着色渗透检测在电子束焊接件上的应用

摘　要: 介绍着色渗透探伤法检测电子束焊焊缝表面裂纹的可行性, 结合渗透探伤理论制定了电子束焊 接齿圈规范性的渗透检测程序, 沧州欧谱实践证明该工艺方法在现场能够可靠、准确、有效地检测出电子束焊焊接缺 陷。

关键词: 着色渗透检测; 电子束焊; 齿圈; 裂纹

中图分类号: T G115. 28　文献标识码: A 　

文章编号: 167124423 (2004) 05239202

1　前言

齿圈是坦克变速箱上最常用且非常重要的部 件, 它在高承载力、高扭矩条件下运行, 其质量将直 接影响坦克的作战性能和寿命。我院承接的两种型 号的变速箱齿圈材质由齿轮(20C r2N i4A ) 和钢圈 (20 g 钢) 组成, 齿轮焊缝处外 (或内) 径分别为Á 352 mm 和Á 338 mm。齿轮与 6 mm 厚的 20 g 钢钢 圈采用电子束焊接(EBW )方法焊为一体, 其焊缝按 照××变速箱部件齿圈电子束焊接技术的要求, 根 据齿圈的材质、形状、结构特点进行现场着色渗透检 测。 

2　工艺及产生缺陷的特征

电子束焊接(EBW ) 是在真空状态下不依赖焊 材而直接用电子束在高压加速装置形成高功率, 通 过磁透镜会聚后得到很小的焦点的高速电子束流, 在当其撞击工件接缝处时, 动能转换为热能, 高能 量、高速的电子束流, 在很短时间内将两构件(同种 金属材料或异种金属材料)接触面附近的金属熔化, 实现金属焊接的目的。电子束焊接技术与其它焊接 技术相比, 以高熔透性、焊接变形小、宽深比大、热影 响区小、易实现自动化、焊接速度快、焊接厚件可不 开坡口、一次成形、焊接深度可达 30 mm 以上等优 点, 在航天、航空、兵器领域的制造、齿轮加工、精密 仪器及电子仪表制造方面得到广泛的应用。 焊接缺陷主要有裂纹、未焊透、焊偏、气孔。产生 的裂纹大部分是沿焊合面圆周方向以一定的面状形 态出现, 有一定的长度。未焊透在焊合面呈圆周分 布, 它的自身高度基本一致; 焊偏是电子束流偏向一 侧, 而另一侧金属熔化不够或未熔。

3　工艺规范

着色渗透检测一般分为水洗型着色渗透检测, 后乳化型着色渗透检测和溶剂去除型着色渗透检 测。鉴于受检齿圈材质、电子束焊接方法、齿轮的结 构特点、表面状况、工作环境及变速箱部件电子束焊 接技术要求, 决定选用溶剂型着色渗透检测法。现场 使用的便携式工具通常包括渗透剂、显像剂和清洗 剂ö去除剂的喷罐, 我们使用的是中日合资美柯达产 D PT - 5 型清洗剂、渗透剂、显像剂和 SM TöP - B 型三点式渗透探伤试块。 在检测工作开始前, 需用三点试块, 对同批同一 型号的渗透剂进行验证。 检测程序有七个基本操作步骤。

其工序流程为: 预处理→渗透→清洗去除→干燥→显像→观察 评定→后处理。

3. 1　焊缝表面的预处理 渗透探伤的成功与否, 很大程度上取决于受检 表面及缺陷是否受污染。沧州欧谱为使渗透液能有效地渗入 缺陷, 必须进行焊缝及焊缝两侧 10 mm 的临近表面 清理和预处理。因为渗透剂必须通过表面开口进入 到缺陷并产生可见的指示, 所有污染物会阻碍渗透 液进入缺陷, 清除焊缝表面的所有污染和表面开口 缺陷内的污染对渗透检测是非常重要的。主要污染 有: ①机加工零件抗腐蚀剂、润滑剂和其它含有有机 成分的液体; ②铁锈、飞溅金属; ③油污、油脂、灰尘。 具体做预清洗时, 一般在室温或近室温下使用清洗 剂, 对被清洗的表面可直接喷射, 用不起毛的布或毛 巾从工件表面除去污物和过量的溶剂。在渗透剂使 用前, 必须留有很长的时间来蒸发残留在表面上的 溶剂, 使受检表面干燥。

