著色探傷在碳化鎢輥環(huán)上的應(yīng)用

王紅軍，石 宇，侯 強

（邯鄲鋼鐵集團有限公司大型軋鋼廠，河北邯鄲 056015）

0 引言

無損檢測技術(shù)（Nondestructive Testing，NDT）是一門新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科,它是在不破壞或損壞被檢測對象的前提下,利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常或缺陷存在所引起的對熱、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化,來探測各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件等內(nèi)部和表面缺陷，對缺陷的類型、位置、數(shù)量、尺寸、分布、變化以及形狀和位置做出準(zhǔn)確的判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果做出相應(yīng)的評價[1]。

隨著科技水平的不斷提高，探傷工藝以及質(zhì)量控制方法不斷得以完善，而新型探傷劑的發(fā)明使得滲透探傷方式的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓展。將液體滲透液涂抹在非多孔性固體材料的開口缺陷上，然后用去除劑清除多余滲透液后，用顯像劑表示出缺陷，包括預(yù)處理、滲透、去除、干燥、顯像、檢驗和后處理共7個步驟。滲透檢測方法簡單、成本低，缺陷顯示直觀，檢測靈敏度高，可檢測的材料與缺陷范圍廣,一次操作可檢測多個零件[2]。滲透探傷憑借其獨特的檢測特性已經(jīng)成功地應(yīng)用于多孔件和高溫件的質(zhì)量控制檢測中，滲透探傷項目已超過磁粉探傷項目，在某些航空領(lǐng)域也得到了有效應(yīng)用，并成為保證產(chǎn)品表面質(zhì)量的主要手段。

1 碳化鎢輥環(huán)裂紋產(chǎn)生原因分析

邯鋼集團公司生產(chǎn)的型棒線材及板材聞名全國，是主要的優(yōu)質(zhì)材生產(chǎn)基地，也是河鋼集團重點發(fā)展的核心企業(yè)。目前，在高速線材軋機上普遍使用碳化鎢輥環(huán)。碳化鎢輥環(huán)是一種硬質(zhì)合金，不僅具有較強的耐磨性和沖擊性，而且其脆性和硬度也較高。其采用粉末冶金的方式將鈷和碳化鎢等材料進行煉制，素有金屬工業(yè)陶瓷的美稱。高速線材軋機使用碳化鎢輥環(huán)，既能保證成品精度，又可提高產(chǎn)品表面質(zhì)量穩(wěn)定性。

碳化鎢輥環(huán)在使用過程中，由于過度使用、磨損嚴(yán)重以及加工過程中加工深度淺等原因，軋槽表面會產(chǎn)生麻面、褶皺、凸線、裂紋等缺陷。

高速線材軋機的生產(chǎn)速度可以達到90 m/s。在進行軋制的過程中，熱軋件會與輥環(huán)表面產(chǎn)生接觸，在熱應(yīng)力的影響下，輥環(huán)會發(fā)生膨脹，但由于心部溫度較低，其表面會承受較大的壓應(yīng)力。在高壓水冷卻作用下，輥環(huán)表面又會承受拉應(yīng)力。長時間受高頻熱應(yīng)力的作用，會導(dǎo)致輥環(huán)表面出現(xiàn)因熱疲勞而引發(fā)的損傷，交替反復(fù)出現(xiàn)的熱應(yīng)力和環(huán)向軋制應(yīng)力，會使輥環(huán)表面應(yīng)力變化幅度不斷增大。輥環(huán)表面一旦因熱疲勞而出現(xiàn)裂紋源，就會在各種應(yīng)力的作用下向軸心擴展，同時也會朝著環(huán)向生成長裂紋。在生產(chǎn)過程中，各類設(shè)備和工藝事故會造成在碳化鎢輥環(huán)區(qū)域頂鋼，使高溫軋件包裹碳化鎢輥環(huán)，從而使輥環(huán)長時間接觸高溫軋件；同時，導(dǎo)衛(wèi)距輥環(huán)太近、輥環(huán)摩擦導(dǎo)衛(wèi)等，也會使輥環(huán)局部高溫，造成細小熱裂紋。

材料的強度會隨著軋槽表面產(chǎn)生的微觀裂紋而不斷下降：當(dāng)裂紋深度為3 mm 時，材料的強度會降至200～300 MPa；當(dāng)裂紋深度為2 mm 時，材料的強度會降至250～350 MPa；當(dāng)裂紋深度為1 mm 時，材料的強度會降至300～500 MPa。

