煤矿窄轨车辆用弹簧原材料表面磁粉探伤方法的研究①

苏晓冰

摘要:通过对弹簧原材料表面缺陷的研究,采用表面喷漆新工艺,用磁粉对弹簧钢进行表面探伤,对表面状态不良的部件探伤提供较为成熟的经验

关键词:磁粉探伤弹簧缺陷

中图分类号:TG115 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0102-01

煤矿窄轨车辆热卷弹簧,在加热、卷制,热处理过程中,弹簧原材料表面浅的线状缺陷可随着表面氧化皮而脱落,但表面较深的线状缺陷将一直保留到弹簧的最终加工成品,在弹簧使用过程中,在拉力交变载荷的作用下,这些缺陷将成为弹簧疲劳断裂的应力集中点,将成为煤矿窄轨车辆安全运行的隐患。另一方面,处于弹簧外圈的线状缺陷,在弹簧卷制过程中,因受拉应力,在经淬火,线状缺陷无论从长度和深度都有扩展的趋势,更严重的威胁着弹簧使用的安全可靠性。因此,弹簧卷制前原材料的表面探伤是确保弹簧质量重要的检验工序。

1探伤设备及探伤方法

探伤设备包括磁化电源和探伤装置两部分,磁化电源一般选用CYD-5000型,交流输出最大有效值为3500A,负载条件为4根长5m、截面为95mm2的铜芯软电缆,两根并在一起可以得到190mm2的电流截面,总长度为10m,由于电源采用了逻辑电路和电子时间控制电路,并利用调整可控硅导通角的大小来调整磁化电流的大小。因此,避免了调压变压器调整大电流时容易烧坏的不利方面。

探伤方法:采用交流直接通电轴向磁化的方法,电流由电缆通过钳形夹头、被探杆件构成电回路,探测杆件表面纵向线状缺陷。磁痕显示采用湿法显示。磁粉粒度为260目～320目,磁粉的磁性称量为6g～8g,磁悬液为煤油,变压器油1∶1混合,磁悬液浓度为16～21g/L。

2探伤前的准备,表面状态的处理

由于材料长期运输及露天存放,除表面热轧过程中产生的氧化皮外,还有不同程度的锈蚀、锈斑等异物,由于底衬不好,容易造成操作者眼睛疲劳,难免造成漏检,为此,我们采用表面喷漆新工艺。

3磁化电流规范及灵敏度的确定

关于周向磁化电流的选择,一般根据装置的特性,试件的磁特性、形状、尺寸、表面状况、缺陷性质等,结合标准确定施加磁粉的磁化时间及需要的磁场方向和磁场强度,然后选定磁化方法,磁化电流的种类、电流值及有效的探伤范围,在检查磁场方向和磁场强度时,原则上可选则A型或C型标准灵敏度试片来检查。

周向磁化电流的选择是有差异的,但是周向磁化电流的选择应遵循这样一个原则:被探缺陷处的漏磁场强度B或由漏磁场强度B所产生的力f,足以能吸附施加在被探件表面上流动性能良好,符合一定标准的磁粉细小颗粒,并且有足够的量,便于肉眼观察到,这样才能达到磁粉探伤的目的。

通过分析,影响磁粉探伤的因素可分为两部分:一部分为已知条件,被探材料的磁特性,如Bm、Hc、Br、u等,另一部分为未知条件,是我们要检测的缺陷,因此,影响因素不能全然兼顾。但是,对于某一种材料,根据B-H曲线和实际测量所得到的磁特性参数,可以得到外加磁场强度H的数值,然后再根据计算公式I=HD/4得到较为合理的磁化电流值。这个磁化电流所产生的磁场强度H及Bm是最大的值,而低于这个值不等于不能发现表面或近表面的缺陷,这主要取决于缺陷本身的情况。假如,缺陷处的漏磁场强度B及漏磁场强度B所产生的力f,足以吸附磁粉,缺陷同样能够被发现,这就说明,显示一个缺陷的电流值是有一个范围的。

根據以上分析,热卷弹簧常用的金属材料为60Si2Mn,此种材料的供货状态的磁特性参数为:Hc920A/m、Br0.084T、Bm1.64T、Bm所对应的H值为2560～3200A/m。因此,Bm值不易确定,H值取2560～3200A/m之范围。根据公式I=HD/4计算,I=(8～10)Do为验证以上电流规范,做试验如下:将φ36mm,L=500mm的60Si2Mn圆棒放在床式探伤机上,将15/50umA型标准灵敏度试片贴在圆棒中间部位,调整电流有效值,使试片两个纵向1/4圆弧显示清晰,则发现从180A～1200A均能显示清晰,按φ36mm计算,相当于I=(5～33)Do。试验说明实际显示的电流规范比计算的电流规范要宽。

根据以上试验分析,证明此探伤完全适用于煤矿窄轨车辆所用φ12mm～45mm,L=1.5m～5.5m弹簧原材料的表面磁粉探伤。可一次通电即使棒料的通身缺陷暴露无疑,不会造成漏检,最小可发现长度为1mm～2mm的纵向细小裂纹,具有工作效率高,判伤清晰等特点,一根5.5m长的料,只需3min～5min即可检测完毕。

4表面磁痕显示特征及缺陷评价的可靠性分析

在用于弹簧的热轧棒料的表面磁粉探伤过程中,包括弹簧卷制后,经热处理最终成品的弹簧表面磁粉探伤,从没发现周向的线状缺陷,纵向的表面磁痕显示主要有一下几种。

(1)6mm以下细小轻微的线状显示,最小长度为1mm～2mm。

(2)细小纵向线状缺陷显示组成的贯穿型带状。

(3)纵向线状通身缺陷。

(4)纵向向一母线上断续线状缺陷。

(5)向一截面上两条及以上的纵向线状缺陷显示。

(6)锯齿形及稍弯曲状纵向线状缺陷。

以上缺陷均在轧制过程中形成,细小线状缺陷是由于夹杂物,气孔或针孔经轧制而形成的发纹。较长或通身的线状缺陷则是轧制过程中形成的折叠,锯齿形或稍弯曲状的纵向线状缺陷则是在轧制过程中产生的裂纹。线状缺陷的深度经表面消除及横向解刨金相测量,一般深度为0.3mm～0.6mm,最深为0.5mm～0.6mm,磁痕轻微显示的深度为0.2mm以下。

通过较长棒料表面磁粉探伤的实践,使我们对探伤设备、探伤方法、磁化电流的选择,表面喷漆工艺都有了新的认识,特别是表面喷漆探伤,对表面状态不良的部件探伤提供较为成熟的经验。

参考文献

[1] 中国机械工程学会无损检测学会.无损检测概论[M].北京:机械工业出版社,1993.

[2] 戚正风.金属材料学[M].北京:机械工业出版社,1987.

[3] 宋志哲.磁粉检测[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2007.

[4] JB/T6063-1992.磁粉探伤用磁粉技术条件[S].

[5] JB/T7367-1994.圆柱螺旋压缩弹簧磁粉探伤方法[S].