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1、表 面 检 测 缺 陷 图 谱 的 特 征 分 析唐继红张小海(南昌航空工业学院测控工程系南昌 330034)摘要 表面检测能探测到材料表面或近表面人眼所不能察觉到的缺陷 , 是常规无损检测的一个重要组成部分。在收集了大量带有各种特征表面缺陷的航空零件的基础上 ,阐述利用荧光渗透、着色、磁粉等表面检测技术 , 选择最佳工艺规范 , 检测出工件表面缺陷的基本原理 , 并将其制成图谱。对实际应用有较好的参考意义。主题词 表面缺陷表面检测图谱1制作思路在工业生产中 , 机械零件的可靠性是一个非常重要的性能指标。为了防止事故的发生 , 就必须对零件进行严格的质量检测。表面检测技术就是常规无损检测技术之
2、一 , 由于它不仅能保障设备安全运转、节约原材料及工时 , 而且还具有设备简单、操作方便、检测快速、显示直观、易于判断、灵敏度高和重复性好等优点 , 所以在工业检验中得到了广泛的应用。近几十年来 , 虽然国内外对表面缺陷检测进行过不少的研究工作 , 但至今为止 , 还没有出版过一本完整的图谱 , 目前这方面的工作仍在进行中。我们从分析缺陷的成因入手 , 通过缺陷图谱的制作及分析 , 进而找出其对应关系 , 以便在实际工作中用来指导和改进检测的工艺。由于涡流检测的目视效果不佳 ,其检测结果不太适合照相记录 , 故图谱制作只选用了磁粉检测、渗透检测。在检测过程中标准有多种 , 根据本行业本系统的要
3、求 , 磁化检测按标准 HB Z72- 95 执行 , 渗透检测按 ZB 741- 87 标准执行。2表面缺陷分类通过对表面缺陷综合分析和评定 , 可以判断工件质量优劣。磁粉和渗透检测可发现的表面缺陷的形式、类别很多 , 这里依据加工和使用顺序将表面缺陷按表 1 分类。表 1表面缺陷分类表类别 加工工序 缺陷类型原材料中发纹、分层、拉痕、非金属夹杂、缩孔、白点、气孔、冷隔预制工件中焊接锻压铸造焊接裂纹、气孔、夹渣、冷裂纹、未焊透、未熔合锻造裂纹、锻造折叠铸造裂纹疏松、冷隔、夹渣、气孔后续工序 热处理机械加工淬火裂纹、渗碳裂纹磨削裂纹、矫正裂纹、过盈裂纹使用过程中 在役 疲劳裂纹、腐蚀裂纹、蠕变
4、裂纹3部分缺陷的图谱特征3. 1原材料缺陷磁痕3. 1. 1发纹是磁粉探伤经常遇到的一种原材料缺陷 , 它的形成主要是钢材中非金属夹杂、气孔在轧制和拉伸过程中随着金属的变形伸长而形成。发纹沿金属纤维方向分布 , 呈细而直的线状 , 有时亦随着纤维走向而弯曲 ; 发纹一般不太长 , 多在20 毫米以下 , 有呈连续线状 , 也有呈断续分布 (见图 1)。3. 1. 2分层是常见的缺陷 , 如钢锭中存在缩孔、疏松或密集的气泡 , 而在轧制时又没有焊合 , 则钢板在纵向或横向剪切时 , 可能91无损探伤 (双月刊 ) 2000 年第 6 期发现金属分为两部分 , 形成分层 (见图 2)。图 1柄管工
5、件上的发纹 (磁粉 )图 2非金属夹杂 (荧光渗透 )3. 1. 3气孔是零件浇铸时进入了气体 , 在铸件凝固时 , 气泡没能排出而在零件内部形成大致呈球形的缺陷。这种气孔在机加工后露出表面时渗透检测可发现。焊接时由于基体金属或焊料潮湿 , 清洗不干净等原因 , 也会产生气孔。如图 3 进行的着色法渗透检测所示。图 3叶片上的气孔 (着色渗透 )3. 2预制工序中缺陷3. 2. 1锻造缺陷 : 锻造裂纹产生的原因很多 , 属于锻造过程本身的原因有加热不当 , 操作不正确终锻温度太低 , 冷却速度太快等。锻造裂纹一般都比较严重 , 具有尖锐的根部或边缘 , 磁痕浓密清晰 , 呈折线或弯曲线状 ,
