某轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件的探傷工藝制訂過(guò)程

文/李良晨，鞠輝，米豐亮·中國(guó)重汽集團(tuán)工藝研究院

為制訂某轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件的熒光磁粉探傷工藝，從探傷原理出發(fā)，對(duì)影響探傷效果的因素進(jìn)行了分解和分析，逐一制訂了各因素的技術(shù)要求和相應(yīng)的檢驗(yàn)方法，有效保證了探傷工序的實(shí)施。

鍛造產(chǎn)品具有晶粒細(xì)化、組織致密，流線連貫，強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能良好的優(yōu)點(diǎn)，多被用于汽車上需要承受復(fù)雜扭轉(zhuǎn)載荷和一定沖擊載荷的產(chǎn)品，如曲軸、連桿、前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、齒輪等。而在鍛造過(guò)程中，受原材料成分偏析、鍛造工藝不完善等因素的影響，不可避免地會(huì)出現(xiàn)折皮、裂紋等缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)品在制造、使用過(guò)程中失效，帶來(lái)?yè)p失。

熒光磁粉探傷利用工件磁化后，缺陷處的漏磁場(chǎng)與熒光磁粉的相互作用，對(duì)缺陷進(jìn)行識(shí)別和定位，是目前生產(chǎn)過(guò)程中，最常用的一種消除產(chǎn)品缺陷，避免產(chǎn)品失效的工藝手段。本文從熒光磁粉探傷的原理入手，介紹了某重型汽車用轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件熒光磁粉探傷工藝的制訂過(guò)程，并討論如何通過(guò)測(cè)量?jī)x器保證磁粉探傷的效果，避免漏探。

原理

鍛件產(chǎn)品磁化后，鍛件內(nèi)部和表面會(huì)形成均勻的磁力線（圖1a），鍛件表面和近表面存在缺陷（如裂紋、折皮等）時(shí)，缺陷處的磁導(dǎo)率和鋼材的磁導(dǎo)率存在差異，在材料不連續(xù)處，部分磁力線可能逸出材料表面，將發(fā)生畸變(圖1b)，在工件缺陷處的表面產(chǎn)生了漏磁場(chǎng)，吸引磁粉形成堆積(圖1c)。使用365nm 紫外線光(熒光)照射后，將直觀地顯現(xiàn)出缺陷位置和形狀(圖1d)，指示圖案比實(shí)際缺陷要大數(shù)十倍，達(dá)到了探傷的目的。

影響磁粉探傷的因素

在日常生產(chǎn)過(guò)程中，工件清潔度、磁懸液、磁場(chǎng)強(qiáng)度、黑光燈、環(huán)境亮度、退磁等對(duì)熒光磁粉探傷的效果有所影響，本文將逐一分析，并提出在轉(zhuǎn)向節(jié)探傷過(guò)程中的控制要求和檢測(cè)方法。

工件清潔度

油脂、污垢、殘留的清洗劑等會(huì)進(jìn)入到鍛件表面缺陷中，占據(jù)缺陷位置，導(dǎo)致磁懸液(或磁粉)無(wú)法在裂紋等處留存或留存較少，漏探時(shí)有發(fā)生。因此可在鍛件拋丸后，立即進(jìn)行磁粉探傷。沒(méi)有條件進(jìn)行拋丸的，可采取相應(yīng)的手段清除表面污物；但需注意，清除完畢后，必須用清水對(duì)鍛件進(jìn)行沖洗和徹底干燥后，方可進(jìn)行磁粉探傷。

轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件的工藝流程設(shè)置為鍛造→調(diào)質(zhì)→拋丸→探傷，要求拋丸完成后，立即轉(zhuǎn)入探傷工序，充分保證了轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件表面的清潔。

磁懸液

將Fe3O4熒光磁粉和水或其他有機(jī)溶劑混合攪拌后，制成磁懸液。將磁懸液噴淋在被探傷工件上，其中的熒光磁粉在磁場(chǎng)力作用下，聚集在缺陷位置。在適當(dāng)光線照射下，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的標(biāo)記。

磁懸液的濃度為0.5 ～3.0g/L，其沉淀濃度(含固體量)為0.1 ～0.4mL/100mL。應(yīng)當(dāng)注意的是，磁懸液濃度并非越高越好。當(dāng)磁懸液濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)在工件表面滯留很多磁粉，形成過(guò)度背景，掩蓋缺陷，失去檢驗(yàn)細(xì)小裂紋的能力。

懸濁液使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)進(jìn)入，水體變質(zhì)等問(wèn)題，影響探傷效果和作業(yè)人員健康。這種情況下，懸濁液應(yīng)進(jìn)行整體更換，以保持磁懸液的清潔。

在轉(zhuǎn)向節(jié)探傷工藝制訂時(shí)，懸濁液濃度定為0.2 ～0.3mL/ 100mL；為防止懸濁液水體變質(zhì)，根據(jù)冬、夏季節(jié)的區(qū)別，要求每7 ～15 天更換一次。