3. 2　渗透 依据工件尺寸、形状、数量确定是用喷灌法还是 用涂刷法施加渗透液, 渗透时要注意渗透时间和环 境温度。要保证被检部位完全被渗透液覆盖, 并在整 个渗透期内保持润湿状态。进行渗透处理的温度范 围为 15 ℃～ 50℃, 渗透时间 10 m in, 温度越低, 要 求滞流的时间就越长, 在 3 ℃～ 15℃范围时, 渗透时 间可延长到 12 m in～ 20 m in。因着色渗透剂不按性 能和可见度分级, 只能按灵敏度确定其差别, 并根据 自己的需要选择所要求的渗透剂, 不允许将不同种 类的探伤渗透液混合使用。　　　　　

3. 3　清洗去除 本操作要求从零件表面去除掉所有的渗透剂, 但不能将渗入缺陷中的渗透剂清洗出来, 防止过清 洗, 在现场检查中, 用清洁的无毛棉纱或不带毛的布 蘸清洗剂在同一方向擦除, 不允许用清洗剂直接冲 洗受检表面, 同时在擦试中不能向各个方向反复擦 拭。如表面是光滑的, 可用纸巾或抹布擦洗, 表面粗 糙可先用纸巾或抹布沾湿然后用它去擦拭工件。任 何时候都不能将清洗剂直接喷涂在被检件上, 以防 止对渗透剂的过度清洗。

3. 4　干燥 溶剂去除法渗透检测时, 应自然干燥, 不得加热 干燥, 干燥温度不能太高, 不宜超过 50℃。干燥时间 7 m in～ 10 m in, 过度干燥会造成渗透液中染料变 质, 将缺陷中渗透液烘干, 不能形成缺陷显示。

3. 5　显像 显像过程是利用显像剂将缺陷处渗透剂吸附至 零件表面加以放大, 产生清晰可见的缺陷指示(图 像) , 是渗透检测中一个重要环节, 压力喷罐中显像 剂使用前必须彻底摇匀, 使显像粉末在挥发溶剂中 得到充分均匀的溶解、悬浮。确保施加到试件上时有 适当的显像剂粉粒悬浮在溶剂中[ 1 ]。喷涂前最好进 行一次试喷。喷射方向与受检表面有一定夹角, 喷射 距离离被检面 400 mm 为好, 使显像剂薄而均匀地 覆盖在焊缝表面上, 不能在同一处反复多次喷涂。

3. 6　观察与评定 观察显示迹痕应在显像剂施加后 10 m in～ 30 m in 内进行, 当出现显示迹痕时, 首先确定迹痕的真 伪, 在确定宏观指示的特征和大小过程中, 必要时用 5～ 10 倍放大镜观察并对缺陷迹痕记录, 如果显示 迹痕的大小不发生变化, 则可超过上述时间。迹痕观 察应在白光强度大于 350 lx 的条件下进行[ 2 ]。检测 完毕后, 对受检齿圈加以标记, 且标记的位置和方式 应对受检零件无损。

3. 7　后处理 检测结束后, 为防止残留显像剂腐蚀被检表面 或影响使用, 必要时对齿圈进行刷洗、喷水或用清洁 的棉纱、纸等物清除显像剂, 恢复工件原貌。

4　结论

从 1996 年起至今检测两种型号齿圈共约 220 件, 数字超声波探伤仪http://www.shuzichaoshengbotanshangyi.com发现两件 08. 11F2- 1 齿圈电子束焊缝有长约 15 mm～ 28 mm 的裂纹, 还发现 6 处有长约 15 mm 的径向裂纹, 裂纹从电子束焊缝处一直开裂到钢圈 中部。发现 08. 02F2- 1 型 1# 齿圈从端面看呈同心 圆分布的裂纹, 该裂纹长约 200 mm。

近年来, 现场 检测几百件电子束焊接齿圈, 结果证实用以上工艺 方法检测电子束焊焊缝表面裂纹是行之有效的。采 用溶剂去除型着色渗透法检测电子束焊缝的表面裂 纹是一种简单实用、经济可靠、能有效地控制电子束 焊接质量的方法。

参考文献: [1 ] 美国无损检测学会. 美国无损检测手册·渗透 卷[M ]. 美国无损检测手册译审委员会译. 上 海: 世界图书出版公司, 1994. 141 [ 2 ] JBöT 6062- 1992　焊缝渗透检验方法和缺 陷迹痕的分极[S ]