機(jī)車鑄鋼輪心磁粉檢測(cè)的常見磁痕

劉仕遠(yuǎn)，圣兆興，顧 彬，盧東磊，任好娟

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，常州 213011)

機(jī)車鑄鋼輪心磁粉檢測(cè)的常見磁痕

劉仕遠(yuǎn)，圣兆興，顧 彬，盧東磊，任好娟

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，常州 213011)

對(duì)鑄鋼輪心制造工藝過(guò)程中常見缺陷的產(chǎn)生原因及磁痕特征進(jìn)行了分析，得到了鑄鋼輪心實(shí)物常見磁痕形貌，可為現(xiàn)場(chǎng)磁粉檢測(cè)人員進(jìn)行正確的磁痕判定提供參考依據(jù)。

機(jī)車；鑄鋼輪心；磁粉檢測(cè)；磁痕分析

機(jī)車各關(guān)鍵零部件的質(zhì)量狀況決定了機(jī)車是否能安全運(yùn)行，車輪作為機(jī)車行車部分關(guān)鍵部件，其質(zhì)量狀況直接影響到機(jī)車及整車的行車安全。目前，車輪有整體輪和分體輪兩種。其中，分體輪采用鑄鋼輪心和輪箍組裝，制造成本低，修理方便。要確保鑄鋼輪心質(zhì)量，必須對(duì)其進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。磁粉檢測(cè)作為輪心制造過(guò)程的最后一道工序，正確的磁痕分析對(duì)確保輪心表面質(zhì)量至關(guān)重要。

筆者對(duì)鑄鋼輪心制造工藝過(guò)程中常見缺陷的產(chǎn)生原因及磁痕特征進(jìn)行了分析，得出輪心常見磁痕形貌，可為現(xiàn)場(chǎng)磁粉檢測(cè)人員提供參考。

1 磁粉檢測(cè)原理及基本概念

1.1 磁粉檢測(cè)原理 鐵磁性材料工件被磁化后，由于存在不連續(xù)性，工件表面和近表面的磁力線會(huì)發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，工件表面吸附磁粉后，在合適的光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出缺陷的位置、大小、形狀[1]。

1.2 基本概念

磁痕：通常把磁粉檢測(cè)時(shí)缺陷或其他因素引起的漏磁而形成磁粉聚集的圖像稱為磁痕。

相關(guān)磁痕(相關(guān)顯示)：由缺陷的漏磁場(chǎng)所形成的磁痕(由于不連續(xù)性引起的指示)。

非相關(guān)磁痕(非相關(guān)顯示)：由工件截面變化、材料性質(zhì)差異，或者對(duì)工件無(wú)害的缺陷漏磁場(chǎng)所形成的磁痕(不是由于不連續(xù)性引起的指示)。

偽磁痕(假磁痕、偽顯示)：不是由于漏磁場(chǎng)而形成的磁痕[2]。

2 鑄鋼輪心常見磁痕分析

2.1 相關(guān)磁痕

2.1.1 鑄造缺陷磁痕

(1) 鑄造裂紋

產(chǎn)生原因：金屬液在鑄型內(nèi)凝固收縮過(guò)程中，表面和內(nèi)部冷卻速度不同，產(chǎn)生很大的鑄造應(yīng)力；當(dāng)該應(yīng)力超過(guò)金屬?gòu)?qiáng)度極限時(shí)，鑄件便產(chǎn)生破裂。鑄造裂紋一般分布在鑄鋼件截面尺寸突變的部位，如夾角、圓角、溝槽、凹角、缺口、孔的周圍等部位。裂紋有一定深度，一般為斷續(xù)或連續(xù)的線條，兩端有尖角。輪心各部位裂紋磁痕如圖1所示。

磁痕特征：一般為鋸齒狀，兩端成不規(guī)則的尖角狀，輪廓清晰，磁粉聚集濃密清晰。

圖1 輪心各部位裂紋磁痕

(2) 鑄造疏松

產(chǎn)生原因：金屬液在凝固收縮過(guò)程中,得不到補(bǔ)縮而出現(xiàn)極細(xì)微的、不規(guī)則的分散或密集的孔穴，稱為疏松。疏松一般產(chǎn)生在鑄鋼件最后凝固的部位，例如冒口附近、局部過(guò)熱或散熱條件差的內(nèi)壁、內(nèi)凹角和補(bǔ)縮條件差的均勻壁面上。在加工后的鑄鋼件表面，更容易發(fā)現(xiàn)疏松。剖開鑄件，在顯微鏡下觀察疏松，可見到不連續(xù)的微孔。

