堆焊修復合金支承輥的無損檢測分析

堆焊修復是一種常用于修復磨損或損壞表面的金屬零件的修復工藝，合金支承輥是用于工業(yè)設備中的重要零部件，由于長期高負荷、高速運轉以及惡劣的工作環(huán)境，其表面可能會受到磨損、腐蝕或其他損傷，為了恢復其使用功能和延長使用壽命，常常采用堆焊修復技術進行修復。無損檢測（Non-Destructive Testing，NDT）是一種用于評估材料、零部件或系統(tǒng)內部結構、性能或缺陷的檢測技術，無需破壞或改變其原有狀態(tài)，是一種非侵入性、非破壞性的檢測手段，通過利用物理、化學、聲學、電磁等原理或方法，對被檢測對象進行表面和內部的檢測、分析和評估。通過對堆焊修復后的合金支承輥進行無損檢測，能夠全面評估其表面和內部的質量狀況，發(fā)現(xiàn)潛在缺陷，及時發(fā)現(xiàn)修復后可能存在的內部缺陷，基于檢測結果制定更科學合理的維護計劃，避免不必要的維修和更換，節(jié)約維護成本。

一、堆焊前的無損檢測

1.1堆焊前主要缺陷

正常報廢軋輥指支承輥在正常使用中輥身直徑消耗磨損至軋機可用的最小直徑，正常報廢的支承輥輥面狀況為下機狀態(tài)，一般無表面宏觀缺陷，經(jīng)過少量車削即可滿足堆焊要求，在車削過程中由于進刀量不合理、磨削速度過快、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力或軋制交變應力的影響擴展，將直接造成軋輥報廢及在機斷輥等重大事故。

非正常報廢軋輥指支承輥在使用中由于軋輥發(fā)生失效事故，無法繼續(xù)使用的情況，一般可堆焊修復的支承輥失效多為掉肩、剝落、掉肉、裂紋等局部損傷。堆焊修復前，一般根據(jù)局部損傷情況將整個圓周車削干凈，如堆焊直徑允許可將整個支承輥輥面車削至同等直徑，否則可根據(jù)損傷處情況與實際堆焊修復需求，車削成臺階狀以節(jié)約堆焊成本。在對原損傷車削過程中，根據(jù)目視可見損傷情況可輕易進行有效車削，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，肉眼難以觀測容易忽視。

1.2 堆焊前無損檢測方法研究

對被選為堆焊修復的支承輥，首先應進行超聲波檢測，確認支承輥是否內部是否存在原始缺陷，給堆焊修復和后期使用帶來風險。

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）從軋輥整個外表面進行徑向及軸向掃查，具體檢測參數(shù)可參考新品支承輥的超聲波檢測，此處不再贅述。

對于非正常報廢軋輥，應在加工前對失效部位進行額外檢測，尤其是裂紋等缺陷深度的檢測，防止損傷過深，經(jīng)車削后堆焊成本過高甚至無法堆焊的情況。

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

二、堆焊后的無損檢測

2.1 堆焊后主要缺陷

堆焊過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。同時由于高碳支承輥修復涉及到母材、打底層、工作層等多種不同材質融合在一起，不可避免的會產生過渡層組織粗大、結合不良等微觀缺陷。

熱處理過程中主要缺陷一般為裂紋。例如經(jīng)過某修復廠家多次修復經(jīng)驗，在焊后保溫及熱處理過程中由于冷卻過快、保溫溫度不足等熱處理工藝問題，在該類高碳合金堆焊修復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展深度在數(shù)毫米至幾十厘米不等，一旦帶裂紋上機使用必將造成剝落乃至斷輥等惡性事故。

