著色探傷在碳化鎢輥環上的應用

王紅軍，石 宇，侯 強

（邯鄲鋼鐵集團有限公司大型軋鋼廠，河北邯鄲 056015）

0 引言

無損檢測技術（Nondestructive Testing，NDT）是一門新興的綜合性應用學科,它是在不破壞或損壞被檢測對象的前提下,利用材料內部結構異?；蛉毕荽嬖谒鸬膶帷⒙?、光、電、磁等反應的變化,來探測各種工程材料、零部件、結構件等內部和表面缺陷，對缺陷的類型、位置、數量、尺寸、分布、變化以及形狀和位置做出準確的判斷，并根據判斷結果做出相應的評價[1]。

隨著科技水平的不斷提高，探傷工藝以及質量控制方法不斷得以完善，而新型探傷劑的發明使得滲透探傷方式的應用領域逐漸拓展。將液體滲透液涂抹在非多孔性固體材料的開口缺陷上，然后用去除劑清除多余滲透液后，用顯像劑表示出缺陷，包括預處理、滲透、去除、干燥、顯像、檢驗和后處理共7個步驟。滲透檢測方法簡單、成本低，缺陷顯示直觀，檢測靈敏度高，可檢測的材料與缺陷范圍廣,一次操作可檢測多個零件[2]。滲透探傷憑借其獨特的檢測特性已經成功地應用于多孔件和高溫件的質量控制檢測中，滲透探傷項目已超過磁粉探傷項目，在某些航空領域也得到了有效應用，并成為保證產品表面質量的主要手段。

1 碳化鎢輥環裂紋產生原因分析

邯鋼集團公司生產的型棒線材及板材聞名全國，是主要的優質材生產基地，也是河鋼集團重點發展的核心企業。目前，在高速線材軋機上普遍使用碳化鎢輥環。碳化鎢輥環是一種硬質合金，不僅具有較強的耐磨性和沖擊性，而且其脆性和硬度也較高。其采用粉末冶金的方式將鈷和碳化鎢等材料進行煉制，素有金屬工業陶瓷的美稱。高速線材軋機使用碳化鎢輥環，既能保證成品精度，又可提高產品表面質量穩定性。

碳化鎢輥環在使用過程中，由于過度使用、磨損嚴重以及加工過程中加工深度淺等原因，軋槽表面會產生麻面、褶皺、凸線、裂紋等缺陷。

高速線材軋機的生產速度可以達到90 m/s。在進行軋制的過程中，熱軋件會與輥環表面產生接觸，在熱應力的影響下，輥環會發生膨脹，但由于心部溫度較低，其表面會承受較大的壓應力。在高壓水冷卻作用下，輥環表面又會承受拉應力。長時間受高頻熱應力的作用，會導致輥環表面出現因熱疲勞而引發的損傷，交替反復出現的熱應力和環向軋制應力，會使輥環表面應力變化幅度不斷增大。輥環表面一旦因熱疲勞而出現裂紋源，就會在各種應力的作用下向軸心擴展，同時也會朝著環向生成長裂紋。在生產過程中，各類設備和工藝事故會造成在碳化鎢輥環區域頂鋼，使高溫軋件包裹碳化鎢輥環，從而使輥環長時間接觸高溫軋件；同時，導衛距輥環太近、輥環摩擦導衛等，也會使輥環局部高溫，造成細小熱裂紋。

材料的強度會隨著軋槽表面產生的微觀裂紋而不斷下降：當裂紋深度為3 mm 時，材料的強度會降至200～300 MPa；當裂紋深度為2 mm 時，材料的強度會降至250～350 MPa；當裂紋深度為1 mm 時，材料的強度會降至300～500 MPa。

在進行機加工和孔型修磨的過程中，修磨的精度會影響輥環的接觸疲勞強度。加工刃痕的存在，必將引起應力集中，在接觸應力作用下產生裂紋。

另外，在各類搬運過程中的磕碰、摔砸，造成輥環掉塊或形成裂紋隱患。

2 著色探傷原理及在碳化鎢輥環上的應用

由于碳化鎢輥環材質是工業陶瓷，其致密度很高，僅靠肉眼或放大鏡很難觀察到輥環上存在的微裂紋。前期的事故輥環在考慮熱應力后僅作時效處理，放置3 個月后加大一級修磨量，繼續上線投入使用，以減少輥耗。但在生產中多次發生突發碎輥的惡性事故，在排查原因和事故分析后發現，輥環存在沒有修磨干凈的微裂紋。對此，經過比對，決定采取無損著色探傷的方法對輥環進行檢驗，提前檢驗并發現輥環裂紋。見圖1。

圖1 輥環裂紋檢驗效果

著色探傷基于毛細管現象實現。首先將碳化鎢輥環表面用專用清洗劑清潔干凈，待輥環表面干燥后，涂上具有高滲透能力的滲透著色劑，使之滲入到輥環表面裂紋內，滲透時間保持在10～20 min，滲透過程中要保證輥環表面滲透液充足。然后再次使用專用清洗劑將輥環表面擦拭干凈，擦拭過程既不可用力過輕，導致無法擦掉多余的滲透液，也不可以用力過重，將缺陷處的滲透劑擦拭掉，導致后期無法顯示缺陷。待輥環表面再次干燥后，噴涂顯像劑。浸入裂紋的著色劑，由于毛細管現象上滲到顯像劑中，達到呈現缺陷的作用。

在滲透探傷的過程中，還需要考慮溫度的因素：①在熱脹冷縮的原理下，當輥環表面溫度不斷上升時，裂紋會隨溫度的上升而膨脹，導致裂紋的寬度和開口增大，滲透能力提升的同時，裂紋對比效果也較為顯著。但是過寬的裂紋開口不僅會降低檢測的靈敏度，還會導致毛細作用的喪失；②提升輥環表面的溫度，可以對輥環進行加熱，溫度的提升不僅可以提升滲透劑的流動性，還能降低它的黏度，從而提高滲透能力。因此，輥環表面溫度對輥環裂紋滲透檢測有很大影響。溫度低，檢測靈敏度降低，裂紋易漏檢，但溫度過高，會使滲透劑干燥過程加快，無法保證滲透效果，最適宜的溫度范圍控制在10～50 ℃。

3 著色探傷應用效果

通過對存在局部受熱隱患的輥環、新加工的小規格專用輥環表面裂紋的檢測，發生惡性碎輥、裂輥的概率大幅降低，由于碎輥、裂輥事故導致的事故時間和成本損失明顯降低，廢、次、降產品明顯減少。其中，12 月份由于提前檢測裂紋，存在微裂紋的輥環不再上線，未發生碎輥、裂輥事故，產品的合格率明顯提高（圖2）。

圖2 采用著色探傷前后指標對比

4 結束語

著色探傷檢測具有成本較低且便于操作，可以快速檢驗輥環表面裂紋的優點，經過使用著色無損探傷檢驗輥環微裂紋后，杜絕了由于微裂紋造成的碎輥事故，在很大程度上降低了生產成本，促使企業經濟效益得到穩步提升。