6、 如图 4 磁粉检测所示。锻造折叠的特征是一部分金属被卷折或搭叠在另一部分金属上产生的。磁痕呈圆弧形 (见图5)。图 4锻造缺陷 (磁粉 )图 5锻造折叠 (渗透 )图 6焊接裂纹 (渗透 )图 7焊接未溶合 (渗透 )3. 2. 2焊接缺陷 : 焊接裂纹是焊接结构上02无损探伤 (双月刊 ) 2000 年第 6 期危害最大的缺陷。焊缝上最常见的缺陷是未焊透和裂纹 , 可用渗透检测 (见图 7)。形成原因相当复杂 , 焊接裂纹主要有三种纵向裂纹 ; 横向裂纹 ; 树枝状裂纹 , 如图 6 着色法渗透检测所示。焊接裂纹的大小不一 , 长度由几毫米至数百毫米 , 深度较小者为几毫米 , 而较大者可
7、穿过整个焊缝厚度。磁粉探伤时其磁痕一般浓密 , 清晰可见 , 有的呈直线状 , 有的较弯曲等。未焊透是熔化金属和基体金属间及焊缝层间的没有熔合 (见图 7)。3. 3后续工序中缺陷后续工序中产生的缺陷有 : 铸造缺陷、热处理缺陷、机械加工缺陷等。3. 3. 1铸造缺陷 : 铸造缺陷包括铸造裂纹、疏松、冷隔、夹杂、气孔、冷裂纹等。其中裂纹产生的主要原因是铸件在铸模内凝固和冷却过程中 , 由于铸件部位的冷却速度不同 , 组织转变的快慢和收缩程度也不相同 , 从而产生一定的内应力 , 当其超过钢的强度极限时 , 就产生裂纹 (见图 8)。铸钢件中的气孔 , 是当熔化金属冷却凝固过程 , 在其中的气体
8、未及时排出所形成的孔穴。如图 9 为荧光渗透检测的铸造气孔。3. 3. 2热处理缺陷 : 淬火裂纹和渗碳裂纹。热处理是改变钢的性能的重要手段 , 通过加热、保温及冷却三个工艺过程 , 促使钢的内部组织发生变化 , 以获得需要的各种物理、化学性能。钢在加热过程中产生的裂纹 , 主要是淬火冷却时形成的。淬火裂纹产生的主要原因有材料本身的原因 ; 热处理方面的原因 ; 设计和加工制造方面的原因。淬火裂纹的磁痕特征是 , 一般呈细直线状 , 尾端尖细 , 梭角较多。磁痕比较深 ,磁痕浓密清晰。如图 10 所示。渗碳裂纹是由于结构钢工件渗碳后冷却过快 , 在热应力和组织应力的作用下 , 形成渗碳裂纹 ,
9、 如图 11 所示。图 8铸造裂纹 (磁粉 )图 9铸造气孔 (渗透 )图 10淬火裂纹 (磁粉 )图 11渗碳裂纹 (渗透 )3. 3. 3机械加工缺陷有 : 磨削裂纹、矫正裂纹、过盈裂纹等。(1) 磨削裂纹是工件在淬火或表面硬化后 , 为了获得较高的表面粗糙度 , 在热处理后需要进行磨削加工 , 由于材质的影响 ,当工件材质内部组织分布不均匀 , 易在磨削过程中沿脆性组织分布方向产生裂纹。12无损探伤 (双月刊 ) 2000 年第 6 期或由于热处理不当的影响 , 磨削加工时 , 磨削过度等都会产生磨削裂纹。磨削裂纹方向一般与磨削方向一致 , 磨削裂纹磁痕呈网状、鱼鳞状、放射状或平行线分布
10、。磨削裂纹也可用荧光渗透检测。如图 12、 13 磁粉检测所示。图 12磨削裂纹 (磁粉检测 )图 13磨削裂纹 (磁粉检测 )图 14过盈裂纹 (磁粉检测 )(2)过盈裂纹是在零部件装配过程中 ,特别是过盈配合时 , 如果选配不当 , 轴的过盈量过大 , 装配时孔承受较大的张应力。当其超过强度极限时 , 产生开裂形成过盈裂纹。有时虽未达到破坏的程度 , 这时的应力较大 , 不及时采取去应力处理 , 势必在氧化和电渡过程中 , 产生应力腐蚀裂纹或酸洗裂纹。过盈裂纹多出现在装配孔的外侧周围张力大的部位 , 开裂时一般较小 , 经过酸洗或氧化后逐渐发展扩大 , 深度较深 , 有时甚至出现贯穿裂纹
