磁粉檢測與滲透檢測在工程機械結構件無損檢測中的應用

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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.徐州徐工環境技術有限公司，徐州 221004；4.徐州徐工基礎工程機械有限公司，徐州 221004)

起重機械臂架、鉆進機械鉆桿等工程機械的關鍵結構件在工作中承受著關鍵載荷，其品質極大地關系到工程進度及人身安全。

工程機械結構件有焊件、鑄件、鍛件及熱處理件等多種形式，結構復雜；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構要求低、檢測成本低、操作簡單、表面檢測靈敏度高且適用于現場檢測的優點，在工程機械關鍵結構件的無損檢測中應用廣泛，且具有很好的檢測效果。

筆者以臂架、鉆桿、裙閥等典型工程結構件為對象，介紹了磁粉檢測及滲透檢測在工程機械制造中的應用。

1 表面檢測原理及工藝

1.1 磁粉檢測原理及工藝

磁粉檢測的原理是:鐵磁性工件被磁化后，由于不連續性的存在，工件表面和近表面的磁力線會發生局部畸變而產生漏磁場；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，從而顯示出不連續性的位置、大小、形狀和嚴重程度[1]。

檢測工藝包括預處理、磁化工件(磁化方法、規范、時機)、施加磁粉(干法或濕法、連續法或剩磁法)、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型標準試片。檢測標準采用NB/T 47013.4-2015《承壓設備無損檢測 第4部分：磁粉檢測》，質量等級要求Ⅰ級合格。

1.2 滲透檢測原理及工藝

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。檢測標準采用NB/T 47013.5-2015《承壓設備無損檢測 第5部分:滲透檢測》，質量等級要求Ⅰ級合格。

2 典型結構件的檢測

2.1 焊接件的檢測

工程機械結構件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。

驅動套是旋挖鉆機工作裝置中的關鍵零部件，在鉆桿鉆進過程中，動力頭中的驅動套帶動鉆桿，產生扭矩，在液壓油缸的加壓力作用下，旋轉掘進。驅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，牙板容易出現磨損及斷裂失效，影響施工進度及質量。圖1為工作一定時間后的某驅動套牙板，采用滲透檢測方法檢測發現的貫穿性裂紋(在牙板中部位置)。

圖1 某驅動套實物及其滲透檢測結果

吊臂是起重機的關鍵受力結構件，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變幅，因此桁架臂是受到壓應力的雙向壓彎構件。由于桁架的結構特點，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，容易出現氣孔、夾渣缺陷，甚至出現危害嚴重的裂紋。圖2為起重機桁架臂的滲透檢測結果示例。

圖2 桁架臂的滲透檢測結果示例

2.2 鑄件的檢測

鑄件在工程機械結構件中占的比例很小，主要用于復雜位置結構的連接或承載，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，還需再經熱處理加工。由于結構復雜且壁厚不均，裙閥在鑄造及熱處理過程中有產生裂紋的風險，在裝機泵送混凝土過程中，裂紋又易發生擴展導致裙閥斷裂，發生嚴重的質量事故。因此，裙閥在鑄造完成后，必須經過無損檢測合格后方能使用。由于裙閥結構復雜，且鑄造完成后要經過噴砂處理，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，某裙閥的檢測結果如圖3所示。

圖3 某裙閥的磁粉檢測結果

2.3 熱處理件的檢測

工程機械結構件中，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，發現在接頭螺紋口處存在肉眼可見裂紋，因此為保證品質及安全，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，檢測結果如圖4所示。

圖4 某批次鉆桿的磁粉檢測結果

從檢測結果中，發現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現少量細小裂紋，并均為周向。

鉆桿在工作過程中承受巨大的內外壓、扭曲、彎曲及振動等載荷，裂紋的存在對施工作業有極大的危害，特別是母螺紋口處的裂紋易導致鉆桿脫扣。

3 結論

磁粉檢測與滲透檢測方法對受檢件結構形式要求低、檢測成本低、操作簡單且適于現場檢測，在工程機械關鍵結構件的無損探傷中發揮了重要作用。隨著工程機械對關鍵結構件質量要求的逐步提高，磁粉檢測與滲透檢測的應用將會日益增多。