堆焊修復(fù)合金支承輥的無(wú)損檢測(cè)分析

堆焊修復(fù)是一種常用于修復(fù)磨損或損壞表面的金屬零件的修復(fù)工藝，合金支承輥是用于工業(yè)設(shè)備中的重要零部件，由于長(zhǎng)期高負(fù)荷、高速運(yùn)轉(zhuǎn)以及惡劣的工作環(huán)境，其表面可能會(huì)受到磨損、腐蝕或其他損傷，為了恢復(fù)其使用功能和延長(zhǎng)使用壽命，常常采用堆焊修復(fù)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。無(wú)損檢測(cè)（Non-Destructive Testing，NDT）是一種用于評(píng)估材料、零部件或系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、性能或缺陷的檢測(cè)技術(shù)，無(wú)需破壞或改變其原有狀態(tài)，是一種非侵入性、非破壞性的檢測(cè)手段，通過(guò)利用物理、化學(xué)、聲學(xué)、電磁等原理或方法，對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行表面和內(nèi)部的檢測(cè)、分析和評(píng)估。通過(guò)對(duì)堆焊修復(fù)后的合金支承輥進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，能夠全面評(píng)估其表面和內(nèi)部的質(zhì)量狀況，發(fā)現(xiàn)潛在缺陷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)修復(fù)后可能存在的內(nèi)部缺陷，基于檢測(cè)結(jié)果制定更科學(xué)合理的維護(hù)計(jì)劃，避免不必要的維修和更換，節(jié)約維護(hù)成本。

一、堆焊前的無(wú)損檢測(cè)

1.1堆焊前主要缺陷

正常報(bào)廢軋輥指支承輥在正常使用中輥身直徑消耗磨損至軋機(jī)可用的最小直徑，正常報(bào)廢的支承輥輥面狀況為下機(jī)狀態(tài)，一般無(wú)表面宏觀缺陷，經(jīng)過(guò)少量車(chē)削即可滿足堆焊要求，在車(chē)削過(guò)程中由于進(jìn)刀量不合理、磨削速度過(guò)快、冷卻不足等原因，可能造成磨削裂紋，堆焊前不加以去除，在堆焊和使用中磨削裂紋作為疲勞源受熱應(yīng)力或軋制交變應(yīng)力的影響擴(kuò)展，將直接造成軋輥報(bào)廢及在機(jī)斷輥等重大事故。

非正常報(bào)廢軋輥指支承輥在使用中由于軋輥發(fā)生失效事故，無(wú)法繼續(xù)使用的情況，一般可堆焊修復(fù)的支承輥失效多為掉肩、剝落、掉肉、裂紋等局部損傷。堆焊修復(fù)前，一般根據(jù)局部損傷情況將整個(gè)圓周車(chē)削干凈，如堆焊直徑允許可將整個(gè)支承輥輥面車(chē)削至同等直徑，否則可根據(jù)損傷處情況與實(shí)際堆焊修復(fù)需求，車(chē)削成臺(tái)階狀以節(jié)約堆焊成本。在對(duì)原損傷車(chē)削過(guò)程中，根據(jù)目視可見(jiàn)損傷情況可輕易進(jìn)行有效車(chē)削，但是例如掉肉、裂紋（剝落）等損傷，在宏觀損傷之下存在延伸裂紋，尤其是裂紋末端，一般較小且閉合，肉眼難以觀測(cè)容易忽視。

1.2 堆焊前無(wú)損檢測(cè)方法研究

對(duì)被選為堆焊修復(fù)的支承輥，首先應(yīng)進(jìn)行超聲波檢測(cè)，確認(rèn)支承輥是否內(nèi)部是否存在原始缺陷，給堆焊修復(fù)和后期使用帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

一般采用數(shù)字式超聲波探傷儀，匹配低頻大晶片探頭（如1-1.25MHz，φ24-34mm的單晶直探頭）從軋輥整個(gè)外表面進(jìn)行徑向及軸向掃查，具體檢測(cè)參數(shù)可參考新品支承輥的超聲波檢測(cè)，此處不再贅述。