在進行機加工和孔型修磨的過程中，修磨的精度會影響輥環(huán)的接觸疲勞強度。加工刃痕的存在，必將引起應(yīng)力集中，在接觸應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。

另外，在各類搬運過程中的磕碰、摔砸，造成輥環(huán)掉塊或形成裂紋隱患。

2 著色探傷原理及在碳化鎢輥環(huán)上的應(yīng)用

由于碳化鎢輥環(huán)材質(zhì)是工業(yè)陶瓷，其致密度很高，僅靠肉眼或放大鏡很難觀察到輥環(huán)上存在的微裂紋。前期的事故輥環(huán)在考慮熱應(yīng)力后僅作時效處理，放置3 個月后加大一級修磨量，繼續(xù)上線投入使用，以減少輥耗。但在生產(chǎn)中多次發(fā)生突發(fā)碎輥的惡性事故，在排查原因和事故分析后發(fā)現(xiàn)，輥環(huán)存在沒有修磨干凈的微裂紋。對此，經(jīng)過比對，決定采取無損著色探傷的方法對輥環(huán)進行檢驗，提前檢驗并發(fā)現(xiàn)輥環(huán)裂紋。見圖1。

圖1 輥環(huán)裂紋檢驗效果

著色探傷基于毛細管現(xiàn)象實現(xiàn)。首先將碳化鎢輥環(huán)表面用專用清洗劑清潔干凈，待輥環(huán)表面干燥后，涂上具有高滲透能力的滲透著色劑，使之滲入到輥環(huán)表面裂紋內(nèi)，滲透時間保持在10～20 min，滲透過程中要保證輥環(huán)表面滲透液充足。然后再次使用專用清洗劑將輥環(huán)表面擦拭干凈，擦拭過程既不可用力過輕，導(dǎo)致無法擦掉多余的滲透液，也不可以用力過重，將缺陷處的滲透劑擦拭掉，導(dǎo)致后期無法顯示缺陷。待輥環(huán)表面再次干燥后，噴涂顯像劑。浸入裂紋的著色劑，由于毛細管現(xiàn)象上滲到顯像劑中，達到呈現(xiàn)缺陷的作用。

在滲透探傷的過程中，還需要考慮溫度的因素：①在熱脹冷縮的原理下，當(dāng)輥環(huán)表面溫度不斷上升時，裂紋會隨溫度的上升而膨脹，導(dǎo)致裂紋的寬度和開口增大，滲透能力提升的同時，裂紋對比效果也較為顯著。但是過寬的裂紋開口不僅會降低檢測的靈敏度，還會導(dǎo)致毛細作用的喪失；②提升輥環(huán)表面的溫度，可以對輥環(huán)進行加熱，溫度的提升不僅可以提升滲透劑的流動性，還能降低它的黏度，從而提高滲透能力。因此，輥環(huán)表面溫度對輥環(huán)裂紋滲透檢測有很大影響。溫度低，檢測靈敏度降低，裂紋易漏檢，但溫度過高，會使?jié)B透劑干燥過程加快，無法保證滲透效果，最適宜的溫度范圍控制在10～50 ℃。

3 著色探傷應(yīng)用效果

通過對存在局部受熱隱患的輥環(huán)、新加工的小規(guī)格專用輥環(huán)表面裂紋的檢測，發(fā)生惡性碎輥、裂輥的概率大幅降低，由于碎輥、裂輥事故導(dǎo)致的事故時間和成本損失明顯降低，廢、次、降產(chǎn)品明顯減少。其中，12 月份由于提前檢測裂紋，存在微裂紋的輥環(huán)不再上線，未發(fā)生碎輥、裂輥事故，產(chǎn)品的合格率明顯提高（圖2）。

圖2 采用著色探傷前后指標(biāo)對比

4 結(jié)束語

著色探傷檢測具有成本較低且便于操作，可以快速檢驗輥環(huán)表面裂紋的優(yōu)點，經(jīng)過使用著色無損探傷檢驗輥環(huán)微裂紋后，杜絕了由于微裂紋造成的碎輥事故，在很大程度上降低了生產(chǎn)成本，促使企業(yè)經(jīng)濟效益得到穩(wěn)步提升。