磁痕特征：常見的是條狀疏松，形狀較規(guī)則，有的近于直線，始端和終端都不出現(xiàn)尖角，有一定深度，磁粉堆積比裂紋稀疏。有時(shí)呈現(xiàn)稀疏的片狀疏松，有一定面積；當(dāng)改變磁化方向時(shí)，磁痕也明顯改變。輪心幅板表面疏松磁痕如圖2所示。

圖2 輪心幅板表面疏松磁痕

(3) 鑄造冷隔

產(chǎn)生原因：輪心在鑄造過(guò)程中，因金屬液未熔合在一起，被氧化皮隔開而形成的有圓角的縫隙或凹痕。常常出現(xiàn)在幅板表面、輪轂與幅板、輪輞與幅板轉(zhuǎn)角處。

磁痕特征：稀淡，不濃密清晰。 輪輞與幅板過(guò)渡部位冷隔磁痕見圖3。

圖3 輪輞與幅板過(guò)渡部位冷隔磁痕

(4) 鑄造夾雜

產(chǎn)生原因：由于合金中的熔渣未徹底清除干凈、澆注工藝或操作不當(dāng)?shù)仍?，在鑄件上出現(xiàn)微小的熔渣或非金屬夾雜物，如硫化物、氧化物、硅酸鹽等夾雜。夾雜在輪心上的位置不定，易出現(xiàn)在澆注位置上方。

磁痕特征：呈分散的點(diǎn)狀或彎曲的短線狀。各部位夾渣磁痕如圖4所示。

圖4 輪轂各部位夾渣磁痕

(5) 鑄造氣孔

產(chǎn)生原因：鑄鋼輪心中的氣孔，是熔化金屬冷卻凝固過(guò)程中，留在其中的氣體未及時(shí)排出形成的孔穴。

磁痕特征：呈圓形或橢圓形，顯示不太清晰，磁痕的濃度與氣孔的深度有關(guān)，皮下氣孔一般使用直流電才能檢測(cè)出來(lái)。各種氣孔磁痕如圖5所示。

圖5 各部位氣孔磁痕

2.1.2 熱處理裂紋

產(chǎn)生原因：熱處理是改變鋼的性能的重要手段。通過(guò)加熱、保溫及冷卻三個(gè)連續(xù)的工藝過(guò)程，促使鋼的內(nèi)部組織發(fā)生變化，以獲得需要的物理、化學(xué)性能。鋼在加熱過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋，主要是淬火冷卻時(shí)形成的，因?yàn)殇撛诟邷乜焖倮鋮s時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力與組織應(yīng)力可達(dá)到很高的數(shù)值，當(dāng)這些應(yīng)力超過(guò)鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)引起開裂。

磁痕特征：熱處理裂紋一般比較深，磁痕濃密清晰。輪轂內(nèi)孔熱處理裂紋磁痕如圖6所示。

圖6 輪轂內(nèi)孔熱處理裂紋磁痕

2.1.3 焊接缺陷磁痕

(1) 焊接裂紋

產(chǎn)生原因：補(bǔ)焊過(guò)程中，輪心母材原子結(jié)合遭到破壞，形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙稱為焊接裂紋。按裂紋產(chǎn)生的溫度分為焊接熱裂紋和焊接冷裂紋。

磁痕特征：呈線狀或樹枝狀，顯示強(qiáng)烈，磁粉附著好，輪廓清晰。幅板焊接裂紋磁痕如圖7所示。

(2) 焊接氣孔

產(chǎn)生原因：補(bǔ)焊過(guò)程中，氣體在熔化金屬冷卻之前來(lái)不及逸出而保留在焊縫中形成的孔穴。其是由于母材金屬含氣體過(guò)多，焊條藥皮或焊劑潮濕等原因產(chǎn)生的。有的單獨(dú)出現(xiàn)，有的成群出現(xiàn)，多呈圓形或橢圓形。

磁痕特征：與鑄造氣孔相同。幅板部位焊接氣孔磁痕見圖8。

圖8 幅板部位焊接氣孔磁痕

(3) 焊接夾渣

產(chǎn)生原因：補(bǔ)焊過(guò)程中，熔池內(nèi)未來(lái)得及浮出而殘留在焊接金屬內(nèi)的焊渣。

磁痕特征：多呈點(diǎn)狀(橢圓形)或粗短的條狀，磁痕寬而不濃密。輪轂與幅板過(guò)渡部位焊接夾渣磁痕見圖9。

圖9 輪轂與幅板過(guò)渡部位焊接夾渣磁痕

2.1.4 砂輪打磨磁痕

產(chǎn)生原因：輪心內(nèi)孔機(jī)加工面為工作面，打磨痕跡應(yīng)視為相關(guān)磁痕。輪心工作面打磨時(shí)，由于砂輪表面顆粒尺寸及硬度不均勻，打磨時(shí)在輪心表面留下平行分布的打磨痕跡。

