連接螺栓的磁痕分析

【摘要】本文通過對連接螺栓的磁痕分析，認(rèn)為盡管真假裂紋產(chǎn)生在相同的位置（剪切面）并且具有相同方向，仍然可以從磁粉吸附的松緊和牢固程度、磁粉圖象的形狀和分布方向，結(jié)合在探傷前加工工序中可能產(chǎn)生的缺陷的磁痕特征等三方面去區(qū)分真假裂紋。

【關(guān)鍵詞】磁粉；漏磁場；磁痕；缺陷；導(dǎo)磁率

一、問題的提出

飛機(jī)大修時，連接螺栓都要分解下進(jìn)行磨削和磁粉探傷。近幾年來發(fā)現(xiàn)在較多螺栓的圓柱表面上有吸附磁粉現(xiàn)象。因為該零件很重要，已成為磁粉探傷工作的一個難點(diǎn)、重點(diǎn)。分解下來的螺栓見圖一

二、初步分析

磁粉探傷是利用磁性材料被充磁后，若在表面與近表面存在缺陷，就會產(chǎn)生漏磁場，漏磁場就會吸附磁粉將缺陷顯示出來的一種無損檢測方法。因操作簡單見效快而被廣泛應(yīng)用。能產(chǎn)生漏磁場的因素大體可分為兩類：一、破壞金屬連續(xù)性的各種缺陷，如：各種裂紋、夾渣等；二、沒有破壞金屬連續(xù)性的“缺陷”，如：冷作硬化、成分偏析、應(yīng)力集中等等。前者多屬不允許存在的缺陷，后者多屬允許的。如何才能正確的區(qū)分這兩類對金屬材料的力學(xué)性能影響懸殊的原因呢？

我們認(rèn)為要從下面幾個方面去分析：

1、磁粉吸附的松緊和牢固程度：破壞金屬連續(xù)性的各種缺陷的磁

痕特征是細(xì)長的線狀磁粉堆積。磁粉濃度一般較黑、吸附較緊，在無味煤油中輕輕擺動后磁粉圖象仍然清晰可見。

2、磁痕的形狀和分布方位：不同的裂紋、發(fā)紋、夾渣都有自已的特征形狀和分布。如淬火裂紋一般呈單條細(xì)長線狀，剛健有力的磁粉堆積。磨削裂紋往往是有規(guī)則的分散條狀并與砂輪磨削方向垂直；有時呈網(wǎng)狀。發(fā)紋沿鍛軋纖維方向分布，通常呈兩端尖細(xì)平直的細(xì)直線。

3、探傷前的加工工藝中可能產(chǎn)生的缺陷的磁痕特征是否與探傷時所發(fā)現(xiàn)的磁痕特征相同。如果不同就屬假裂紋的可能性較大。

4、在同一批或幾批零件中產(chǎn)生磁痕是否有規(guī)律，這也可以幫助我們排除一些不可能是它引起漏磁場的因素。一般情況下，同種因素引起的缺陷，它的磁痕特征是相同的。

我們收集了18個螺栓，經(jīng)磁粉探傷后其磁痕特征是大都產(chǎn)生在同一部位，少數(shù)（3件）螺栓的磁痕呈細(xì)長的線狀分布，兩側(cè)呈鋸齒狀，磁粉較濃具有裂紋特征（圖二A）。多數(shù)螺栓的磁痕呈粗長的線狀分布，磁粉松散（圖二B），將螺栓浸入煤油中再取出后磁痕消失，判為假裂紋。螺栓進(jìn)行磁粉探前的工序是使用（主要承受剪切負(fù)荷）和磨削，從磁痕的方位可以確定不是磨削裂紋，磁痕正好在剪切面應(yīng)屬使用所引起。

三、試驗結(jié)果

1、超聲表面波探傷：具有（圖二A）磁痕特征的缺陷有明顯的傷

波反射；有（圖二B）磁痕特征的缺陷沒有傷波反射。

2、金相分析：將具A種磁圖的螺栓作縱向剖面金相分析，發(fā)現(xiàn)在吸附磁粉處有螺栓表面成600夾角的裂紋，如圖三。裂紋深度約0.25毫米。

3、回火試驗：將具有不同程度吸磁的螺栓15件，經(jīng)過低溫回火后，再經(jīng)磁粉探傷，其中5件消除了吸磁現(xiàn)象。

4、等溫淬火試驗：因為若再提高回火溫度就會破壞螺栓的原始組織，所以采用等溫淬火而不取高溫回火。工藝過程如圖四經(jīng)重新淬火的螺栓再作磁粉探傷發(fā)現(xiàn)具有圖二B種吸磁情況的螺栓，全部消除了吸磁現(xiàn)象；具有圖二A種吸磁情況的螺栓仍顯示出緊密的磁痕。