2.2 堆焊后的無損檢測方法研究

堆焊成品后，無損檢測方法主要針對表面無損檢測方法和內部無損檢測方法。

2.2.1表面無損檢測方法研究

對于精磨的成品修復輥，如磨床帶有機載渦流探傷系統(tǒng)（一般在軋線配套的磨床上較多配套）可采用自動渦流進行檢測，根據(jù)材質特性應單獨校準靈敏度；輥面表面缺陷手工檢測可以優(yōu)先采用超聲表面波進行檢測。超聲表面波是沿著介質表面和近表面?zhèn)鞑サ牟?，其質點繞平衡位置做橢圓形震動，其對表面裂紋檢出效率極高，通過橫豎交叉并互為相反的兩個方向進行掃查，可以極快的完成整個輥面的掃查，對掃查到的缺陷可以通過蘸耦合劑快速定位，并通過磁粉、滲透、目視等其他表面無損檢測方法確認缺陷形貌及類型。在進行表面波檢測時要特別注意以下幾方面：

1）檢測面表面應進行精磨和清洗，表面粗糙度過大會造成表面波聲衰減嚴重和噪聲信號較高，使檢測效率降低或可靠性降低，表面油污等容易造成信號反射，造成誤判。

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

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

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

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

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

由于一般支承輥單邊使用厚度極少有超過100mm，加上過渡層，考慮熱影響區(qū)，實際檢測寬度不超過125mm，采用磁粉磁軛法可以較為快速的檢測端面缺陷，檢測時應注意磁力線的交叉檢測，堆焊層應重點關注容易延圓周方向產生的未熔合及裂紋，母材熱影響區(qū)應重點關注容易延徑向產生的裂紋。

高碳堆焊修復支承輥由于某些選用的過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率差異較大，在界面處形成磁痕非相關顯示，且該類磁痕顯示與裂紋形貌極為相似，檢測時要特別注意防止誤判。針對此類情況，應采用滲透進行復測，確認磁痕為非相關顯示還是缺陷顯示；必要時也可通過顯微金相進行進一步分析。當然，為減少檢測復雜度，有此類情況的堆焊修復支承輥端面檢測也可僅采用滲透檢測的方法，但應特別注意檢測工藝的控制保證檢測質量。

2.2.2內部無損檢測方法研究

由于國內還缺少針對堆焊修復支承輥統(tǒng)一的國家或行業(yè)標準，針對此類支承輥堆焊層的檢測，可以參考《GB/T6402鍛鋼件超聲波檢測方法》相關的技術要求和評定準則，具體建議要求如下：

1）檢測儀器可采用數(shù)字式超聲波檢測儀。

2）檢測頻率和探頭規(guī)格：

a. 工作層、過渡層、母材熱影響區(qū)直探頭檢測時頻率為2～5MHz，晶片直徑20-28mm，如B2S型軟保護膜探頭。

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

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

3）耦合劑：機油。

4）檢測比例：

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

b. 支承輥堆焊過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際使用工作層外的所有堆焊部位如打底層、過渡層、深挖部分補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. 掃查時探頭應沿支承輥輥身外表面進行100%掃查。

b. 雙晶探頭掃查時探頭移動方向應垂直于堆焊方向，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，探頭聲束及移動方向應垂直于堆焊方向，并進行互為相反的兩個方向進行掃查。

6）檢測靈敏度：

檢測靈敏度應在對比試塊上校準，采用與被檢支承輥表面相同或聲學特性相似的材料制作，對比試塊應至少包含能覆蓋整個檢測深度的三個反射體，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，靈敏度應保證能檢測到規(guī)定記錄水平所要求的最小不連續(xù)的尺寸，且在整個檢測范圍內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）記錄和驗收：

為方便規(guī)范檢測靈敏度和評定，可按照以下建議的記錄水平和驗收等級執(zhí)行，或者依據(jù)簽訂的技術條款要求執(zhí)行。

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

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

c. 檢測人員在檢測過程中應掌握堆焊修復的工藝和可能出現(xiàn)得缺陷相關知識，檢測中發(fā)現(xiàn)的其他情況或雖滿足驗收要求但可能是危害性缺陷的應及時提出并采用其他方法進行驗證。

