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(1.江蘇徐工工程機械研究院有限公司,徐州 221004;2.徐州徐工施維英機械有限公司,徐州 221004;3.徐州徐工環(huán)境技術(shù)有限公司,徐州 221004;4.徐州徐工基礎(chǔ)工程機械有限公司,徐州 221004)
起重機械臂架、鉆進機械鉆桿等工程機械的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件在工作中承受著關(guān)鍵載荷,其品質(zhì)極大地關(guān)系到工程進度及人身安全。
工程機械結(jié)構(gòu)件有焊件、鑄件、鍛件及熱處理件等多種形式,結(jié)構(gòu)復(fù)雜;對比超聲檢測、射線檢測及渦流檢測等其他無損檢測方法,磁粉檢測及滲透檢測方法具有對受檢工件結(jié)構(gòu)要求低、檢測成本低、操作簡單、表面檢測靈敏度高且適用于現(xiàn)場檢測的優(yōu)點,在工程機械關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的無損檢測中應(yīng)用廣泛,且具有很好的檢測效果。
筆者以臂架、鉆桿、裙閥等典型工程結(jié)構(gòu)件為對象,介紹了磁粉檢測及滲透檢測在工程機械制造中的應(yīng)用。
磁粉檢測的原理是:鐵磁性工件被磁化后,由于不連續(xù)性的存在,工件表面和近表面的磁力線會發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場;漏磁場吸附施加在工件表面的磁粉,在合適的光照下形成目視可見的磁痕,從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度[1]。
檢測工藝包括預(yù)處理、磁化工件(磁化方法、規(guī)范、時機)、施加磁粉(干法或濕法、連續(xù)法或剩磁法)、磁痕分析、退磁及后處理等過程。文章實例中采用交流磁軛法對工件進行磁化,設(shè)備型號為CDX-Ⅲ,提升力大于45 N,磁化時間為1~3 s。選用黑水磁懸液,濃度為10~25 g·L-1,施加方法為噴灑;為增強對比度,采用FC-5反差增強劑;為提高檢測靈敏度,采用A1型標(biāo)準(zhǔn)試片。檢測標(biāo)準(zhǔn)采用NB/T 47013.4-2015《承壓設(shè)備無損檢測 第4部分:磁粉檢測》,質(zhì)量等級要求Ⅰ級合格。
滲透檢測的原理[2]是:利用液體的毛細管作用,將滲透液滲入固體材料表面開口缺陷處;再通過顯像劑將滲入的滲透液析出到表面而顯示缺陷的存在。其探傷工藝包括預(yù)處理、施加滲透劑、去除多余滲透劑、干燥、施加顯像劑及觀察評定等過程。文章實例中檢測溫度為10~50 ℃,滲透劑、清洗劑、顯像劑型號為DPT-5,滲透劑施加方法為噴涂,滲透時間大于10 min,采用擦除法去除多余滲透劑;顯像劑施加方法為噴涂,顯像時間大于7 min。檢測標(biāo)準(zhǔn)采用NB/T 47013.5-2015《承壓設(shè)備無損檢測 第5部分:滲透檢測》,質(zhì)量等級要求Ⅰ級合格。
工程機械結(jié)構(gòu)件80%以上為焊接件,如起重機吊臂、挖掘機動臂、攤鋪機熨平板、壓路機壓輪等。焊接件缺陷主要為焊縫尺寸超差、咬邊、未焊透、未熔合、氣孔、夾雜、裂紋等。在很多場合,無法采用超聲檢測等方法來檢測此類焊接件。