11、(见图 14)。磁痕特征 :磁粉聚集较快 , 磁粉堆积较高 , 浓厚紧密而集中 , 两端尖细 , 一般擦去磁粉后 , 在磁痕外有肉眼可见的裂纹痕迹。4使用过程中产生的缺陷使用中产生的缺陷主要有疲劳裂纹和蠕变裂纹。机械设备及其结构件中的许多部件 , 在使用过程中 , 多处于不同形式的往复或交变载荷下工作的 , 如轴类零件 , 齿轮及传动机构等。如果零件材料中存有成分偏析 , 组织不均匀等冶金缺陷 , 以及设计不良 , 表面粗糙度低 , 尖锐的沟槽和孔洞等 ,均有可能使工件在往复或交变应力的作用下造成应力集中 , 从而产生开裂即痕劳裂纹。工件在往复交变应力作用下产生的疲劳裂纹叫做应力疲劳裂纹。疲劳
12、裂纹通常在钢制件薄弱处即表面应力集中处产生 ,然后逐渐扩大 , 当疲劳的面积使工件的面积不能承受全部负荷时 , 即发生断裂 , 这种断裂往往破坏前无明显预兆 , 也无塑性变形现象。影响产生疲劳裂纹的因素有两条 :1工件材质 ; 2工件的制造工艺和工作条件。磁痕特征 : 磁痕聚集浓密而集中 , 显示清晰 , 磁痕中间粗大 , 呈两边对称延伸的曲线状。除去磁粉后 , 一般有肉眼可见的细纹痕迹。裂纹深度一般较深 , 空心圆轴严重时可以贯穿裂透。如图 15、 17 为磁粉检测所示 , 图 16 为着色法渗透检测。图 15齿轮疲劳裂纹 (磁粉 )22无损探伤 (双月刊 ) 2000 年第 6 期双胶片射
13、线照相技术试验研究阎建芳张俭许遵言(上海锅炉厂有限公司上海 200245)摘要 介绍了双胶片技术试验的方法和结果 , 对单片曝光、双片曝光 (有中屏 )单片观察和双片曝光 (无中屏 ) 单片观察等方法进行了比较 , 试验结果表明双胶片技术有它的优点 , 值得推广和使用。主题词 双胶片技术射线照相随着我国核电事业和生产技术的发展 ,我厂在生产 30 万 kW 核电产品的基础上又承制了秦山 期 60 万 kW 核电工程中的压力壳、蒸汽发生器和稳压器等主要承压部件 ,其中反应堆压力壳和稳压器是由中国核动力研究设计院设计的 , 它基本上等效采用了法国 RCC- M 规范。 RCC- M 规范全称压水堆
14、核岛机械设备设计和建造规则 , 是由法国核岛设备设计建造协会编制的。RCC - M 第六册 M C 篇检验方法中提出了“双胶片技术”这一概念 , 即射线检验时不仅要采用双胶片曝光 , 而且必须使用中屏 , 观片时也要用双片同时观察 , 这在无损检测标准中是独一无二的。考虑到 RCC - M 规范在核电制造领域的权威性和为了更好地保证射线检验的图 16疲劳裂纹 (渗透 )图 17多节轴疲劳裂纹 (磁粉 )5结论与展望渗透检测、磁粉检测是应用广泛的表面无损检测重要方法。可以通过磁痕或着色显示的结果直观的反映出缺陷的大小、种类和形状。因而 , 图谱的制作有利于对缺陷的形成原因、影响因素等作进一步的分析与探讨。作为一个出色的无损检测工程技术人员 , 不仅要能通过适当的检测手段准确无误地探测出缺陷 , 更需要进一步了解各种不同缺陷的成因 , 并能及时制定出预防和改进工艺的有效措施。参考文献1任吉林等 . 电磁检测 . 机械工业出版社 ,2000 年2董德玉 . 渗透检测 . 南昌航空工业学院 ,1987 年3美国无损检测手册 (渗透卷 ). 世界图书出版社 , 1994 年4美国无损检测手册 (磁粉卷 ). 世界图书出版社 , 1994 年5照相基本知识 . 群众出版社 , 1984 年32无损探伤 (双月刊 ) 2000 年第 6 期