對(duì)于非正常報(bào)廢軋輥，應(yīng)在加工前對(duì)失效部位進(jìn)行額外檢測(cè)，尤其是裂紋等缺陷深度的檢測(cè)，防止損傷過(guò)深，經(jīng)車(chē)削后堆焊成本過(guò)高甚至無(wú)法堆焊的情況。

對(duì)輥面堆焊前的檢測(cè)，由于堆焊前輥面表面為磨削狀態(tài)，會(huì)存在明顯的車(chē)削痕跡，超聲表面波一般難以有效檢測(cè)，僅可用磁粉或滲透常規(guī)的表面無(wú)損檢測(cè)方法。

二、堆焊后的無(wú)損檢測(cè)

2.1 堆焊后主要缺陷

堆焊過(guò)程中主要缺陷與焊接缺陷類似，主要有氣孔、夾渣、焊接裂紋、層間未熔合為主的宏觀缺陷。同時(shí)由于高碳支承輥修復(fù)涉及到母材、打底層、工作層等多種不同材質(zhì)融合在一起，不可避免的會(huì)產(chǎn)生過(guò)渡層組織粗大、結(jié)合不良等微觀缺陷。

熱處理過(guò)程中主要缺陷一般為裂紋。例如經(jīng)過(guò)某修復(fù)廠家多次修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，在焊后保溫及熱處理過(guò)程中由于冷卻過(guò)快、保溫溫度不足等熱處理工藝問(wèn)題，在該類高碳合金堆焊修復(fù)支承輥尤其是厚板的大型支承輥，極易在輥面邊部形成圓周方向的環(huán)帶狀裂紋，裂紋從端部水平向工作層擴(kuò)展深度在數(shù)毫米至幾十厘米不等，一旦帶裂紋上機(jī)使用必將造成剝落乃至斷輥等惡性事故。

2.2 堆焊后的無(wú)損檢測(cè)方法研究

堆焊成品后，無(wú)損檢測(cè)方法主要針對(duì)表面無(wú)損檢測(cè)方法和內(nèi)部無(wú)損檢測(cè)方法。

2.2.1表面無(wú)損檢測(cè)方法研究

對(duì)于精磨的成品修復(fù)輥，如磨床帶有機(jī)載渦流探傷系統(tǒng)（一般在軋線配套的磨床上較多配套）可采用自動(dòng)渦流進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)材質(zhì)特性應(yīng)單獨(dú)校準(zhǔn)靈敏度；輥面表面缺陷手工檢測(cè)可以優(yōu)先采用超聲表面波進(jìn)行檢測(cè)。超聲表面波是沿著介質(zhì)表面和近表面?zhèn)鞑サ牟?，其質(zhì)點(diǎn)繞平衡位置做橢圓形震動(dòng)，其對(duì)表面裂紋檢出效率極高，通過(guò)橫豎交叉并互為相反的兩個(gè)方向進(jìn)行掃查，可以極快的完成整個(gè)輥面的掃查，對(duì)掃查到的缺陷可以通過(guò)蘸耦合劑快速定位，并通過(guò)磁粉、滲透、目視等其他表面無(wú)損檢測(cè)方法確認(rèn)缺陷形貌及類型。在進(jìn)行表面波檢測(cè)時(shí)要特別注意以下幾方面：

1）檢測(cè)面表面應(yīng)進(jìn)行精磨和清洗，表面粗糙度過(guò)大會(huì)造成表面波聲衰減嚴(yán)重和噪聲信號(hào)較高，使檢測(cè)效率降低或可靠性降低，表面油污等容易造成信號(hào)反射，造成誤判。