5、機(jī)械振動試驗：因為重復(fù)淬火處理容易引起零件變形，氧化腐蝕等弊病，我們就試用了機(jī)械振動消除內(nèi)應(yīng)力的方法。最簡單的辦法是用銅錘沿著磁痕周圍敲打螺栓，經(jīng)振動約15分鐘后重新磁粉探傷發(fā)現(xiàn)有明顯的效果，再振動10分鐘就消除了吸附磁粉現(xiàn)象。為了提高工效改用鉚槍，沖頭上套個銅帽對螺栓進(jìn)行撞擊，只需一分鐘左右就消除了吸附磁粉現(xiàn)象。

四、試驗分析

試驗結(jié)果指出，前面根據(jù)磁痕特征分析的結(jié)果是正確的。引起假顯示的原因是什么呢？

該螺栓在使用時主要承受剪切和彎曲負(fù)荷。受剪切的物體常常受著比較嚴(yán)重的擠壓應(yīng)力，當(dāng)兩個物體接觸而傳遞壓力時，兩物體就相互擠壓。擠壓應(yīng)力只在物體的表面層內(nèi)具有較大的數(shù)值，因此，接觸面就可能被壓陷（如圖一）我們看到使用過的連接螺栓表面形成的臺階就是擠壓所造成的壓陷，而不是由剪切應(yīng)力產(chǎn)生的位移。螺栓受擠壓的表面層金屬因被壓陷產(chǎn)生了晶格歪扭，而且在剪切面晶格歪扭更為嚴(yán)重（如圖五）。晶格歪扭使材料的導(dǎo)磁率發(fā)生了變化。螺栓經(jīng)充磁后在具有不同導(dǎo)磁率的區(qū)域分界線上就會產(chǎn)生磁力線外漏現(xiàn)象，澆上磁懸液后就會顯示出磁粉痕跡。這就是為什么總是在固定位置產(chǎn)生磁粉顯示的原因。當(dāng)壓陷嚴(yán)重時，晶格歪扭過大使金屬的連續(xù)性遭到破環(huán)，則產(chǎn)生了裂紋。

試驗結(jié)果指出，沒有達(dá)到破壞金屬連續(xù)性的晶格歪扭，可以通過加熱的辦法或機(jī)械振動的辦法使晶格恢復(fù)正常。隨著晶格歪扭程度的增大為使晶格恢復(fù)至正常狀態(tài)所需要從外界獲得的能量也增大。所以有的螺栓經(jīng)低溫回火就能消除吸附磁粉現(xiàn)象，有的就要加熱至更高的溫度進(jìn)行處理才能消除吸附磁粉現(xiàn)象。

機(jī)械振動消除內(nèi)應(yīng)力是近幾年來才得到廣泛應(yīng)用的一種新的方法。與熱處理消除應(yīng)力相比，振動消除應(yīng)力具有設(shè)備輕便、費(fèi)用低、為消除應(yīng)力所需的時間也較少，而且還不形成氧化皮等優(yōu)點(diǎn)。然而振動消除應(yīng)力的應(yīng)用情況和效果到底如何還缺乏更多的經(jīng)驗，我們尚未對螺栓表面在振動前后的應(yīng)力進(jìn)行過測定，僅僅是以磁粉探傷沒有磁痕顯示作為判定依據(jù)。

五、總結(jié)

1、連接螺栓在磁粉探傷時出現(xiàn)的松散吸磁現(xiàn)象是因為螺栓部分表

面受擠壓，有的達(dá)到產(chǎn)生壓陷的程度，被壓陷的表面層金屬的晶格發(fā)生歪扭，使這部分材料的導(dǎo)磁率發(fā)生變化，充磁后在具有不同導(dǎo)磁率的區(qū)域分界面（即剪切面）上產(chǎn)生磁力線外漏所造成。它屬于應(yīng)力集中引起的吸磁。雖然不屬裂紋但容易發(fā)展成裂紋，所以應(yīng)在排除這種應(yīng)力集中后裝機(jī)使用才較為安全。

2、螺栓因受剪切負(fù)荷，在剪切面上產(chǎn)生的應(yīng)力集中可以通過熱處

理辦法來消除，也可以用機(jī)械振動的辦法來消除。用戴有銅帽的沖頭，用鉚槍對螺栓有磁粉顯示的部位敲擊約一分鐘左右可以獲得較好的效果。用低溫回火只能消除較輕微的應(yīng)力集中，用較高溫度進(jìn)行熱處理的辦法容易帶來表面氧化腐蝕、變形等不良后果。

總之，在進(jìn)行磁粉檢測時，發(fā)現(xiàn)磁痕顯示，要從各個方面進(jìn)判定，以正確區(qū)分真假缺陷，避免誤判、錯判。