在生產(chǎn)過(guò)程中，梨形瓶（圖3）用作懸濁液的檢測(cè)。將攪拌均勻的懸濁液裝入梨形瓶?jī)?nèi)，靜置15 分鐘后，查看懸濁液的沉淀量，如果沉淀量不滿足要求，對(duì)磁粉或水進(jìn)行添加。

磁場(chǎng)強(qiáng)度

磁場(chǎng)強(qiáng)度決定了缺陷處吸附的熒光磁粉的多寡，應(yīng)盡量使工件達(dá)到或接近飽和的磁化狀態(tài)。鍛件表面有效磁場(chǎng)的磁通密度一般需要達(dá)到飽和磁通密度的80%～ 90%。

磁場(chǎng)強(qiáng)度一般是通過(guò)熒光磁粉探傷機(jī)的磁化電流保證的。轉(zhuǎn)向節(jié)探傷時(shí)，規(guī)定周向磁化電流為1200A，縱向磁化電流為45A。并使用特斯拉計(jì)(圖4)檢測(cè)周向、縱向磁場(chǎng)強(qiáng)度，要求工件表面磁場(chǎng)強(qiáng)度≥20A/cm。

黑光燈

熒光磁粉檢測(cè)的過(guò)程中，黑光燈（亦稱U-V 燈或紫外線燈）的性能對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的影響明顯。工件上覆蓋的光束明亮且強(qiáng)度均勻時(shí)，檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)缺陷的概率顯著增加。

兩種典型的照明方式是手持式和吊頂式。在批量生產(chǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)向節(jié)用探傷機(jī)裝備有吊頂式黑光燈，夾具360°旋轉(zhuǎn)工件，能夠連續(xù)、高效的完成檢驗(yàn)。

黑光燈的波長(zhǎng)和強(qiáng)度對(duì)磁粉探傷的準(zhǔn)確率和可靠性有很大影響。我公司要求使用鹵素黑光燈，波長(zhǎng)為365nm。日常生產(chǎn)過(guò)程中，使用紫外線照度測(cè)量?jī)x對(duì)紫外線光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量，將感光探頭置于紫外線燈下400mm 處，光強(qiáng)要大于4000μw/cm2。

隨著LED 光源技術(shù)的發(fā)展，LED 黑光燈開始得到普遍應(yīng)用。LED 黑光燈重量輕，能耗低，光強(qiáng)高，發(fā)熱量小，使用壽命長(zhǎng)，是一種高效的探測(cè)光源，應(yīng)用越來(lái)越普及。

環(huán)境亮度

可見光會(huì)干擾熒光磁粉檢測(cè)，因此需對(duì)黑光燈下測(cè)量的環(huán)境光(白光)照度有所要求。一般要求是，在檢測(cè)工件的區(qū)域或直接在被檢工件表面，環(huán)境光小于20lx。磁粉探傷機(jī)需布置在生產(chǎn)車間的一個(gè)暗室內(nèi)，關(guān)閉房間門和所有照明燈光，便可以保證黑暗環(huán)境。

綜合測(cè)量

日常生產(chǎn)過(guò)程中，多數(shù)廠家沒(méi)有設(shè)備和能力對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度、紫外線照度等進(jìn)行檢測(cè)，一般采用A 型試片作為對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的探測(cè)能力的評(píng)估工具。設(shè)備啟動(dòng)后，將A試片置于轉(zhuǎn)向節(jié)的表面，正常進(jìn)行通電、噴淋，如果刻痕能夠被清晰的顯示出來(lái)，便能證明整個(gè)系統(tǒng)是有效的。

退磁

磁性會(huì)導(dǎo)致機(jī)加工過(guò)程中出現(xiàn)鐵屑粘刀等問(wèn)題，因此，熒光磁粉探傷后適當(dāng)?shù)耐舜攀怯斜匾?。退磁方式與磁化方式、材料幾何形狀、材料種類以及允許的殘留磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。對(duì)于鍛件產(chǎn)品，退磁后的磁場(chǎng)強(qiáng)度H ≤2×10-4T。

如果工件檢測(cè)后要進(jìn)行熱處理等加熱到居里溫度以上的操作，就不需要額外的退磁操作。在制定的轉(zhuǎn)向節(jié)探傷工藝中，規(guī)定探傷完成后，操作者使用磁強(qiáng)計(jì)，對(duì)退磁后的轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行100%測(cè)量，剩磁量H ≤2×10-4T 為合格。

結(jié)束語(yǔ)

鍛造、熱處理工藝特點(diǎn)決定鍛件產(chǎn)品的表面裂紋是無(wú)法避免的。對(duì)于一些重要產(chǎn)品，防止缺陷產(chǎn)品流入后道工序甚至客戶處，熒光磁粉探傷方式的有效性和可靠性至關(guān)重要。了解熒光磁粉探傷的影響因素后，就可以有目的的對(duì)磁粉探傷中的影響因素進(jìn)行控制，選擇最佳的指標(biāo)進(jìn)行控制。