無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在浮選機(jī)加工制造中的應(yīng)用

郭延常，王 鵬

中鐵資源集團(tuán)鹿鳴鉬礦、中鋁TOROMOCHO銅鉬礦、紫金集團(tuán)和厄瓜多爾米拉多銅礦和南非Palabora礦業(yè)公司等大型礦山企業(yè)中北礦機(jī)電公司的320 m超大型浮選機(jī)的運(yùn)用，標(biāo)志著我國(guó)大型選礦設(shè)備在國(guó)際礦物加工領(lǐng)域達(dá)到了領(lǐng)先水平。近期，筆者公司的680 m浮選機(jī)的工業(yè)試制已經(jīng)成功，中國(guó)大型浮選設(shè)備在世界選礦行業(yè)實(shí)現(xiàn)了從“追隨者”到“引領(lǐng)者”的巨大飛躍。浮選機(jī)的超大型化、自動(dòng)化等發(fā)展的趨勢(shì)對(duì)浮選機(jī)的加工制造提出了更高的要求；同時(shí)對(duì)浮選機(jī)的安裝、運(yùn)行的安全系數(shù)也提出了巨大考驗(yàn)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)作為先進(jìn)的檢測(cè)手段，可以有效地控制零部件的加工質(zhì)量，科學(xué)可靠地把控安全性能，為浮選機(jī)設(shè)備的加工制造質(zhì)量保駕護(hù)航。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的基本原理

筆者公司在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)對(duì)多種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)加工制造前期原材料的檢測(cè)；對(duì)加工過(guò)程中的缺陷進(jìn)行有效地監(jiān)控。公司在浮選機(jī)的加工制造中主要運(yùn)用了磁粉檢測(cè)、滲透檢驗(yàn)、超聲波檢測(cè)三種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，以下對(duì)三種技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)述。

（1）磁粉檢測(cè)（MT）

鐵磁性材料被磁化后，由于缺陷處存在不連續(xù)性，使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)[1]，吸附施加在工件表面的磁粉，在適當(dāng)?shù)墓庹諚l件下，顯現(xiàn)出缺陷位置和形狀，對(duì)這些磁粉的堆積加以觀察和解釋?zhuān)蛯?shí)現(xiàn)了磁粉檢測(cè)。

（2）滲透檢測(cè)（PT）

滲透探傷技術(shù)是將滲透液涂敷在工件表面，通過(guò)毛細(xì)管作用滲入表面缺陷中，然后清洗掉表面的滲透液，將缺陷中的滲透液保留下來(lái)，通過(guò)施加顯示劑進(jìn)行顯象，滲透檢測(cè)操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用低廉、缺陷顯示直觀，具有相當(dāng)高的靈敏度，能發(fā)現(xiàn)寬度1μm以內(nèi)的缺陷。但此方法只適用于表面開(kāi)口缺陷，非開(kāi)口性缺陷無(wú)法檢出[2]。

（3）超聲檢測(cè)（UT）

超聲波檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)超聲波進(jìn)入工件后的傳遞狀況來(lái)判斷是否存在缺陷，超聲波的傳遞方式和光的傳遞方式類(lèi)似，當(dāng)超聲波進(jìn)入介質(zhì)后也會(huì)產(chǎn)生反射、折射，遇到缺陷時(shí)，一部分聲波會(huì)產(chǎn)生反射，發(fā)射和接收器可對(duì)反射波進(jìn)行分析，即可精確判斷出缺陷的位置與大小。該檢測(cè)手段對(duì)平面型缺陷[3]如未熔合、分層等具有極高的探傷靈敏度；如果采用脈沖法檢測(cè)時(shí)，有一個(gè)檢測(cè)面就可以進(jìn)行檢測(cè)；缺陷厚度方向尺寸和缺陷深度測(cè)量?jī)?yōu)于其他探傷方法。缺點(diǎn)是不易檢查形狀復(fù)雜、粗糙、形狀不規(guī)則、非常小而薄的工件。

