低于這個(gè)值不等于不能發(fā)現(xiàn)表面或近表面的缺陷,這主要取決于缺陷本身的情況。假如,缺陷處的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度B及漏磁場(chǎng)強(qiáng)度B所產(chǎn)生的力f,足以吸附磁粉,缺陷同樣能夠被發(fā)現(xiàn),這就說明,顯示一個(gè)缺陷的電流值是有一個(gè)范圍的。

根據(jù)以上分析,熱卷彈簧常用的金屬材料為60Si2Mn,此種材料的供貨狀態(tài)的磁特性參數(shù)為:Hc920A/m、Br0.084T、Bm1.64T、Bm所對(duì)應(yīng)的H值為2560～3200A/m。因此,Bm值不易確定,H值取2560～3200A/m之范圍。根據(jù)公式I=HD/4計(jì)算,I=(8～10)Do為驗(yàn)證以上電流規(guī)范,做試驗(yàn)如下:將φ36mm,L=500mm的60Si2Mn圓棒放在床式探傷機(jī)上,將15/50umA型標(biāo)準(zhǔn)靈敏度試片貼在圓棒中間部位,調(diào)整電流有效值,使試片兩個(gè)縱向1/4圓弧顯示清晰,則發(fā)現(xiàn)從180A～1200A均能顯示清晰,按φ36mm計(jì)算,相當(dāng)于I=(5～33)Do。試驗(yàn)說明實(shí)際顯示的電流規(guī)范比計(jì)算的電流規(guī)范要寬。

根據(jù)以上試驗(yàn)分析,證明此探傷完全適用于煤礦窄軌車輛所用φ12mm～45mm,L=1.5m～5.5m彈簧原材料的表面磁粉探傷?？梢淮瓮娂词拱袅系耐ㄉ砣毕荼┞稛o疑,不會(huì)造成漏檢,最小可發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度為1mm～2mm的縱向細(xì)小裂紋,具有工作效率高,判傷清晰等特點(diǎn),一根5.5m長(zhǎng)的料,只需3min～5min即可檢測(cè)完畢。

4表面磁痕顯示特征及缺陷評(píng)價(jià)的可靠性分析

在用于彈簧的熱軋棒料的表面磁粉探傷過程中,包括彈簧卷制后,經(jīng)熱處理最終成品的彈簧表面磁粉探傷,從沒發(fā)現(xiàn)周向的線狀缺陷,縱向的表面磁痕顯示主要有一下幾種。

(1)6mm以下細(xì)小輕微的線狀顯示,最小長(zhǎng)度為1mm～2mm。

(2)細(xì)小縱向線狀缺陷顯示組成的貫穿型帶狀。

(3)縱向線狀通身缺陷。

(4)縱向向一母線上斷續(xù)線狀缺陷。

(5)向一截面上兩條及以上的縱向線狀缺陷顯示。

(6)鋸齒形及稍彎曲狀縱向線狀缺陷。

以上缺陷均在軋制過程中形成,細(xì)小線狀缺陷是由于夾雜物,氣孔或針孔經(jīng)軋制而形成的發(fā)紋。較長(zhǎng)或通身的線狀缺陷則是軋制過程中形成的折疊,鋸齒形或稍彎曲狀的縱向線狀缺陷則是在軋制過程中產(chǎn)生的裂紋。線狀缺陷的深度經(jīng)表面消除及橫向解刨金相測(cè)量,一般深度為0.3mm～0.6mm,最深為0.5mm～0.6mm,磁痕輕微顯示的深度為0.2mm以下。

通過較長(zhǎng)棒料表面磁粉探傷的實(shí)踐,使我們對(duì)探傷設(shè)備、探傷方法、磁化電流的選擇,表面噴漆工藝都有了新的認(rèn)識(shí),特別是表面噴漆探傷,對(duì)表面狀態(tài)不良的部件探傷提供較為成熟的經(jīng)驗(yàn)。

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