2）要根據(jù)被檢支承輥輥面材質(zhì)進(jìn)行靈敏度和有效檢測(cè)范圍的確認(rèn)，防止被檢材質(zhì)聲衰減明顯造成的檢測(cè)覆蓋范圍有效性不足。

3）每個(gè)被檢區(qū)域至少應(yīng)保證多個(gè)互成一定角度的聲束進(jìn)行有效掃查哦，保證各個(gè)方向的缺陷都被有效的檢出。

4）應(yīng)主要檢測(cè)區(qū)域的覆蓋，尤其是檢測(cè)掃查線上及圓周方向180°位置的有效掃查，防止漏檢。

對(duì)于表面狀態(tài)不能滿足表面波掃查要求或衰減較為嚴(yán)重的材質(zhì)，可采用滲透或者磁粉檢測(cè)，但檢測(cè)效率較低。

對(duì)于輥身端面的檢測(cè)主要為堆焊層、融合區(qū)和母材熱影響區(qū)。主要檢測(cè)缺陷類型為端面的不同材質(zhì)未熔合、裂紋及同材質(zhì)的層間未熔合、裂紋。

由于一般支承輥單邊使用厚度極少有超過(guò)100mm，加上過(guò)渡層，考慮熱影響區(qū)，實(shí)際檢測(cè)寬度不超過(guò)125mm，采用磁粉磁軛法可以較為快速的檢測(cè)端面缺陷，檢測(cè)時(shí)應(yīng)注意磁力線的交叉檢測(cè)，堆焊層應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注容易延圓周方向產(chǎn)生的未熔合及裂紋，母材熱影響區(qū)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注容易延徑向產(chǎn)生的裂紋。

高碳堆焊修復(fù)支承輥由于某些選用的過(guò)渡材料焊接成型后為奧氏體形態(tài)，與高碳母材和堆焊工作層的磁導(dǎo)率差異較大，在界面處形成磁痕非相關(guān)顯示，且該類磁痕顯示與裂紋形貌極為相似，檢測(cè)時(shí)要特別注意防止誤判。針對(duì)此類情況，應(yīng)采用滲透進(jìn)行復(fù)測(cè)，確認(rèn)磁痕為非相關(guān)顯示還是缺陷顯示；必要時(shí)也可通過(guò)顯微金相進(jìn)行進(jìn)一步分析。當(dāng)然，為減少檢測(cè)復(fù)雜度，有此類情況的堆焊修復(fù)支承輥端面檢測(cè)也可僅采用滲透檢測(cè)的方法，但應(yīng)特別注意檢測(cè)工藝的控制保證檢測(cè)質(zhì)量。

2.2.2內(nèi)部無(wú)損檢測(cè)方法研究

由于國(guó)內(nèi)還缺少針對(duì)堆焊修復(fù)支承輥統(tǒng)一的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)此類支承輥堆焊層的檢測(cè)，可以參考《GB/T6402鍛鋼件超聲波檢測(cè)方法》相關(guān)的技術(shù)要求和評(píng)定準(zhǔn)則，具體建議要求如下：

1）檢測(cè)儀器可采用數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀。

2）檢測(cè)頻率和探頭規(guī)格：

a. 工作層、過(guò)渡層、母材熱影響區(qū)直探頭檢測(cè)時(shí)頻率為2～5MHz，晶片直徑20-28mm，如B2S型軟保護(hù)膜探頭。

b. 近表面雙晶探頭檢測(cè)時(shí)頻率為2～5MHz，晶片有效面積不大于200mm²，如SEB2型探頭。

c. 斜探頭檢測(cè)時(shí)頻率為2～2.5MHz，晶片有效面積大于100～625mm²，聲束折射角應(yīng)在35～70o范圍內(nèi)，并優(yōu)先采用折射角為45o的斜探頭。