2 無(wú)損探傷技術(shù)在浮選機(jī)加工制造中的應(yīng)用

2.1 浮選機(jī)軸承體中無(wú)損探傷的運(yùn)用

浮選機(jī)主軸部件運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，直接影響到整臺(tái)設(shè)備的質(zhì)量和使用性能，而構(gòu)成主軸部件的核心部位就是軸承體[4]。在軸承體內(nèi)部裝有主軸、軸承、各種油封、擋環(huán)、壓蓋等。就本公司的320 m浮選機(jī)的軸承體而言，組織材料為HT250，自身重達(dá)約4.3噸，鑄造工藝相對(duì)復(fù)雜，質(zhì)量和體積比較大，鑄造過(guò)程中容易出現(xiàn)缺陷，影響工件的質(zhì)量。大型的軸承體在澆注過(guò)程中需要大量的金屬液，在最后冷卻的位置由于體積收縮，金屬液補(bǔ)充不足，導(dǎo)致產(chǎn)生疏松，縮孔；另外金屬液中的各種摻雜和爐壁上的耐火材料會(huì)有脫落導(dǎo)致夾雜；熔融的金屬液在冷卻的過(guò)程中會(huì)有一部分殘留氣體無(wú)法逸出，形成氣孔；金屬冶煉的化學(xué)成分分布不均勻產(chǎn)生偏析，導(dǎo)致熱裂紋。大型浮選機(jī)中軸承體加工難度大成品合格率低，機(jī)加工困難、周期長(zhǎng)等。如果出現(xiàn)內(nèi)部缺陷造成出廢品，給公司造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，延誤寶貴的時(shí)間。為了檢出軸承體的鑄造缺陷，公司采取滲透檢測(cè)法與超聲波檢測(cè)法相結(jié)合的復(fù)合型檢測(cè)方法。

滲透檢測(cè)用來(lái)檢查軸承體表面上的各種開(kāi)口缺陷，如表面裂紋、表面針孔等肉眼難以發(fā)現(xiàn)的缺陷。將具有高滲透能力滲透劑噴灑在軸承體的截面突變處和軸承位等受力位置，幾分鐘后滲透劑滲入到開(kāi)口缺陷內(nèi)，快速擦去表面滲透液層，再將易干的顯像劑噴灑到鑄件表面上，待將殘留在開(kāi)口缺陷中的滲透劑吸出來(lái)后，顯示劑就被著色，從而可以反映出軸承體表面缺陷的形狀、大小和分布情況。

超聲波檢測(cè)作為一種應(yīng)用比較廣泛的無(wú)損檢測(cè)手段，在公司的實(shí)際運(yùn)用中不受工件存放位置的約束，高效可靠攜帶簡(jiǎn)便；且具有極大的穿透能力，對(duì)于軸承體這種大型的工件非常適用。超聲檢測(cè)用于檢查軸承體內(nèi)部較深的缺陷，當(dāng)選擇合適的靈敏度時(shí)，用排除法、比較法、辨別疏松、縮孔等缺陷就會(huì)非常容易；此外在實(shí)際的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)對(duì)深處的氣孔、裂紋等缺陷的檢測(cè)也極其靈敏。

2.2 浮選機(jī)傳動(dòng)軸中無(wú)損探傷的運(yùn)用

傳動(dòng)軸作為浮選機(jī)中傳遞扭矩、連接軸承與葉輪的重要部件，在整個(gè)浮選機(jī)部件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。公司小型浮選機(jī)中傳動(dòng)軸是由45鋼實(shí)心軸與45鋼空心無(wú)縫管焊接后機(jī)加工而成，圖1我公司某型號(hào)浮選機(jī)主軸的焊接示意圖。