7）其他情況：

a. 大型支承輥的輥面面積較大，對于直探頭檢測結果合格的支承輥，根據(jù)雙方要求可以不進行斜探頭檢測或僅針對缺陷及周邊區(qū)域進行斜探頭檢測。

b. 前面講過，高碳堆焊修復支承輥由于某些選用的過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率差異較大，端面磁粉檢測容易造成誤判，實際上由于奧氏體柱狀晶的特性對斜探頭橫波的聲能傳播和反射有巨大影響，對于此類材質堆焊修復支承輥，斜探頭檢測的有效范圍僅為堆焊工作層材質至過渡層與工作層融合面為止。

三、比較結果分析

堆焊前的無損檢測通常旨在評估受損合金支承輥的表面和內部狀態(tài)，常用的方法包括超聲波檢測、磁粉檢測、視覺檢測等，超聲波檢測能夠深入材料內部，探測可能的裂紋、氣泡等缺陷，而磁粉檢測則可發(fā)現(xiàn)表面裂紋或疲勞損傷，這些檢測方法有助于確定受損情況的程度和范圍，為堆焊修復提供了重要參考；堆焊后的無損檢測則側重于評估修復后合金支承輥的質量和完整性，常用的檢測方法包括超聲波檢測、磁粉檢測等，堆焊修復后，可能會產生新的焊接缺陷或變化，如焊縫內部氣泡、裂紋等，超聲波檢測可以探測到焊縫區(qū)域的問題，磁粉檢測則可發(fā)現(xiàn)可能的表面缺陷。通過堆焊前后的無損檢測結果比較能夠了解堆焊修復過程中可能發(fā)生的變化和潛在缺陷，評估修復質量，進而尋找更有效的質量控制手段。在堆焊修復合金支承輥的過程中，本研究尋找到更有效的質量控制手段，確保修復后的零件質量和性能達到預期標準，包括制定和遵循標準化的操作流程是確保堆焊修復過程質量的基礎，建立詳細的操作規(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，確保每個修復過程都按照統(tǒng)一標準進行，降低人為誤差的可能性；運用現(xiàn)代化設備和技術，實時監(jiān)測焊接過程中的關鍵參數(shù)；如焊接溫度、焊接速度等，并將這些數(shù)據(jù)記錄下來；追蹤過程中的變化和異常情況；在必要時對修復過程進行調整或糾正；結合不同的無損檢測技術，如超聲波檢測、磁粉檢測、射線檢測等，在堆焊前后進行全面的檢測，發(fā)現(xiàn)可能存在的表面和內部缺陷，提前發(fā)現(xiàn)問題并及時進行修正，確保修復后零件的質量和完整性；提供專業(yè)的培訓和技能提升計劃，確保操作人員具備足夠的專業(yè)知識和技能，能夠準確理解工藝要求，熟練操作設備，避免人為因素對修復質量造成影響；將獲得的修復過程數(shù)據(jù)進行分析和比對，找出潛在問題和改進空間。不斷優(yōu)化工藝參數(shù)和操作流程，提高修復過程的穩(wěn)定性和效率。

四、結語

本文通過對堆焊修復高碳合金支承輥在堆焊修復前后的無損檢測應用進行研究，通過制定有效的檢測技術方法和工藝，尋找堆焊修復過程中更有效的質量控制手段，為避免修復工藝成本浪費，保證修復質量等起到了較好的引導作用。然而，本研究還存在一些局限性和不足之處。在實際檢測中，無損檢測技術的應用還面臨一些挑戰(zhàn)，如可能存在針對某類特殊缺陷的檢測盲區(qū)、缺陷的實際危害程度與驗收要求差異太大等問題。因此，未來的研究還需要對這些問題進行深入的探索和解決。

文章來源：  《上海輕工業(yè)》    http://www.12-baidu.cn/w/kj/30978.html