3）耦合劑：機(jī)油。

4）檢測(cè)比例：

a. 支承輥堆焊實(shí)際使用工作層100%掃查，該區(qū)域包括檢測(cè)面至支承輥報(bào)廢公稱直徑之間的實(shí)際距離。

b. 支承輥堆焊過(guò)渡層及母材熱影響區(qū)100%掃查，該區(qū)域包含去除支承輥實(shí)際使用工作層外的所有堆焊部位如打底層、過(guò)渡層、深挖部分補(bǔ)焊層以及首層堆焊起始面至母材方向10mm的熱影響區(qū)。

5）掃查方式：

a. 掃查時(shí)探頭應(yīng)沿支承輥輥身外表面進(jìn)行100%掃查。

b. 雙晶探頭掃查時(shí)探頭移動(dòng)方向應(yīng)垂直于堆焊方向，并保證分隔壓電元件的隔聲層平行于堆焊方向。

c. 斜探頭掃查時(shí)，探頭聲束及移動(dòng)方向應(yīng)垂直于堆焊方向，并進(jìn)行互為相反的兩個(gè)方向進(jìn)行掃查。

6）檢測(cè)靈敏度：

檢測(cè)靈敏度應(yīng)在對(duì)比試塊上校準(zhǔn)，采用與被檢支承輥表面相同或聲學(xué)特性相似的材料制作，對(duì)比試塊應(yīng)至少包含能覆蓋整個(gè)檢測(cè)深度的三個(gè)反射體，直探頭和雙晶探頭一般采用平底孔作為DAC制作的人工反射體，斜探頭一般采用橫通孔作為DAC制作的人工反射體，靈敏度應(yīng)保證能檢測(cè)到規(guī)定記錄水平所要求的最小不連續(xù)的尺寸，且在整個(gè)檢測(cè)范圍內(nèi)任意處滿足靈敏度要求的波幅高度不低于顯示屏滿屏刻度的20%。

6）記錄和驗(yàn)收：

為方便規(guī)范檢測(cè)靈敏度和評(píng)定，可按照以下建議的記錄水平和驗(yàn)收等級(jí)執(zhí)行，或者依據(jù)簽訂的技術(shù)條款要求執(zhí)行。

a. 支承輥堆焊實(shí)際使用工作層的記錄水平和驗(yàn)收等級(jí)參照GB/T6402第12章表4質(zhì)量等級(jí)4執(zhí)行，包括直探頭、雙晶探頭及斜探頭。

b. 支承輥堆焊結(jié)合面非工作層的記錄水平和驗(yàn)收等級(jí)參照GB/T6402第12章表4質(zhì)量等級(jí)3執(zhí)行，包括直探頭及斜探頭。

c. 檢測(cè)人員在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)掌握堆焊修復(fù)的工藝和可能出現(xiàn)得缺陷相關(guān)知識(shí)，檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的其他情況或雖滿足驗(yàn)收要求但可能是危害性缺陷的應(yīng)及時(shí)提出并采用其他方法進(jìn)行驗(yàn)證。

7）其他情況：

a. 大型支承輥的輥面面積較大，對(duì)于直探頭檢測(cè)結(jié)果合格的支承輥，根據(jù)雙方要求可以不進(jìn)行斜探頭檢測(cè)或僅針對(duì)缺陷及周邊區(qū)域進(jìn)行斜探頭檢測(cè)。

b. 前面講過(guò)，高碳堆焊修復(fù)支承輥由于某些選用的過(guò)渡材料焊接成型后為奧氏體形態(tài)，與高碳母材和堆焊工作層的磁導(dǎo)率差異較大，端面磁粉檢測(cè)容易造成誤判，實(shí)際上由于奧氏體柱狀晶的特性對(duì)斜探頭橫波的聲能傳播和反射有巨大影響，對(duì)于此類材質(zhì)堆焊修復(fù)支承輥，斜探頭檢測(cè)的有效范圍僅為堆焊工作層材質(zhì)至過(guò)渡層與工作層融合面為止。