在實(shí)際加工中，環(huán)形焊縫“1”處容易出現(xiàn)夾雜、層間未熔合、未焊透、裂紋等缺陷[5]。加強(qiáng)孔“2”處由于焊接手法與深度較大導(dǎo)致氣體保護(hù)不足，會(huì)出現(xiàn)未熔合、密集型氣孔等缺陷；另外，傳動(dòng)軸軸承位需進(jìn)行磨削加工，磨削時(shí)零件表面的溫度可能高達(dá)820℃～840℃或更高，產(chǎn)生微裂紋后，以及磨粒刮出的微裂紋，后續(xù)的循環(huán)應(yīng)力將為裂紋擴(kuò)展開(kāi)來(lái)形成宏觀裂紋。不論哪種缺陷都會(huì)對(duì)浮選機(jī)傳動(dòng)軸產(chǎn)生一定程度的危害，輕則降低主軸的力學(xué)性能和使用壽命；重則產(chǎn)生脆斷，帶來(lái)不可挽回的災(zāi)難性后果。公司在對(duì)這類(lèi)焊接傳動(dòng)軸的檢測(cè)方法主要就是采用超聲波探傷法[6]與磁粉探傷法結(jié)合的復(fù)合型檢測(cè)。在焊接完成48 h以后對(duì)焊縫及周?chē)覆倪M(jìn)行打磨，對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)，保證在焊接區(qū)域內(nèi)部沒(méi)有夾雜、層間未熔合、未焊透、裂紋等缺陷的前提下方可轉(zhuǎn)入機(jī)加工車(chē)間進(jìn)行機(jī)加工；待最后一道工序磨削加工完成后，進(jìn)一步使用磁粉檢測(cè)對(duì)傳動(dòng)軸軸承位和焊接區(qū)域進(jìn)行復(fù)檢，保證傳動(dòng)軸無(wú)焊接缺陷和磨削裂紋。磁粉檢測(cè)是用來(lái)檢測(cè)表面及近表面的缺陷，先將反差增強(qiáng)劑噴在傳動(dòng)軸表面，待其干燥后使用手持式探傷儀進(jìn)行磁化，同時(shí)施磁懸液并觀察。磁化設(shè)備使鑄件表面以及近表面缺陷處產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，當(dāng)噴上懸浮液時(shí)，磁懸液中的鐵粉就會(huì)被吸附在漏磁場(chǎng)的位置，從而顯示出缺陷的存在。當(dāng)缺陷的方向越接近于與磁力線垂直時(shí)于缺陷的顯示就會(huì)越明顯，對(duì)于平行于磁力線的長(zhǎng)條型缺陷則顯示不出來(lái)操作時(shí)使用90°交叉法，以保證能夠檢查出未知方向的缺陷。

圖1 焊接示意圖

除此之外，公司生產(chǎn)的大型浮選機(jī)的傳動(dòng)軸是由上下部軸螺栓連接構(gòu)成。上部軸的組織成分是ZG34CrNiMo，在其法蘭過(guò)渡的位置產(chǎn)生截面突變，存在應(yīng)力集中。如在此位置存在超出標(biāo)準(zhǔn)允許范圍的缺陷可能會(huì)產(chǎn)生斷裂，發(fā)生危險(xiǎn)。ZG34CrNiMo在鑄造的過(guò)程中容易產(chǎn)生疏松、晶粒粗大等問(wèn)題。以下是對(duì)上部軸殘次品進(jìn)行破壞性試驗(yàn)后的金相分析：斷裂處具有明顯的脆性斷口，斷口齊平，無(wú)塑性變形現(xiàn)象，有明顯的金屬光澤，并具有脆性斷裂的宏觀形貌。用超聲波探傷法對(duì)斷軸進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)疏松缺陷波參差不齊、有一定寬度、反射波比其他缺陷波弱的特征，判斷出存在疏松缺陷[7]。對(duì)斷裂部分進(jìn)行取樣，用3%的硝酸酒精進(jìn)行了腐蝕，采用×50倍、和×100倍金相顯微鏡觀察，見(jiàn)圖2、圖3。從金相照片上看基體應(yīng)為塊鐵素體及極少量珠光體，晶粒甚是粗大，屬鑄造狀態(tài)的組織結(jié)構(gòu)，有明顯的鑄造疏松，鑄造疏松呈黑色孔洞狀，在其周?chē)楣怏w含量較高，灰色顆粒狀為夾雜物，并存在嚴(yán)重的偏析現(xiàn)象[8]。由此可見(jiàn)無(wú)損檢測(cè)在分析事故原因方面也能發(fā)揮一定的作用。

圖2 ×50倍彩色金相照片

圖3 ×100倍黑色金相照片

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在合理操作的情況下具有良好的可靠性，能夠有效減少事故的發(fā)生；無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在浮選機(jī)加工制造中的應(yīng)用可以在不破壞工件的基礎(chǔ)上使檢測(cè)效率得到提高，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。滲透檢測(cè)、磁粉檢測(cè)和超聲檢測(cè)三者有機(jī)結(jié)合起來(lái)對(duì)于檢測(cè)浮選機(jī)重要零部件的表面以及內(nèi)部的缺陷判定提供了科學(xué)的理論基礎(chǔ)，為我國(guó)大型復(fù)選設(shè)備更好地開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)與研發(fā)水平的進(jìn)步發(fā)揮著積極的作用。