磁痕特征：磁痕呈直線平行狀，出現(xiàn)在打磨部位;寬而淺的拉痕在磁粉檢測(cè)時(shí)不吸附磁粉，但較深的磁痕會(huì)吸附磁粉。輪轂內(nèi)孔砂輪打磨磁痕見圖10。

圖10 輪轂內(nèi)孔砂輪打磨磁痕

2.2 鑄鋼輪心非相關(guān)磁痕

非相關(guān)磁痕不是來(lái)源于缺陷，而是由漏磁場(chǎng)產(chǎn)生的。其形成原因較復(fù)雜，一般與工件本身材料、工件的幾何形狀、采用的磁化規(guī)范、工件的制造工藝等因素有關(guān)。

有非相關(guān)磁痕的工件不會(huì)造成危害，并不影響使用。

鑄鋼輪心常見非相關(guān)磁痕的產(chǎn)生原因、磁痕特征和鑒別方法如下所述。

(1) 工件截面突變

產(chǎn)生原因：在輪心輪轂、輪輞機(jī)加工輪廓部位，由于截面突變，在該部位金屬截面內(nèi)所能容納的磁力線有限;由于磁飽和，迫使一部分磁力線離開和進(jìn)入輪心表面，形成漏磁場(chǎng)，吸附磁粉，形成非相關(guān)顯示。

磁痕特征：磁痕呈寬大、松散、輪廓不清晰的線狀。多出現(xiàn)在棱角部位或斷面突變處。

鑒別方法：有規(guī)律地出現(xiàn)在同類工件的同一部位，根據(jù)工件的幾何形狀，容易找到磁痕顯示形成的原因。輪心輪轂機(jī)加工輪廓磁痕見圖11。

圖11 輪心輪轂機(jī)加工輪廓磁痕

(2) 砂輪打磨應(yīng)力磁痕

產(chǎn)生原因：砂輪打磨時(shí)，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，也會(huì)吸附磁粉。磁痕寬而松散，磁粉帶間距相等。粗拋光造成的磁痕形狀短而寬，間距不等。這些磁痕都有重復(fù)性。工件在低溫矯正時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力也會(huì)引起磁痕。

磁痕特征：磁痕顯示寬而松散，呈帶狀。

鑒別方法：一是根據(jù)磁痕特征分析;二是將該工件退火后重新進(jìn)行磁粉檢測(cè)，這種磁痕顯示不再出現(xiàn)。輪心幅板打磨應(yīng)力磁痕見圖12。

圖12 輪心幅板打磨應(yīng)力磁痕

(3) 磁寫

產(chǎn)生原因：當(dāng)兩個(gè)已磁化的工件互相接觸或磁軛在已磁化的工件上劃動(dòng)，在接觸部位會(huì)產(chǎn)生磁性變化，產(chǎn)生的磁痕顯示稱為磁寫[3]。

磁痕特征：磁痕松散，線條不清晰，像亂畫的樣子。磁痕呈規(guī)則的，并具有一定幾何形狀的線狀。磁痕顯示明顯，磁粉附著不良，輪廓不清晰，重復(fù)性不好。

鑒別方法：將工件退磁后，重新進(jìn)行磁化和檢驗(yàn)，如果磁痕顯示不重復(fù)出現(xiàn)，則原顯示為磁寫磁痕。但磁痕嚴(yán)重者應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行多方向退磁，磁痕將不再出現(xiàn)。輪轂機(jī)加工面磁寫見圖13。

圖13 輪轂機(jī)加工面磁寫

(4) 兩種材料交界處

產(chǎn)生原因：在焊接過(guò)程中，兩種磁導(dǎo)率不同的材料接在一起，或基體金屬與焊條的磁導(dǎo)率截然不同(例如用奧氏體鋼焊條焊接鐵磁性材料)，在焊接融合區(qū)就會(huì)產(chǎn)生濃密的磁痕。

磁痕特征：干法檢測(cè)時(shí)，磁痕有的松散，有的濃密清晰，類似裂紋磁痕顯示，在整條焊縫都出現(xiàn)同樣的磁痕顯示。濕法檢測(cè)時(shí)，磁痕顯示模糊。

鑒別方法：結(jié)合焊接工藝、母材與焊條材料進(jìn)行分析。幅板表面焊接后兩種材料交界處磁痕見圖14。

圖14 幅板表面焊接后兩種材料交界處磁痕

(5) 磁極

產(chǎn)生原因：采用電磁軛檢驗(yàn)時(shí)，由于磁極與工件接觸處，磁力線離開工件表面和進(jìn)入工件表面都產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，而且磁極附近磁通密度大，所以在磁極附近的工件表面上會(huì)產(chǎn)生一些磁痕顯示。