三、比較結(jié)果分析

堆焊前的無(wú)損檢測(cè)通常旨在評(píng)估受損合金支承輥的表面和內(nèi)部狀態(tài)，常用的方法包括超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、視覺(jué)檢測(cè)等，超聲波檢測(cè)能夠深入材料內(nèi)部，探測(cè)可能的裂紋、氣泡等缺陷，而磁粉檢測(cè)則可發(fā)現(xiàn)表面裂紋或疲勞損傷，這些檢測(cè)方法有助于確定受損情況的程度和范圍，為堆焊修復(fù)提供了重要參考；堆焊后的無(wú)損檢測(cè)則側(cè)重于評(píng)估修復(fù)后合金支承輥的質(zhì)量和完整性，常用的檢測(cè)方法包括超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)等，堆焊修復(fù)后，可能會(huì)產(chǎn)生新的焊接缺陷或變化，如焊縫內(nèi)部氣泡、裂紋等，超聲波檢測(cè)可以探測(cè)到焊縫區(qū)域的問(wèn)題，磁粉檢測(cè)則可發(fā)現(xiàn)可能的表面缺陷。通過(guò)堆焊前后的無(wú)損檢測(cè)結(jié)果比較能夠了解堆焊修復(fù)過(guò)程中可能發(fā)生的變化和潛在缺陷，評(píng)估修復(fù)質(zhì)量，進(jìn)而尋找更有效的質(zhì)量控制手段。在堆焊修復(fù)合金支承輥的過(guò)程中，本研究尋找到更有效的質(zhì)量控制手段，確保修復(fù)后的零件質(zhì)量和性能達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，包括制定和遵循標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程是確保堆焊修復(fù)過(guò)程質(zhì)量的基礎(chǔ)，建立詳細(xì)的操作規(guī)范，利用清洗表面、堆焊工藝參數(shù)、焊接材料選用、焊接方法等步驟，確保每個(gè)修復(fù)過(guò)程都按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，降低人為誤差的可能性；運(yùn)用現(xiàn)代化設(shè)備和技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)；如焊接溫度、焊接速度等，并將這些數(shù)據(jù)記錄下來(lái)；追蹤過(guò)程中的變化和異常情況；在必要時(shí)對(duì)修復(fù)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整或糾正；結(jié)合不同的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，如超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、射線檢測(cè)等，在堆焊前后進(jìn)行全面的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)可能存在的表面和內(nèi)部缺陷，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)進(jìn)行修正，確保修復(fù)后零件的質(zhì)量和完整性；提供專業(yè)的培訓(xùn)和技能提升計(jì)劃，確保操作人員具備足夠的專業(yè)知識(shí)和技能，能夠準(zhǔn)確理解工藝要求，熟練操作設(shè)備，避免人為因素對(duì)修復(fù)質(zhì)量造成影響；將獲得的修復(fù)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比對(duì)，找出潛在問(wèn)題和改進(jìn)空間。不斷優(yōu)化工藝參數(shù)和操作流程，提高修復(fù)過(guò)程的穩(wěn)定性和效率。

四、結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)堆焊修復(fù)高碳合金支承輥在堆焊修復(fù)前后的無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用進(jìn)行研究，通過(guò)制定有效的檢測(cè)技術(shù)方法和工藝，尋找堆焊修復(fù)過(guò)程中更有效的質(zhì)量控制手段，為避免修復(fù)工藝成本浪費(fèi)，保證修復(fù)質(zhì)量等起到了較好的引導(dǎo)作用。然而，本研究還存在一些局限性和不足之處。在實(shí)際檢測(cè)中，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用還面臨一些挑戰(zhàn)，如可能存在針對(duì)某類特殊缺陷的檢測(cè)盲區(qū)、缺陷的實(shí)際危害程度與驗(yàn)收要求差異太大等問(wèn)題。因此，未來(lái)的研究還需要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行深入的探索和解決。

文章來(lái)源：  《上海輕工業(yè)》    http://m.xwlcp.cn/w/kj/30978.html