磁粉探伤实例分析.doc

磁粉探伤实例分析夏纪真国营3007厂探伤室（1984）注：本文原来未曾公开发表过本文对两例磁粉探伤工艺进行了分析，对其存在问题及改进方法作了评述。第一例：飞机用球面管嘴模锻件该锻件材料为45#钢，形状如同三通管，见上图a。该锻件原模锻工艺为将加热好的35mm棒料如上图c所示置于300吨双盘摩擦压力机的下模型腔上，经二火一毛（即加热一次锻压一次，然后回炉加热后再锻压，最后在冲床上冲切毛边）。这样的放料方法不利于变形时的金属流动，容易在锻件大圆外分模线两侧的圆周面上产生折叠，这是由于金属卷流所造成，如上图b和下图（磁粉探伤的磁痕显示），其出现率经磁粉探伤发现达到15.3%左右。这种折叠因为经过两次模压，其缝隙紧密，锻后经正火处理，再经喷砂清理表面，仍难以用肉眼观察出来，而在后续机械加工时才能暴露造成报废。为此考虑采用磁粉探伤手段在模锻件毛坯上进行检查，一旦发现则可及时采取局部打磨方法消除（深度超过加工余量的则报废）。该折叠的特点是呈圆弧状并有规律地出现在锻件大圆外分模线两侧的圆周面上，因为使用的是Fe3O4黑磁粉，为了提高背景的对比度和避免表面粗糙度影响，在探伤前要先用砂轮磨去外分模线上的冲切毛刺并对外分模线两侧的圆周面用抛光轮作粗略抛光。探伤方法：使用TC-500型手提式磁粉探伤机，交流电直接通电连续法（沿大圆头轴向通电）的周向磁化检查。充磁电流为交流有效值500A，峰值电流可计算得到为21/2Ie=707A，按照I=HD/4得到H857A/cm=682(Oe)，基本符合HB/Z 5002-74的最严规范（15D）。磁悬液为25#变压器油50%+煤油50%，浓度为化学分析纯Fe3O4黑磁粉30克/升。探伤结果：共检查600件，发现有折叠的92件，经打磨修伤后复探直至缺陷清除干净为止，合计探伤1237件次，除了少数因缺陷过深超过加工余量而报废外，大部分锻件被挽救而避免了浪费。根据探伤结果和对原锻造工艺的分析，将原工艺改为先将35mm棒料经过一次热压扁，然后再放到模具型腔上进行模锻，如右图所示。由于工艺改进后坯料完全覆盖在型腔上，变形时金属流动均匀而不再产生折叠。对改进工艺后锻造的锻件又用磁粉探伤检查了125件，均未发现折叠，从而肯定了改进后锻造工艺的正确性。锻件经磁粉探伤后的退磁：利用磁粉探伤机配件中的线圈框架（纵向长度为14.5cm，直径19cm，见下图），将探头电缆端头用螺栓连接缠绕在框架上6匝作为退磁线圈。计算此时线圈的中心磁场强度H=(2NI)/5(l2+r2)1/2=217.5奥斯特（按电流有效值计算），1A/m=4/10 (Oe)，退磁电流500A，将锻件置于线圈内侧，在线圈通电的同时把锻件沿线圈轴向缓慢移出到距离线圈1米以外才结束通电，完成退磁。讨论：该探伤方法能有效地发现折叠，但仍存在下述缺点：该批锻件是在1980年检查的，那时手头尚没有A型试片和高斯计、磁强计，无法定量评估探伤灵敏度；那时尚没有条件使用高斯计、磁强计检查退磁效果，当时是以锻件不能吸附起回形针来判断是否已经退磁。 尽管如此，此次的磁粉探伤仍是利用无损探伤手段配合改进锻造工艺的一个很好的例证。第二例：氧气压缩机与气体膨胀机连杆螺栓氧气压缩机与气体膨胀机上的连杆螺栓要承受150Kgf/cm2以上的拉应力，是重要的承力件，曾因断裂造成危险事故，因此要求对外购的此种螺栓（更换用备件）作磁粉探伤检查。连杆螺栓的材料为40Cr，外形及尺寸见下图，图纸中规定应作磁粉探伤检查，不得有裂纹等缺陷。 磁粉探伤前的准备工作：将油封好的连杆螺栓用煤油清洗干净，螺纹部分要用软刷清洗，以便保证螺纹根部清洗干净。使用TC-500型手提式磁粉探伤机，首先进行交流电直接通电连续法（沿轴向通电）的周向磁化检查。充磁电流为交流有效值500A（约1820D），峰值电流可计算得到为21/2Ie=707A。磁悬液为25#变压器油50%+煤油50%，浓度为化学分析纯Fe3O4黑磁粉30克/升。发现杆部有纵向磁痕（裂纹和发纹）见下图。 然后作纵向磁化检查：利用磁粉探伤机配件中的线圈框架（纵向长度为14.5cm，直径19cm），将探头电缆端头用螺栓连接缠绕在框架上6匝作为磁化线圈，将连杆螺栓放置在线圈框架中用连续法检查有无存在横向缺陷，电流为交流500A（有效值）。退磁：周向磁化检查-纵向磁化检查完成后，对于未发现缺陷的连杆螺栓即作退磁处理，同样利用该磁化线圈，退磁电流为交流500A（有效值），将连杆螺栓置于线圈内侧，在线圈通电的同时把连杆螺栓沿线圈轴向缓慢移出到距离线圈1米以外才结束通电，完成退磁。探伤结果：共探测87件，发现纵向缺陷的有64件，均为发纹及裂纹，未发现有横向缺陷。据此向生产厂提出了索赔，避免了事故隐患和工厂的经济损失。讨论：该批连杆螺栓也是在1980年检查的，除了同上例一样因为没有A型试片和高斯计、磁强计而存在的缺点外，还有一个所使用标准是否恰当的问题。根据笔者的调研了解到，当时国内的氧气压缩机制造业对该类螺栓出厂检验仅仅是以1.5D的交流电周向磁化检查。从我们探伤检查的结果分析并结合以往螺栓断裂故障的分析来看，显然1.5D的磁化规范太低，而且还不做纵向磁化就更不合理了，因为连杆螺栓工作在高拉伸应力状况下，一旦存在横向缺陷则更加危险。但是我们采用了相近于20D的周向磁化规范，甚至超出了HB/Z 5002-74的最严规范（15D），看来也是偏高了。对于该连干螺栓采用纵向磁化的规范是否合适，我们根据英国标准BS6072-81来回顾：BS标准要求 NI=22000/(L/D) I取交流电有效值。本例的L/D=190/286.79和(183+18)/25=8.04，则NI=22000/6.793240，I=500A，则N=6.48匝，以及22000/8.042736，I=500A，则N=5.47匝，可见I=500A时取N=6匝是合适的。但是按HB/Z 5002-74磁粉探伤说明书第VII节第23条和第24条规定线圈中心磁场强度H=0.4NIcos/L (L-线圈长度，cm；N-线圈匝数；-线圈轴与其对角线夹角；I-电流强度，A)来看，在2(L/D)10的情况下，H=250(Oe)/3（连续法）83 Oe，因为线圈L=14.5cm，cos=14.5/(14.52+192)1/20.6，则83 Oe=0.4N5000.6/14.5，求得N3匝，因此按HB/Z 5002-74来说，本例在I=500A时取N=6匝是偏严了。但是按HB/Z72-83标准来说，因为要求NI=32000/(L/D),按电流有效值计算，本例的N应分别为9.4匝和8匝，按峰值电流计算则为6.7匝和5.6匝。至于英国BS标准与当时执行的航标在规范