磁痕特征：磁極附近的磁痕松散，與缺陷的磁痕特征不同，但在該處容易形成過(guò)度背景，從而掩蓋相關(guān)顯示。

鑒別方法：退磁后，改變磁極的位置重新進(jìn)行檢驗(yàn)，該處磁痕顯示重復(fù)出現(xiàn)者可能是相關(guān)磁痕，不再顯示者為非相關(guān)磁痕。磁極附近磁痕見圖15。

圖15 磁極附近磁痕

2.3 鑄鋼輪心偽磁痕

(1) 表面粗糙引起的偽磁痕

輪心幅板表面經(jīng)噴丸處理后，表面較粗糙,磁粉檢測(cè)時(shí)滯留磁粉形成磁痕顯示，磁粉堆積松散，磁痕輪廓不清晰，在載液中漂洗，磁痕可漂洗掉。輪心幅板表面粗糙引起的偽磁痕見圖16。

圖16 輪心幅板表面粗糙引起的偽磁痕

(2) 纖維物引起的偽磁痕

磁懸液中的纖維物線頭，黏附磁粉滯留在工件表面，容易誤認(rèn)為是缺陷磁痕顯示。纖維物引起的偽磁痕見圖17。

圖17 纖維物引起的偽磁痕

(3) 磁懸液濃度過(guò)大

磁懸液濃度過(guò)大，或施加不當(dāng)會(huì)形成過(guò)度背景(磁懸液濃度過(guò)大，造成背景熒光顯示太強(qiáng))，磁粉松散，磁痕輪廓不清晰，漂洗后磁痕不再出現(xiàn)。磁懸液濃度過(guò)大引起的偽磁痕見圖18。

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 輪心磁粉檢測(cè)時(shí)，如果把相關(guān)顯示誤判為非相關(guān)顯示或偽顯示，則會(huì)產(chǎn)生漏檢，造成重大的質(zhì)量隱患。相反，如果把非相關(guān)顯示和偽顯示誤判為相關(guān)顯示，則會(huì)將合格的工件拒收或報(bào)廢，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

(2) 正確的磁痕分析可以避免誤判，非相關(guān)磁痕不像假磁痕那樣容易識(shí)別，所以磁粉檢測(cè)人員必須知道常見的造成輪心非相關(guān)磁痕的原因。特別是很多國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)都要求磁粉檢測(cè)人員對(duì)相關(guān)顯示進(jìn)行缺陷性質(zhì)判定，難度極大，且受人為因素影響很大，建議國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),制定根據(jù)磁痕顯示尺寸進(jìn)行評(píng)定的原則，減少人為差異。

(3) 鑄件設(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造部門應(yīng)根據(jù)鑄件表面粗糙度，參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，提出與其表面粗糙度相適應(yīng)的磁粉檢測(cè)驗(yàn)收條款[4]。

(4) 輪心磁粉檢測(cè)磁痕顯示能反映出不連續(xù)和缺陷的位置、形狀和大小，大致確定缺陷的性質(zhì)，所以磁痕分析可為鑄鋼輪心生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供較可靠的信息。某些鑄造缺陷難以避免，可以通過(guò)更改澆注系統(tǒng)、冒口位置、冷鐵等將缺陷引到非關(guān)鍵、非受力部位。

[1] 宋志哲.磁粉檢測(cè)[M].北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2007.

[2] GB/T 12604.5-2008 無(wú)損檢測(cè)術(shù)語(yǔ) 磁粉檢測(cè)[S].

[3] 許遵言，周玉山，季龍華.磁軛法對(duì)近表面缺陷的檢出能力[J].無(wú)損檢測(cè)，2015,37(12)：10-13.

[4] 張繼楷，李龍，馮博，等.表面粗糙度對(duì)磁粉檢測(cè)的影響[J].無(wú)損檢測(cè)，2016,38(3)：52-55.

The Normal Indications of Magnetic Particle Testing of Locomotive Cast Steel Wheel Core

LIU Shiyuan, SHENG Zhaoxing, GU Bin, LU Donglei, REN Haojuan

(CRRC Qishuyan Institute Co., Ltd., Changzhou 213011, China)

In this paper, the causes of common defects in the manufacturing process of locomotive cast steel wheel core and the characteristics of magnetic particle indication are analyzed. Photographs of the common magnetic particle indications of the cast steel wheel were taken, providing a reference for magnetic particle testing operators to determine the correct magnetic particle indication.

locomotive wheel; cast steel wheel core; magnetic testing; magnetic particle indication analysis

2016-09-18

劉仕遠(yuǎn)(1984-),男，碩士，主要從事鐵路產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)工作

劉仕遠(yuǎn), 15995015350@126.com

10.11973/wsjc201707018

TG115.28

B

1000-6656(2017)07-0076-05