驅(qū)動套是旋挖鉆機工作裝置中的關(guān)鍵零部件,在鉆桿鉆進過程中,動力頭中的驅(qū)動套帶動鉆桿,產(chǎn)生扭矩,在液壓油缸的加壓力作用下,旋轉(zhuǎn)掘進。驅(qū)動套主要由筒體及牙板焊接而成,筒體材料一般是27SiMn,牙板材料一般是35CrMo。在鉆進過程中,由于受到鉆桿極大的反作用力以及沖擊與振動的作用,牙板容易出現(xiàn)磨損及斷裂失效,影響施工進度及質(zhì)量。圖1為工作一定時間后的某驅(qū)動套牙板,采用滲透檢測方法檢測發(fā)現(xiàn)的貫穿性裂紋(在牙板中部位置)。
圖1 某驅(qū)動套實物及其滲透檢測結(jié)果
吊臂是起重機的關(guān)鍵受力結(jié)構(gòu)件,桁架式吊臂主要由角鋼、鋼管或異型鋼管等型材焊接而成,通常使用柔性的鋼絲繩牽拉吊臂頂部實現(xiàn)變幅,因此桁架臂是受到壓應(yīng)力的雙向壓彎構(gòu)件。由于桁架的結(jié)構(gòu)特點,鋼管之間的對接焊縫為相貫線,且焊縫短小,焊接操作不便。在起弧與收弧搭接處,容易出現(xiàn)氣孔、夾渣缺陷,甚至出現(xiàn)危害嚴(yán)重的裂紋。圖2為起重機桁架臂的滲透檢測結(jié)果示例。
圖2 桁架臂的滲透檢測結(jié)果示例
鑄件在工程機械結(jié)構(gòu)件中占的比例很小,主要用于復(fù)雜位置結(jié)構(gòu)的連接或承載,如汽車起重機平衡梁、混凝土泵車S閥、裙閥等。
裙閥形狀類似裙子,進料口小,出料口大。混凝土泵送時,裙閥有一半填充了混凝土,減少了磨損。裙閥在鑄造后,還需再經(jīng)熱處理加工。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且壁厚不均,裙閥在鑄造及熱處理過程中有產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險,在裝機泵送混凝土過程中,裂紋又易發(fā)生擴展導(dǎo)致裙閥斷裂,發(fā)生嚴(yán)重的質(zhì)量事故。因此,裙閥在鑄造完成后,必須經(jīng)過無損檢測合格后方能使用。由于裙閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且鑄造完成后要經(jīng)過噴砂處理,因此無損檢測以磁粉檢測為主,需檢出表面及近表面的缺陷。裙閥在檢測過程中,要提前噴灑反差增強劑來提高對比度,磁化方法采用磁軛法,磁懸液采用黑水磁懸液,某裙閥的檢測結(jié)果如圖3所示。
圖3 某裙閥的磁粉檢測結(jié)果
工程機械結(jié)構(gòu)件中,銷軸、鉆桿等均為熱處理工件。工廠某一批次鉆機鉆桿在裝機過程中,發(fā)現(xiàn)在接頭螺紋口處存在肉眼可見裂紋,因此為保證品質(zhì)及安全,采用磁粉檢測方法對該批次所有鉆桿進行檢測。鉆桿在檢測過程中,提前噴灑反差增強劑提高對比度,磁化方法采用磁軛法,磁懸液采用黑水磁懸液,檢測結(jié)果如圖4所示。
圖4 某批次鉆桿的磁粉檢測結(jié)果
從檢測結(jié)果中,發(fā)現(xiàn)裂紋主要位于鉆桿母螺紋口處,有徑向、周向及斜向裂紋,裂紋大小不一,部分裂紋貫穿整個壁厚。同時公螺紋口處也發(fā)現(xiàn)少量細小裂紋,并均為周向。
鉆桿在工作過程中承受巨大的內(nèi)外壓、扭曲、彎曲及振動等載荷,裂紋的存在對施工作業(yè)有極大的危害,特別是母螺紋口處的裂紋易導(dǎo)致鉆桿脫扣。
磁粉檢測與滲透檢測方法對受檢件結(jié)構(gòu)形式要求低、檢測成本低、操作簡單且適于現(xiàn)場檢測,在工程機械關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的無損探傷中發(fā)揮了重要作用。隨著工程機械對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件質(zhì)量要求的逐步提高,磁粉檢測與滲透檢測的應(yīng)用將會日益增多。